CN100540342C - 双辙汽车的独立悬架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双辙汽车尤其是轿车的独立悬架，它具有通过至少两个实体构成的导轨部件与一些可沿着所述导轨部件移动的导向部件共同作用的车轮导向系统，其中在车轮中心之前和之后分别设有至少一个基本上沿垂直方向延伸的导轨部件。所述导轨部件可以直线地或者弯曲地以恒定的或沿着导轨变化的曲率构成。所述导向部件可以具有构成为圆柱形或桶形的滚子构成的滚动体，所述滚动体支承在一个支架中并且在相应平坦的或横截面基本上U形的导轨部件上滚动。优选在每个导轨部件的彼此基本上对置或近似对置的侧面上分别设有两个或三个滚动体，但是代替它们也可以设有一些滑动部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种双辙汽车尤其是轿车的独立悬架，它具有通过实体构成的导轨部件与一些可沿着所述导轨部件移动的导向部件共同作用的车轮导向系统。对于已知的现有技术，除了常见的具有导臂的独立悬架以及除了德国专利文献613 775或US专利2,992,013以外，请特别参阅DE 295 19 108 U1。
背景技术
传统的独立悬架满足对具有导臂和活节运动链的汽车车轮导向系统的运动学和弹性运动学要求，导臂和活节导引车轮支架继而相对于汽车车身导引车轮。例如双横向导臂原理和其变化方案如空间导臂悬架轴或五导臂悬架轴已经实现对于在行驶动力学和行驶舒适性方面的高要求。在此，导臂和活节的配置一方面能够实现运动学特性参数(车轮外倾、前束、制动和起动支撑角(Brems-und Anfahrstützwinkel)、滚动中心高度和变化(und-
))的优化，而另一方面能够实现不平度、撞击和声学干扰的去耦。此外通过有针对性地调节在结构件和橡胶轴承中的弹性还能够在外力作用下控制汽车的转向特性。通常一个钢弹簧或空气弹簧与一个单管或双管结构形式的液压伸缩管式减震器结合承担车轮运动相对于车身沿垂直方向的弹簧悬挂和缓冲。
车轮导向系统的结构件即导臂、活节、橡胶轴承等以及用于弹簧悬挂和缓冲的其它部件当然需要结构空间，该结构空间尤其在双辙汽车中可以用于其它方面，例如在汽车后桥区域中用于车体结构或用于汽车动力装置的排气装置或用于燃油箱。其结果是提供有限的内部空间(行李箱、后座箱、装载宽度(Durchladebreite)等)。在(铰接的)前桥上，由于导臂和弹簧悬挂/缓冲，用于与碰撞有关的车身纵向支架的结构空间以及用于汽车动力装置的安装宽度受到了限制。汽车的转弯圆周也经受对这些结构件来说是必要的自由行程(Freigang)。此外所使用的球窝活节尤其在负荷下具有起动转矩和轴承摩擦，它们对汽车轴的响应特性继而对行驶舒适性起到负面影响。橡胶轴承由于行驶动力学的原因也不可能总被设计得如此成柔和，如用于良好地声学去耦所期望的那样。
示出一种所谓的主轴导向装置(Spindelführung)的两篇上述在先文献形成了其它的已知现有技术。在此德国专利文献613775示出一个具有沿垂直方向的车轮导向系统的可转向的实心轴，该实心轴由一个直线的基本上垂直取向的且与车轮支架刚性连接的导向管构成，在该导向管内可纵向移动地导引一个支承在实心轴上的主轴。在上述的美国专利2,992,013中示出一种在结构上类似的独立悬架。一些在此实体构成的现在如此列举的导轨部件与这些车轮导向系统是共同的，一些导向部件可沿着所述导轨部件移动。但是，这些简单的、即简陋的车轮导向系统对于目前的运动学要求(当然)是不足够的。
在这方面，一种在德国实用新型DE 295 19 108 U1中描述的具有两个所谓的导轨部件的车轮悬架是较合理的，所述导轨部件基本上沿垂直方向延伸，并且一些导向部件通过这些导轨部件或在这些导轨部件上可纵向沿着这些导轨部件移动地进行引导。但是，在该文献中所描述的车轮悬架运动学方面受到过多限制继而在实践中不是功能可靠的，因为导向部件相对于导轨部件可能出现卡死现象。
