CN101395018A - 带有可变外倾的悬挂设备的车辆 - Google Patents

带有可变外倾的悬挂设备的车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包括可变外倾的悬挂设备的车辆，所述悬挂设备(1)允许车轮(2)相对车辆的车身(5)的基本垂直的悬挂移动和外倾运动，垂直悬挂移动和外倾运动基本上是独立的，在此车辆中，悬挂设备由连接装置(6，7)连接到车身，连接装置(6，7)允许悬挂设备相对于车身围绕横向旋转轴线产生一个旋转(α)。

Description

带有可变外倾的悬挂设备的车辆
技术领域
[0001]本发明涉及机动车辆与地面之间的连接，特别涉及允许相对车辆车身具有一个车轮外倾自由度的悬挂设备。本发明尤其涉及客车。
背景技术
[0002]悬挂设备具有两个主要功能，这两个功能在其工作过程中必须一直同时起作用。一个功能是悬挂车辆，也就是说，允许每个车轮根据施加在车轮上的载荷的变化而作基本垂直的振动。这些设备的另一个功能是引导车轮，也就是说，控制车轮平面的角位置。
[0003]术语“车轮平面”指的是与车轮关联的平面，该平面垂直于车轮轴并在车轮垂直时穿过与地面接触的静态区域的中心。由此所限定的车轮平面因而被固定到车轮轴上，并且其方位和车轮的方位同样地改变。
[0004]车轮平面相对车辆车身的角位置由两个角度所限定，即外倾角和转向角。车轮的外倾斜是位于垂直于地面的横向平面中的角度，该角度将车轮平面从车辆的中央平面分隔开。
[0005]车轮的转向角是位于平行于地面的水平平面中的角度，该角度将车轮平面从车辆的中央平面分隔开。
[0006]专利申请EP 1070609描述了一种悬挂设备，该悬挂设备允许具有基本独立于悬挂运动的一个车轮外倾自由度。多臂(multi-arm)或双横臂(double-wishbone)系统容许悬挂的运动。在作用于车辆上的力的影响下以被动的方式与/或通过所控制的促动器以主动的方式，由这些臂的联接节点相对车辆车身的运动导致了外倾变化。
[0007]国际申请WO 01/72572描述了一种悬挂设备，其中车轮支架(wheel support)为允许相对悬挂元件具有一个车轮外倾自由度的装置。该自由度或者例如通过根据车辆运行参数而变化的油缸促动器以主动方式被控制，或者通过采用施加在接触区域中的车轮上的力而以被动方式被控制。
[0008]国际申请WO 04/058521描述了另一种允许相对悬挂元件具有一个车轮外倾自由度的车轮支架设备。外倾装置包括三重铰链(triple hinge)，该三重铰链一方面被配合到轮架，另一方面被配合到悬挂元件，所述三重铰链包括两个翼缘(flange)和两个杠杆(lever)，每一个杠杆分别被固定到两个翼缘中的一个上，杠杆一方面被配合到轮架，另一方面被配合到悬挂元件。
[0009]存在具有不同外倾的悬挂系统的许多其它实例。对于所有这些具有可变外倾的支架和悬挂设备，一个共同的特征是，相对常规的悬挂设备，它们包括额外的机动性功能，该功能除了垂直悬挂外，允许车轮相对于车身外倾。车轮相对于车身的外倾运动围绕外倾轴线而发生。该基本水平的轴线由外倾平面中的点来表示。也已提出采用相对水平方向的该轴线的倾斜定位，以便在实现外倾效果的同时实现转角效果。在选择倾斜角时出现困难，因为理想的倾斜事实上在车辆的各动态性能水平之间构成平衡，这些性能水平有时是相互冲突的。例如，对于高速稳定性有利的倾斜可能在中等速度的驾乘灵活性或舒适度方面是不利的。因此，本发明的一个特别的目的是克服在选择外倾轴线的倾斜时的这种困难。
