CN101970252B - 具有独特几何结构的车辆悬架总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于支撑车轴且连接到车辆车架上的悬架系统，包括一对安装且悬挂在车辆车架上的横向隔开的车架支架。每个车架支架具有沿着其周边定位的一个或多个安装点，用于悬架部件例如减震器的安装，并且具有向内伸向车辆车架中心的突出的空气弹簧附接板。悬架系统还包括第一对空气弹簧，它们的上部安装到车架支架的空气弹簧附接板上。空气弹簧的下部安装到悬架臂上。悬架系统包括第二对空气弹簧，它们沿纵向与第一对空气弹簧分开并且连接到悬架臂组件和车架上。

Description

具有独特几何结构的车辆悬架总成

技术领域

本发明涉及汽车悬架及其部件。具体地，本发明涉及一种新的车架吊架或支架组件和具有独特几何结构的悬架系统，其用于控制车轴相对于车辆车架的位置。

背景技术

车辆的车轴/悬架系统的目的是为了最小化车轴与车架之间的力传递。车轴/悬架系统还必须控制作用于车轴自身上的各种力，这些力可能导致车轴变得方向偏移或者可能改变车轴相对于车架的竖直、侧向和/或纵向位置。车轴/悬架系统还必须最小化车轴的摇摆、扭转(倾斜)和旋转运动。

传统地，车轴/悬架系统结合了多个部件，例如防倾杆、减震器、弹簧、气囊和连接装置，以控制作用于车轴上并由车轴传递的上述这些力。附加的部件增加了重量、利用了车辆车架沿线和下方的额外空间并且增大了这些系统的复杂性。

图1示出了现有技术悬架总成的一侧，其采用四个独立的空气弹簧(车辆的每侧各两个)。在现有技术中，使用多个单独的支架把独立的部件安装到车辆的车架纵梁上。例如，空气弹簧1经由独立的安装支架2附接到车架上。车架支架3安装在空气弹簧1的前方并且通过扭矩杆连接装置4连接到悬架上。利用另一支架6把减震器5的上部安装到车架上。如图所示，多个支架增加了重量并且需要额外的空间。因此，现有技术悬架系统是沿着车辆车架展开，悬架比较重，并且悬架包络体比较大。

发明内容

本发明通过降低部件数量、重量和所利用的空间设法减少在先的悬架总成所面对的问题和复杂性。在某种程度上，由于一种新的车架支架组件可能实现这些优点，该车架支架组件允许悬架总成的一些部件″嵌套″在悬架包络体内。该车架支架还整合了悬架部件的安装点，消除了对额外支架的需求。通过整合安装点并减少部件的总数，本发明的重量更轻并且没有其他可用系统那么复杂。

因此，本发明的一个目的是提供一种悬架总成或系统，其最小化车轴的运动、大体维持车轴在车辆运行期间的位置并且限制车轴与车架之间的力传递。

本发明的另一个目的是提供一种对四气囊(bag)悬架系统的新的且改进了的设计，其利用四个空气弹簧来控制车辆悬架。

本发明的另一个目的是提供一种车辆悬架系统，其具有更小的复杂性和/或更少的零件，得到更轻的重量和更低的成本。

本发明的另一个目的是提供一种车辆悬架系统，其与其他类似的可用系统相比，利用更少的空间并且具有更小的包络体。

本发明的另一个目的是提供一种独特的车架支架，其整合空气弹簧和上部减震器扣眼连接、包括纵向负载控制并且通过把空气弹簧嵌套在底盘包络体内来改进该系统的几何结构。

通过一种把车轴安装在沿纵向延伸的车辆结构上的悬架总成来实现这些目的和优点；该悬架总成包括一对安装在该车辆结构的每侧的横向隔开的车架支架。该悬架总成的每个车架支架具有向内突向车辆中心的板状构件以进行空气弹簧组件的附接。一对悬架臂支撑该车轴。每个悬架臂都具有用于夹紧该车轴的车轴夹紧组件。这些悬架臂经由纵向扭矩杆和减震器与车架支架相连。四个空气弹簧组件附接到悬架臂的端部上。两个空气弹簧组件位于车轴的前面，另两个组件位于车轴的后面。这些空气弹簧组件种的两个附接到车架支架的板状构件上。不同于附接在车架支架上的这些空气弹簧组件，第二对空气弹簧组件直接附接在悬架臂与车架之间(经由安装支架)。扭矩盒经由扭矩盒支架安装到车辆车架上。一对车钩架围绕着车轴差速器并且把车轴连接到该扭矩盒上。