发明内容
现在要阐述的是，可以消除在目前常见的导臂导引的独立悬架中所述的相关问题，并且特别是在此引用在所述文献DE 295 19 108 U1中描述的原理之后，该原理适合于实际应用，就是说，要提出一种不仅功能可靠的、而且此外还很合理的具有两个导轨部件和在所述导轨部件上引导的导向部件的车轮悬架(＝本发明的目的)。
这个目的解决方案在于一种双辙汽车的独立悬架，它具有通过至少两个实体构成的导轨部件与一些可沿着所述导轨部件移动的导向部件共同作用的车轮导向系统，其中在车轮中心之前和之后分别设有至少一个基本上沿垂直于地面的垂直方向延伸的导轨部件，其特征在于，位于车轮中心之后的导轨部件穿过两个导向部件，这两个导向部件分别约束两个自由度，即沿汽车横向和汽车纵向，而位于车轮中心之前的导轨部件只穿过一个导向部件，该导向部件约束沿汽车横向取向的自由度。有利的构型和扩展结构是从属权利要求的内容。
因此实际上以与由传统的双横向导臂悬架轴已知的类似方式建议一种车轮的或配置给该车轮的车轮支架的空间导向装置，但是与其不同，不是以虚的由导臂和活节运动链定义的导轨形式，而是以真实的导轨例如或优选由金属材料制成的导轨的形式，沿着车轮支架(或车轮)通过机械的所谓导向部件如滚子、滚动轴承、滑动轴承或球循环机构定位在导轨上并在其上导引。在此可以与车身固定地设置所述导轨或相应的所谓导轨部件，就是说，配置给汽车车身并且因此将所属的、与其共同作用的导向部件配置给车轮支架(或车轮)，或者规定，作为运动学上与其相反的与车体固定的、配置给车身的导向部件与配置给车轮支架的导轨部件共同作用。
为了进一步解释，首先将滚子视作为导向部件，或一个通过一个实体构成的导轨部件引导的所谓导向部件可以通过一个优选与车轮支架连接的支架构成，在该支架中支承一些构成为滚子的滚动体，这些滚动体本身在导轨部件上滚动。机械的导向部件或滚动体于是要么可以是在平坦的导轨上的圆柱形滚子，其中负荷只能是压力，因此不可以传递横向力继而不存在侧向导向功能，要么可以例如在具有有限的侧向导向功能的U形横截面的导轨中设置一些桶形的或环形的滚子。在此要强调指出，取代导向部件相对于导轨部件的滚动支承，也可以选择一种滑动支承或者相应的具有所谓的滑动部件的导向装置，滑动部件同样可以设置在支架或类似部件中。
鉴于滚动支承，一对设置在导轨的对置侧面上的圆柱形滚子可以分别在接触法线的方向上承受拉力和压力。因此该对彼此关于导轨部件对置设置的滚子在传统的具有导臂的独立悬架中在运动学上对应于一个具有两个球窝活节的杆式导臂(Stablenker)，它约束整个车轮导向系统机构的一个(作为数词)自由度。一对桶形的或环形的滚子可以承受接触法线方向上的拉力和压力和附加有限的横向力并由此在功能上可以与传统的三角形横向导臂相比，前提是横向力不太大。一种这样的配置于是约束两个自由度。对于原则上在一个独立悬架上约束五个自由度的要求(第六个和因此不要约束的自由度是车身相对于车轮的弹入或弹出运动)，即可以是要么五个圆柱形的滚子对在平坦的导轨上要么两个桶形的或环形的滚子对在附加具有一个(数词)圆柱形的滚子对的例如U形的导轨中。对于在车轮中心与车轮支承点之间的区域(即在由导臂构成的独立悬架中在下部横向导臂平面的区域)中的较高的力水平，三个圆柱形的滚子对和一个环形或桶形的滚子对(该滚子对设置在车轮中心上方)的组合也是有意义的。另外，滚子导向装置的另一变化形式是三个圆柱形的滚子在导轨部件的俯视图或横截面图中的星形配置，该配置同样约束两个自由度。如上所述，在这里也能够实现用于确定总共五个自由度的多种组合。
由所谓的导轨部件构成的导轨可以根据车轮悬架和机械加工的要求在最简单的情况下笔直地即直线地延伸，或者一维地以固定的半径弯曲，或者具有变化的曲率半径或者在最通常的情况下多维地弯曲地延伸。在后一种情况下，车轮支架在沿着导轨移动时描绘出一条螺旋形的具有变化导程的运动轨迹。随着运动几何学的越来越全面，越来越多的运动学特性参数可以彼此独立地被调节，当然制造费用昂贵。