发明内容
[0010]通过包括可变外倾悬挂设备的车辆来实现该目的，所述悬挂设备允许车轮相对车辆车身的基本垂直的悬挂运动和外倾运动，垂直悬挂运动和外倾运动基本上是独立的，其中悬挂设备由连接装置连接到车身，该连接装置允许悬挂设备相对于车身围绕横向旋转轴线产生一个旋转。
[0011]优选地，所述连接装置配置为允许悬挂设备相对于车身围绕横向旋转轴线旋转，该横向旋转轴线在竖向上位于地面和车轮中心之间。优选地，横向轴线纵向地位于车轮中心的前方。
[0012]优选地，对于围绕瞬时旋转轴线而发生的车轮的外倾运动，所述连接装置的配置使得在车轮不传输任何制动力时瞬时旋转轴线基本水平，并且使得在车轮传输制动力时瞬时旋转轴线向前方倾斜。仍然优选地，所述连接装置的配置使得在悬挂设备承受其参考载荷时瞬时旋转轴线基本水平，并且使得在悬挂设备承受大于所述参考载荷的垂直载荷时瞬时旋转轴线向前方倾斜。仍然优选地，所述连接装置的配置使得在车轮不传输任何驱动力时瞬时旋转轴线基本水平，并且使得在车轮传输驱动力时瞬时旋转轴线向前方倾斜。
[0013]优选地，连接装置是弹性的联接节，由所述联接节的变形引起悬挂设备的旋转。
[0014]优选地，通过根据车辆运行参数而变化的主动控制装置来控制悬挂设备的旋转。
附图说明
[0015]参考对附图的描述将能更好地理解本发明，在这些附图中：
- 图1和2显示了根据本发明的车辆的示意性的后视图；
- 图3至5显示了根据本发明的车辆的示意性的侧视图，车辆的前部位于附图的左方；
- 图6和7显示了根据本发明的车辆的示意性的俯视图；以及
- 图8和9显示了根据本发明的车辆的示意性的后视图。
[0016]不同的附图使用同样的附图标记来指示相同或相似的元件。从而，将不用对这些元件系统地重复描述。还显示了与车辆关联的坐标系的坐标轴。根据标准的惯例，X轴是纵向的并指向前方，Y轴是横向的并指向左方，Z轴是竖向的并指向上方。
具体实施方式
[0017]图1示意性地显示了根据本发明的车辆的后视图。车身5通过悬挂设备1的方式停置在地面S上。悬挂设备1允许每个车轮(左侧2a和右侧2b)以各车轮相关联或者相独立的方式而具有竖向变形和外倾变化。悬挂设备由连接装置(此处未显示)连接到车身。例如，在文献WO01/052666的图14中或在文献WO04/009383的图10中，描述了以这种方式配置的可变外倾的悬挂设备的实例。
[0018]图2示意性地表现了车辆的后视图，其车身5通过两个悬挂设备(左侧设备1a和右侧设备1b)的方式停置在地面S上。每一个悬挂设备允许每个车轮(左侧2a和右侧2b)以与另一个车轮相独立或者相关联的方式而具有竖向变形和外倾变化。这种表示还说明了一个事实，即两个悬挂设备的每一个都由特定地连接到车身的连接装置(此处未显示)与车身连接。例如，在文献WO 04/058521的图3中、在文献WO 04/009383的图9中或在专利申请FR 2880302的附图7中，描述了以这种方式配置的可变外倾的悬挂设备的实例。
[0019]相对于车身的车轮外倾运动围绕旋转瞬心(CIR r/c)而发生，该旋转瞬心优选地位于地面下方，使得作用在接触区域中的车轮上的横向力引起外倾的预期变化，而无需任何外倾促动器。