通过下面更详细的描述将更明显得到本文所述新的悬架总成的好处和特征。然而，将会理解，装置还能够适用于本文所要求保护的发明，而不用实现从下面的描述中收集的这些好处的每一个。受法律保护的主题由所附权利要求限定，而不是本文所述的主题的好处。从本发明的优选形式得出任何和所有的好处，对于发明总体而言不是必需的。

附图说明

在下面的详细描述中，将多次对附图的下列视图给出附图标记，其中，相同的附图标记代表着相同的部件，并且其中：

图1是本领域中已知的车辆、车辆车轴和车辆悬架部件的侧视图；

图2是按照本文所述原理和教导构造的车辆车架、车辆车轴和车辆悬架部件的侧视图；

图3是图2所示车辆车轴和车辆悬架部件的正视图；

图4是图2所示车辆车轴、车辆车架和车辆悬架部件的俯视图；

图5是图2所示车辆车轴和车辆悬架部件的仰视图；

图6是图2所示车辆车轴和车辆悬架部件的透视图；

图7是示出按照本文所述原理和教导构造的车辆悬架部件的另一实施例的侧面正视剖视图；

图8是按照本文所述原理和教导构造的车架支架的透视图。

具体实施方式

图2示出了在车辆一侧的一些车辆部件，在这里总称为4气囊悬架系统。图2中示出的是车辆车轴12和相关的车辆悬架10。应当理解，车辆的相对侧包括车轴12的相对侧和复制的悬架部件。

车辆悬架系统10把车轴12安装在车辆车架上。该车辆车架通常由一对隔开的、平行的、沿纵向延伸的车架纵梁20组成。该车架纵梁20是大体C形并且朝着车辆中心开口。车辆车轴12沿侧向穿过车辆并且大体垂直于这些车架纵梁20。

悬架系统10通过一对车架支架(或车架吊架)22安装在这些车架纵梁20上。每个所示车架支架22都具有倒A形。每个车架支架22的顶部都具有沿着其周边定位的一个或多个安装点24-27。安装点24-27使得悬架部件能够直接连接到车架支架22，而不是单独地附接到车架纵梁20上。这些安装点24-27可以位于车架纵梁20的总区域的上方、下方或附近。在车架支架22的下部点处，U形接头80(见图8)接收纵向扭矩杆(或控制臂)32。

纵向扭矩杆32经由衬套34枢转地连接到车架支架上，该衬套用螺栓或其它方式附接在车架支架22上。纵向扭矩杆的尾部经由衬套36枢转地连接到纵臂式悬架臂40的中心枢轴节。

一对悬架臂40支撑车轴12。悬架臂位于车轴的每侧。车轴夹紧组件42刚性地收集车轴12的在车轴的相应端附近的部分并且把车轴12刚性地固定到悬架臂40上。悬架臂40用作用于悬架的轴座。

安装在悬架臂40的向前延伸部(或向前部分)44上的是减震器48的下部。减震器48的上部在安装点27处附接到车架支架22上。减震器48附接到车架支架22上消除了减震器48对分散支架和相关紧固件的需求。

向前空气弹簧50的基部安装并落座在支撑臂组件40的向前部分(或向前支撑臂)44上。这个安装点大体靠近向前延伸部44的前端，但是替换实施例可以具有变化的位置。空气弹簧在向前延伸部44与车架支架22的空气弹簧附接板68之间向上延伸(见图8)。空气弹簧附接板68(见图8)朝着车辆中心延伸或突出到车架支架之外，并且提供用于附接向前空气弹簧50的上端的结构。空气弹簧附接板在图3、4、6和8中更好地示出。

后空气弹簧56通过已知方式安装并落座在悬架臂40的后部(或后延伸部)46上。空气弹簧56在后延伸部46和与其相应的空气弹簧支架52之间延伸，空气弹簧56的顶部附接到该空气弹簧支架52上。空气弹簧支架52把空气弹簧56固定在车架纵梁52上。