对于导轨的加工重要的是，在滚动接触的情况下是线接触还是点接触。对于高负荷，线接触更有利，但是线接触需要精确地加工具有微小允许误差的工作面。如果利用桶形的或环形的滚子的点接触就足够了，则出于成本的原因，点接触是更有利的。相应地(利用面接触代替线接触)有效的是，设置所谓的滑动部件代替滚动体，滑动部件通过一种滑动支承与导轨部件共同作用。
为了实现运动学合理的或者对应于已知的运动学要求(例如在轮辙和车轮外倾的取决于弹入的变化方面)的车轮导向系统，并且同时实现在每个导轨部件与配置给所述导轨部件的导向部件之间的合理的力传递特性，与上述已知的“在先”现有技术不同，建议每个车轮具有至少两个导轨部件，其中，沿汽车行驶方向看，在车轮中心之前和之后分别设置至少一个导轨部件。例如在车轮中心之前和之后的导轨部件可以分别在彼此对置的侧面上具有用于环形或桶形的滚子对的在横截面中U形的工作面，其中两个滚子在导轨部件的彼此至少基本上对置的导轨上滚动。在此(沿行驶方向)后面的导轨部件的尺寸设计得更厚实，用于较大负荷，并且以足够的垂直距离导引两组例如分别按三个星形设置的环形的或桶形的滚子，用于良好地支承侧向力和纵向力，后面的导轨部件优选在中心之后尽可能紧靠车轮设置。前面的导轨部件的尺寸可以设计得较小并且只支承一个滚子对，该导轨部件基本上支承横向于行驶方向的作用力。这个前面的导轨的功能可与通过弹簧行程控制前束走向(Vorspurverlauf)的传统的转向横拉杆的功能相比。
在空间上弯曲的导轨或导轨部件中，通过车轮支架的同样空间的运动，可能产生有关导向部件或其滚动体或滑动部件以及导轨的加工方面的误差问题。对于滚动体的非强制性滚动，原则上需要小的加工误差。但是对此也可以选择以确定的弹性或灵活性(例如与一个球窝活节的组合)支承所述滚子或类似部件，以避免卡得过紧和卡死。橡胶弹性的支承，即通过橡胶轴承在此可以附加地促进振动和撞击的去耦。在此这种支承可以设置在滚动体(例如滚子)或滑动部件与一个用于滚动体或滑动部件的支架部件之间，或者在与车身固定的导轨部件的情况下，设置在一个这样的支架部件与车轮支架或一个与该车轮支架连接的部件之间。
在一个驱动的汽车轴情况下，在一个车轮的导轨部件之间的空间在弹入和弹出时被从动轴进入。对于非驱动的轴，(两个)导轨部件可以紧凑地配置。在这种情况下，由导轨部件和导向部件构成的导向机构的整个或至少上部的部分可以设置在一个起支承弹簧(在车轮与汽车车身之间)作用的空气弹簧的空气悬挂膜盒(Luftfederbalg)之内，其上端部固定在车身或车体侧，而其下端部固定在车轮支架侧。以有利的方式是，通过这种方式保护在此建议的导向机构的各部件不被脏污。如果不仅配置给独立悬架的支承弹簧(尤其是空气弹簧)和所建议的导向机构彼此犹如“一个套入一个地”或基本上集中地设置，而且在空气弹簧的情况下，还在空气弹簧结构空间之内实现缓冲功能，就会实现一种特别紧凑的结构形式。为此空气弹簧容积可以被一个薄膜分开并且这个薄膜可以配备一些阀门，由此在弹簧悬挂运动过程中可以将在阀门上通流的空气节流损失用于缓冲。
如果设置一个(传统的)钢螺线弹簧或螺旋弹簧作为支承弹簧，并且与此并联地设置一个液压的减振器，则这些部件在后面的导轨部件附近的配置是特别有利的，其中支承弹簧和减振器不应高于导轨部件，以便尽可能少地限制用于车体结构和内部空间的可利用的结构空间。通过支承弹簧在所建议的导向机构的导向部件上的铰接，得到一个几乎为“1”的传动比，这对于力水平、重量和响应特性具有有利的影响。