[0020]图3显示了车辆的左侧，其后轮轴使用了根据图1或2的悬挂系统。与在前述附图中一样，悬挂设备通过虚线示意性地示出。该视图使得可能显示瞬时旋转轴线(AIR r/c)，围绕该瞬时旋转轴线发生车轮2a相对于车身5的外倾运动。该轴线(在本申请的其余部分，也将称为“外倾轴线”)穿过显示在图1和2中的平面视图中的点CIRr/c。此处，瞬时旋转轴线被表现为水平的，也就是说，垂直于外倾平面PC。可替代地，外倾轴线也可以轻微地倾斜，以便在外倾变化的同时产生转向变化。
[0021]刚才参考图1至3所给出的说明对应于现有技术。
[0022]图4和5表现了本发明的原理，其中悬挂设备1以这样一种方式被连接到车身：悬挂设备1可以相对于车身额外地(整体上)围绕一条横向旋转轴线而枢转，从而改变外倾轴线的倾斜。在显示在图4和5的左侧视图中，横向轴线穿过点CIR s/c。在显示在图1和2的纵向视图中，横向旋转轴线AIR s/c是清晰可见的。
[0023]在显示在图4和5的实例中，示意性地表现了将悬挂设备连接到车身的诸如弹性联接节6和7的装置，例如每一个弹性联接节允许沿其轴线运动，并且其配置以限定悬挂设备相对于车身而围绕所述横向轴线的所述旋转。
[0024]在图4和5之间的比较说明了本发明的工作原理。在图4中，外倾轴线(AIR r/c)是水平的。在图5中，外倾轴线是以角度α向车辆的前方倾斜的，该角度α对应于悬挂设备围绕横向轴线的枢转角度α。应当理解，这种额外的机动性功能可以因而被用于以主动的或被动的方式并且根据许多参数而变化来改变外倾轴线的倾斜。
[0025]在被动工作的情况中，取决于横向轴线的精确定位，被施加在车辆和地面之间的连接中的力将趋向于在一个或其它方向上枢转悬挂设备(也就是说，趋向如图5中的前方或趋向后方)。
[0026]优选地，横向轴线在竖向上位于地面上方至少50mm处，以便制动力FxB具有如此处所表现的使外倾轴线向车辆的前方倾斜的效果。
[0027]优选地，在驱动轮轴的情况中，横向轴线在竖向上位于车轮4的轴线的下方至少100mm处，以便驱动力FxM也具有如此处所表现的使外倾轴线向车辆的前方倾斜的效果。
[0028]仍然优选地，横向轴线另外略微水平地位于车轮4的中心的前方(例如至少30mm)处，以便垂直力Fz也具有如此处所表现的使外倾轴线向车辆的前方倾斜的效果。优选地，以这种方式配置车辆：只要垂直载荷不超过对应于车辆的参考载荷的载荷，也就是说，当车辆处于完全工作状态(full working order)(所有流体容器都是充满的)并且正载着两名乘坐在前部座位上的乘客时，车辆载荷的变化就不会影响外倾轴线的倾斜。
[0029]在主动工作的情况中，也就是说，当使用促动器的形式在悬挂设备上施加被控制的旋转时，横向轴线的定位可以被更自由地选择，例如根据特定用于该促动器的尺寸和功率水平标准的变化而选择。外倾轴线的倾斜的主动控制可以根据车辆运行参数的变化而发生，车辆运行参数例如速度、车辆的纵向或横向加速度、在转向车轮处的角度、转向车轮的旋转速度、施加在转向车轮上的转矩、滚动、滚动速度、滚动加速度、摇摆、摇摆速度、摇摆加速度、施加在车轮上的包括垂直载荷的力、驱动类型以及驾驶者所期望的状态。
[0030]驱动器可以是任何类型的(例如电的、机械的、液压的)，只要其适于本发明所预期的应用。
[0031]优选地，外倾轴线在没有变化时是基本水平的，并且倾斜角度的有用变化(α)为至少5°，优选地为10°。
[0032]用于将悬挂设备连接到车身的装置可以采用允许围绕横向轴线旋转的任何形式。已证明，通过弹性连接的装置有利于实现这种功能，该弹性连接以本身公知的方式将悬挂设备的副架(subframe)连接到车辆的车身。这些连接的有用功能是通过减少震动和振动的传输来提升舒适度。在本发明的上下文中，采用适合的刚度和适合的空间配置使得可能给予这些连接以允许悬挂设备围绕横向轴线旋转的额外功能。