刚性地安装到车轴上并且围绕差速器的车钩架60连接到扭矩盒62组件上。在美国专利No.6,527,286中阐述了所示扭矩盒60的相关细节，该专利的公开内容作为参考并入本文。扭矩盒62经由一对扭矩盒支架64大体安装在车架纵梁之间。扭矩盒的功能、内部部件以及它如何安装的是依照美国专利No.6,527,286，这些是本领域技术人员已知的。

图3示出了悬架系统10的两侧(左侧和右侧)是对称的。如图3所示，悬架臂40的向前延伸部44向内以一角度朝向悬架系统(和车辆)的中心。向前延伸部44甚至可以伸过车架纵梁20的内缘。安装在向前延伸部44上的是向前空气弹簧50。在图3中，向前空气弹簧50定位在车架支架22的附近且稍稍位于车架支架22内。与车架支架的剩余部分一体形成的空气弹簧附接板68在车架纵梁的下方突出并且向内伸向悬架系统的中心。空气弹簧附接板68固定向前空气弹簧50的上部。空气弹簧附接板68大体平行于车轴12，但是，其它实施例可以具有变化的构造。例如，空气弹簧附接板68可以从车架吊架的任何部分延伸。

也连接到车架支架22上的是减震器48。减震器48在上部安装点24处附接。减震器48的下部和空气弹簧50的下部连接到悬架臂40的向前悬架延伸部44上。悬架臂40还连接到车轴12和后空气弹簧56(见图2)上。车轴12经由车轴夹紧组件42刚性地固定到悬架臂上。安装到车轴12上的是车钩架60。车钩架60在车轴12的两侧和在车轴12的顶部隔开。车钩架60把扭矩盒刚性地附接到车辆车轴12上。扭矩盒62通过安装扭矩盒支架64也刚性地安装到车架纵梁20上。

图4更明显地示出了向前空气弹簧50(被扭矩盒支架64挡住了部分视图)是怎样向内朝向车辆的中心线30。平行的车架纵梁20是隔开的并且沿纵向延伸。车架支架22安装且悬挂在车架纵梁20上。一对纵臂式悬架臂40支撑车轴12。车轴夹紧组件42把车轴12刚性地固定到悬架臂40上。空气弹簧56连接到其相应的悬架臂40上并且通过支架52安装到车架纵梁20上。扭矩盒62位于这些车架纵梁20之间。扭矩盒62通过扭矩盒安装支架64刚性地安装到车架上并且通过车钩架60安装到车轴12上。

图5示出纵臂式悬架臂40的结构。从顶部或底部看时，悬架臂40是大体C形或V形。悬架臂40向内面向车辆的中心线30。换言之，组件的臂40向内以一角度朝向车辆和悬架系统10的中心。悬架臂40也是不对称的。向前支撑臂或延伸部44具有比后延伸部46稍大的角度(当沿着纵轴比较时)。向前延伸部44还向内伸过车架纵梁并且比后延伸部46更伸向车辆的中心线30。纵臂式悬架臂40还为安装空气弹簧50和56提供平台。

图6示出了后空气弹簧56的上部连接到安装支架52上。安装支架52具有连接到后空气弹簧56上的圆形基部52a。从圆形基部52a延伸的是连接到车架纵梁上的倒V形结构52b。然而，安装支架52可以具有使空气弹簧56联接到车架纵梁(未示出)上的任何构造。空气弹簧56的基部联接到悬架臂40的端点上。车轴12落座在悬架臂40上。车轴夹紧组件42刚性地收集车轴12的在车轴的相应端附近的部分并且把车轴12刚性地固定到悬架臂40上。如图6所示，车轴夹紧组件42由顶部垫板42a和接收在顶板42上的槽(未示出)内的两个U形螺栓42b组成并且如图所示地环绕车轴12。U形螺栓42b连接或联接到悬架臂40。在图6中，扭矩控制盒62利用扭矩盒安装支架64刚性地安装在车架纵梁(未示出)之间。扭矩盒64经由车钩架60附接到车轴上。