对于在这里所建议的导向机构或相应的独立悬架(尤其是在汽车前桥上)的可转向的实施方式，整个导向机构(尤其由各导轨部件和所属的导向部件组成)可以通过两个球窝活节或一个铰链活节可旋转地固定在汽车车身上。转向运动本身可以通过传统的具有转向横拉杆的转向机构或者通过独立的转向促动器按单个车轮执行。但是对于可转向的实施方式，也可以将一个尽可能靠近车轮中心设置的导轨与一个通过转向机构操纵的传统转向横拉杆组合在一起，由此无需将全部车轮导向系统费事地悬挂在一些附加的旋转活节上。通过所述这种方式，也可以在汽车上实现一种后轮转向，出于结构空间和安全性的原因优选具有更小的转向回转。尤其是对于较小的转向角(继而也对于一种在可转向的后桥中的应用)可以将一个适合的、例如以调整偏心轮或蜗杆传动形式的转向促动器安装在离车轮中心最远的导轨中或上。这会减少结构空间需求和所带来的费用。另外，也可以在按照本发明的车轮悬架上实现一种主动的车轮外倾调整，而且以有利的方式通过将一个适合的调整机构安装或附加到靠近车轮中心的导轨中。
为了实现弹性运动学效应并且为了进一步使干扰去耦，可以设想将所建议的导向机构或相应的独立悬架与一些橡胶轴承组合在一起，这些橡胶轴承设置在导向机构与汽车车身(车体)之间。但是与传统的导臂橡胶轴承不同，这些橡胶轴承不再具有活节功能，因为它们不必提供运动自由度，继而可以仅针对声学隔绝方面进行设计。但是通过有针对性的配置，转向效应可以在外力作用下实现，例如通过在车轮中心之前的一个橡胶轴承部件和在车轮中心之后的两个橡胶轴承部件，在后桥上实现一种不足转向效应(Untersteuereffekt)。
附图说明
附图1(作为优选的实施例)以一个三维的视图或从内部、即从未示出的双辙汽车的车身到本身未示出的车轮上看的视图示出了一辆汽车(轿车)的按照本发明的车轮导向系统或独立悬架，其中示出了一个(如通常那样安装的)带有所属制动钳2的制动盘1。在车轮或在该独立悬架上，垂直方向V对应于图面的垂直方向。
图2显示了一个近似水平延伸的截面，该截面通过两个与制动钳2相邻的(后面的)导向部件中的下部的导向部件以及前面的导向部件，其中在两个附图中由一个箭头FR表示汽车的通常行驶方向。
具体实施方式
用于(未示出的车轮)的车轮支架以标记符号3表示并且通过一个臂4d支承一个空气弹簧部件8，该空气弹簧部件具有组合的并因此不可见的缓冲器，汽车车身支承在该缓冲器上。此外，在车轮支架3上通过一些另外的只部分可见的臂4a、4b、4c总共固定三个所谓的导向部件5a、5b、5c，其中分别一个臂支承一个这样的导向部件，其结构在下面还要详细探讨。一个实体构成的所谓导轨部件6a穿过两个沿行驶方向FR看后面的导向部件5a、5b基本上沿垂直方向V延伸，该导轨部件通过一个作用在该导轨部件6的两个端部上的固定卡箍7固定在汽车车身上(未示出)。一个另外的实体构成的导轨部件6b以类似的方式穿过沿行驶方向FR看前面的导向部件5c基本上沿垂直方向V延伸，该导轨部件同样通过一个(另外的)作用在该导轨部件6b的两个端部上的固定卡箍7固定在汽车车身上。
(在这里两个)导轨部件6a、6b涉及一些优选金属的、任意弯曲延伸的杆状的且在此基本上沿垂直方向取向的结构件，它们在其横截面上是不同的，如图2所示的那样。由图2还示出了与导轨部件共同作用的导向部件5a或5c的基本结构。因此其中每个导向部件5a、5b、5c都由一个环形支架51组成并且通过这个支架固定在车轮支架3的相应的臂4a或4b或4c上。在每个支架51中彼此对置地支承有两个滚动体52，它们可围绕其旋转轴线53旋转，其中这样进行配置，使得这两个滚动体52贴靠在穿过这些滚动体52之间延伸的相应导轨部件6a或6b的彼此对置的侧面上。
在沿行驶方向FR看前面的导向部件5c中设有两个桶形的滚动体52，它们分别贴靠在横截面为矩形的导轨部件6b的一个平坦面上或者在其上滚动。因此在导轨部件6b与导向部件5c之间的力传递只能沿水平方向在垂直于行驶方向的汽车横向(箭头Q)上实现。在沿行驶方向FR看后面的导向部件5a中同样设有两个桶形的滚动体52，并且它们在此与在前面的导向部件5c中被不同地支承，即通过一个所谓的保持架54，该保持架本身固定在支架51上，其中导轨部件6a在其面对滚动体52的侧面上具有一个近似U形的横截面，因此(同样)基本上桶形的滚动体52不仅可以沿汽车横向Q而且可以沿汽车纵向，即沿着或逆着行驶方向FR在水平面中将作用力传递到导轨部件6a上。因此通过滚动体52，在汽车车身相对于车轮支架2沿垂直方向V偏移时，都相对于或沿着相应的导轨部件6a或6b或在由其形状确定的导轨上对每个导向部件5a或5b或5c进行导引。