[0033]可替代地，连接装置例如可以采用弯曲的滑道引导系统的形式，该弯曲的轴线对应于预期的横向旋转轴线。也可以使用多个适合于导向和组合的直线(rectilinear)滑道。
[0034]可变的外倾悬挂设备也可以包括主动外倾控制装置，该装置同样也根据车辆运行参数的变化被控制。
[0035]图6、7、8和9示意性地表示了根据本发明的车辆的一个可能的工作模式，图8是表现在图6的俯视图中的情况的后视图。图9是表示在图7的俯视图中的情况的后视图。在此实例中，与前述的实例中的一样，只有车辆的后轮轴使用了根据本发明的悬挂设备。在图6和8中，车辆正运行在直线上，其车轮的转向运动和外倾基本为零。在图7和9中，车辆沿着向右弯道行驶。其前部车轮(2aF和2bF)以常规的方式转向转弯的内侧。外倾轴线向前方倾斜，例如因为驾驶者正在制动。从而，车辆的后部车轮向转弯的内侧倾斜(外车轮2aR是被动外倾的且内车轮2bR是主动外倾的)并且同样地转向转弯的内侧。在转弯中车辆的稳定性(以及其由此的安全性)因而得以提升。

Claims (12)

1、一种包括可变外倾的悬挂设备的车辆，所述悬挂设备(1)允许车轮(2a)相对车辆的车身(5)的基本垂直的悬挂运动和外倾运动，垂直悬挂运动和外倾运动基本上是独立的，其中悬挂设备由连接装置(6，7)连接到车身，连接装置(6，7)允许悬挂设备相对于车身围绕横向旋转轴线(AIR s/c)产生一个旋转(α)。
2、如权利要求1所述的车辆，其中所述连接装置配置为允许悬挂设备相对于车身围绕横向旋转轴线旋转，该横向旋转轴线在竖向上位于地面(S)和车轮(4)的中心之间。
3、如前述权利要求之一所述的车辆，其中横向轴线纵向地位于车轮(4)的中心的前方。
4、如前述权利要求之一所述的车辆，其中，对于围绕瞬时旋转轴线(AIR r/c)而发生的车轮的外倾运动，所述连接装置的配置使得在车轮不传输任何制动力时瞬时旋转轴线基本水平，并且使得在车轮传输制动力(FxB)时瞬时旋转轴线向前方倾斜。
5、如前述权利要求之一所述的车辆，其中，对于围绕瞬时旋转轴线(AIR r/c)而发生的车轮的外倾运动，所述连接装置的配置使得在悬挂设备承受其参考载荷时瞬时旋转轴线基本水平，并且使得在悬挂设备承受大于所述参考载荷的垂直载荷时瞬时旋转轴线向前方倾斜。
6、如前述权利要求之一所述的车辆，其中，对于围绕瞬时旋转轴线(AIR r/c)而发生的车轮的外倾运动，所述连接装置的配置使得在车轮不传输任何驱动力时瞬时旋转轴线基本水平，并且使得在车轮传输驱动力(FxM)时瞬时旋转轴线向前方倾斜。
7、如前述权利要求之一所述的车辆，其中，连接装置是弹性的联接节，由所述联接节的变形引起悬挂设备的旋转。
8、如前述权利要求之一所述的车辆，其中，通过根据车辆运行参数而变化的的主动控制装置来控制悬挂设备的旋转。
9、如前述权利要求之一所述的车辆，其中，横向旋转轴线(AIR s/c)在竖向上位于地面(S)上方至少50mm处。
10、如前述权利要求之一所述的车辆，其中，横向旋转轴线(AIRs/c)在竖向上位于车轮轴的下方至少100mm处。
11、如前述权利要求之一所述的车辆，其中，横向旋转轴线(AIRs/c)水平地位于车轮中心的前方至少30mm处。
12、如前述权利要求之一所述的车辆，其中，所述悬挂系统配备于所述车辆的后轮轴。
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