在图6中，减震器48的下部在车轴12附近附接到悬架臂40。减震器48的上部附接到车架吊架27的安装点上。车架吊架22在U形接头80(见图8)中接收纵向扭矩杆32。纵向扭矩杆32经由沿侧向延伸的衬套70连接到车架吊架上，这些衬套的端部用螺栓或其它方式连接在车架吊架22上，这是本领域已知的。纵向扭矩杆32的后部经由衬套连接到悬架臂40上，这是本领域已知的。

从车架吊架22延伸且伸向车辆中心的是空气弹簧附接板68。向前空气弹簧50的上部连接到空气弹簧附接板68。向前空气弹簧50的下部附接到悬架臂40的向前延伸部44的端部上。支撑臂的向前延伸部向内以一角度朝向车辆和悬架系统10的中心。

如图2-6所示，向前空气弹簧″嵌套″在车架支架22的后面，通过允许车架支架安装成更靠近车轴来最小化整个悬架包络体。有了这种″嵌套″方法(即，把向前空气弹簧50嵌套在车架支架22附近)，悬架系统10的几何结构得以改进。因为车架支架22和向前空气弹簧50能够有效地定位在同一纵向空间里，所以悬架的几何结构紧凑得多。悬架系统10利用了更小的空间和更少的部件，例如支架、控制臂、连杆机构和安装装置。因此，悬架系统的重量更轻并且重量的减少能够最大化车辆负载，而没有过多的重量约束或限制。重量的减少还提高了车辆的燃料效率。简化的几何结构改进了封装和车架包络体。这些改进允许制造商能够使更多的底盘纵梁用于其它部件并且能够有更大的库存量。悬架系统10的几何结构还减少组装劳动量，因为它使用更少的部件并且比其它系统更简单。

悬架系统的几何结构10还改进了各种力作用在车轴和/或车架上时悬架的力学响应，这又改进了行驶质量。扭矩盒62形成平行四边形构造，其中，纵向扭矩杆32形成该构造的下部连杆机构，并且扭矩盒62形成上部连杆机构。连杆机构(即扭矩盒62或纵向扭矩杆32)的长度能够最优化成为指定规格或情况提供最优的车轴运行，而不损害其它的悬架性能参数。

图7示出了悬架系统90的另一个实施例，也就是悬架系统的前臂构造。通常，在前臂构造中，纵臂式悬架系统10的部件是镜像的(即，前后颠倒)。因此，位于系统10中的车轴12前方的部件现在位于悬架系统90中的车轴12的后方，反之亦然。应当理解，图7示出了车辆的一侧，并且车辆的相对侧包括车轴的相对侧和悬架系统的复制部件。

向前空气弹簧92经由安装支架94连接到车架纵梁91上并且连接到悬架臂100的向前端部96上。车轴12落座在悬架臂100上。车轴夹紧组件刚性地收集车轴99的在车轴的相应端附近的部分并且把车轴99刚性地固定到悬架臂100上。减震器98在车轴99的后面但在车轴99的附近安装到悬架臂100上。减震器的顶部连接到车架吊架22的安装点24上。在悬架系统中90，车架支架22朝着车辆的后部定位且位于车轴12的后面。

纵向扭转杆102经由衬套104枢转地连接到中心枢轴节106上或者悬架臂100的下部。衬套104用螺栓或其它方式附接在总成100上。纵向扭转杆102的尾部经由衬套108枢转地连接到车架支架22的枢轴节或U形接头110。

后空气弹簧112安装并落座在悬架臂100的后端部114上。从顶部或底部看时，悬架臂100是C形，向内面向车辆中心。类似于前一实施例，悬架臂100也是不对称的。同时，图1-5所示的悬架臂40的向前延伸部44处于较大角度，而本实施例的后部114比前端部96更以更大的角度朝向内。因此后臂部114的端部比前端96更伸向车辆中心。后臂部114甚至可以伸过车架纵梁91的内缘。后空气弹簧112的顶部附接在空气弹簧附接板(未示出)上，该连接板从车架支架22向内突向车辆中心。