因此在汽车车轮相对于汽车车身基本上垂直运动时，通过导轨部件6a、6b的相应造型，可以以相当简单的方式实现所期望的车轮导向系统运动学特性(车轮外倾、前束、制动和起动支撑角、滚动中心高度和变化)。实际上就是通过所示的和大体描述的独立悬架约束车轮或车轮支架3的五个空间自由度，而不约束第六自由度，即沿垂直方向V的自由度。在此，前面的导向部件5c约束一个(作为数词)自由度，即对于其本身来看只沿汽车横向Q，而其中每个后面的导向部件5a或5b分别约束两个自由度，即分别对于其本身不仅沿汽车横向Q而且沿汽车纵向，即沿着或逆着行驶方向FR。
在这里所示的实施例中，前面的导向部件5c的上部区段组合到空气弹簧部件8的内部空间的下部区域中(参见图1)，但是这一点以及许多其它的细节尤其是结构形式完全可以与上述不同地构成，而不离开权利要求的内容。尤其是所述导轨或导轨部件6a或6和配属的导向部件5a、5b、5c的结构也可以是其它形式，确切地说(也)考虑到纵向力(沿着或逆着行驶方向作用)和横向力(沿着或逆着汽车横向Q作用)的最佳的力传递。但是总是要实现按照本发明的独立悬架的(主要)优点，即在合理的车轮导向系统运动学特性转换时与目前通常的现有技术相比通过省去导臂、活节和必要时的后桥托架的特别的结构空间优点。由此能够增加内部空间提供并且改善车体结构。它可以实现一个重要的重量优点，此外还可以使所使用的橡胶轴承在设计上仅仅考虑隔绝目的和弹性运动学效应，因为在橡胶轴承中不再需要活节功能。由于没有起动转矩和微小的摩擦转矩，还可以实现一种良好的响应特性。
Claims (7)
1.双辙汽车的独立悬架，它具有通过至少两个实体构成的导轨部件(6a、6b)与一些可沿着所述导轨部件移动的导向部件(5a、5b、5c)共同作用的车轮导向系统，其中在车轮中心(M)之前和之后分别设有至少一个基本上沿垂直于地面的垂直方向(V)延伸的导轨部件(6a、6b)，其特征在于，位于车轮中心(M)之后的导轨部件(6a)穿过两个导向部件(5a、5b)，这两个导向部件分别约束两个自由度，即沿汽车横向和汽车纵向，而位于车轮中心(M)之前的导轨部件(6b)只穿过一个导向部件(5c)，该导向部件约束沿汽车横向取向的自由度。
2.如权利要求1所述的独立悬架，其特征在于，所述导轨部件(6a、6b)直线地或者弯曲地以恒定的或沿着其导轨变化的曲率构成。
3.如权利要求1或2所述的独立悬架，其中，在所述各导向部件(5a、5b、5c)与导轨部件之间设置一种滚动支承，其特征在于，所述导向部件(5a、5b、5c)具有一些支承在一个支架(51)中的桶形的滚动体(52)。
4.如权利要求1或2所述的独立悬架，其特征在于，所述各导向部件(5a、5b、5c)具有两个滑动部件或滚动体(52)，这些滑动部件或滚动体贴靠在配属的导轨部件(6a、6b)的彼此基本上对置或近似对置的侧面上。
5.如权利要求4所述的独立悬架，其特征在于，所述导轨部件(6a、6b)的与导向部件(5a、5b、5c)的滑动部件或滚动体(52)共同作用的面构成为拱曲的或具有一个近似U形的横截面，并且相应的导向部件(5a、5b、5c)的滑动部件或滚动体(52)与该拱曲的面或该U形的横截面匹配地成形，以致在滚动体(52)的情况下，在多个位置上基本上存在一种点接触，这能够实现沿多个方向的力传递。
6.如权利要求3所述的独立悬架，其特征在于，具有导向部件(5a、5b、5c)的所述导轨部件(6a、6b)至少部分设置在一个构成为空气弹簧(8)的支承弹簧部件之内。
7.如权利要求4所述的独立悬架，其特征在于，具有导向部件(5a、5b、5c)的所述导轨部件(6a、6b)至少部分设置在一个构成为空气弹簧(8)的支承弹簧部件之内。
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