图7的剖视图示出了位于车架纵梁91之间的扭矩盒116。扭矩盒经由扭矩盒支架118安装到车架纵梁上。扭矩盒还经由车轴车钩架120安装到车轴12上。

图8是图2-7所示车架支架22的透视图。车架支架22为倒A形。车架支架22是对称的，允许在多种构造中使用相同的车架支架22设计。每个车架支架22的顶部是最宽的部分并且具有沿着其周边定位的一个或多个安装点24-27。这些安装点24-27使得悬架部件能够直接连接到车架支架22上。悬架部件可以包括减震器或悬架系统的其它部件。空气弹簧附接板68通常从倒A形的横构件的位置延伸。空气弹簧附接板68提供用于附接空气弹簧或气囊的结构。然而应该理解，车架支架22可以具有安装点移至另一位置或空气弹簧附接板重新定位的任何结构。车架支架22的下部或者离车架支架安装到支架纵梁的点最远的部分具有带有分支82的U形接头80，该U形接头的开口部沿着纵轴形成。U形接头80通常接收纵向扭转杆，但是考虑到不同的悬架系统构造，它还可以接收其它部件。在U形接头80的每侧都安装分支82，这些分支相互平行。这些分支82是为了安装或附接用于连接纵向扭转杆的衬套。

本发明的车辆悬架总成是简化的并且最有效地最大化可用空间，在上面的描述中，使用某些术语是为了简练、清楚和理解；但是不会从那里暗示不必要的限制，因为，使用这些术语是为了陈述的目的并且意图进行宽泛地解释。

而且，本发明的描述和示例是举例的方式，并且本发明的范围不局限于所示或所描述的精确细节。

已经描述了本发明的特征、发明内容和原理，改进的车辆悬架总成构造、布置和使用的方式，本系统的部件特征和几何结构，以及所获得的新的和有用的结果；在所附权利要求中陈述了新的和有用的结果、装置、元件布置、零件和组合。

Claims (20)

1.一种悬架系统，用于把车轴安装在沿纵向延伸的具有纵向延伸中心线的车辆结构上，所述悬架系统包括：

横向隔开的一对车架支架，所述一对车架支架中的每一个车架支架都安装且悬挂在所述车辆结构上；

所述车架支架中的所述每一个车架支架都具有从所述车架支架朝向所述车辆结构的所述中心线向内延伸的空气弹簧附接板；

所述车架支架中的每一个车架支架都具有沿着其周边定位的一个或多个安装点；

横向隔开的一对悬架臂，每个悬架臂都具有第一端和第二端；所述第一端中的每一个都以一角度朝向所述车辆结构的所述中心线；所述悬架臂中的每一个悬架臂都附接到所述车轴上；

横向隔开的第一对空气弹簧，所述第一对空气弹簧中的每一个空气弹簧都安装到所述悬架臂中的每一个悬架臂的所述第一端上，并且还安装到从所述车架支架中的一个车架支架突出的所述空气弹簧附接板上，所述横向隔开的第一对空气弹簧大致从悬架臂的第一端向上延伸至所述空气弹簧附接板；

一对第二悬架系统部件，所述一对第二悬架系统部件中的每一个第二悬架系统部件都安装到所述悬架臂上，并且还附接到所述车架支架上的一个所述安装点上；以及

横向隔开的第二对空气弹簧，其沿纵向与所述第一对空气弹簧隔开，所述第二对空气弹簧中的每一个空气弹簧都安装到所述悬架臂的第二端上，所述第二对空气弹簧中的每一个空气弹簧都向上延伸并且附接到所述车辆结构上。

2.根据权利要求1所述的悬架系统，其特征在于，所述第二悬架系统部件是减震器。

3.根据权利要求1所述的悬架系统，其特征在于，所述车架支架为倒A形，所述倒A形的最宽部分是安装到所述车辆结构上的部分。

4.根据权利要求1所述的悬架系统，其特征在于，所述车架支架为倒A形并且还具有横构件，所述空气弹簧附接板从所述横构件的位置突出。

5.根据权利要求1所述的悬架系统，其特征在于，所述悬架臂的所述第二端中的每个都以一角度朝向所述车辆结构的所述中心线。

6.根据权利要求1所述的悬架系统，其特征在于，所述车辆结构是车辆车架，所述车辆车架包括一对隔开的、沿纵向平行地延伸的长形构件，并且所述车架支架安装和悬挂在所述长形构件上。

7.根据权利要求6所述的悬架系统，其特征在于，所述空气弹簧附接板中的每一个空气弹簧附接板都垂直于所述长形构件且在所述长形构件下方延伸。

8.根据权利要求6所述的悬架系统，其特征在于，所述长形构件中的每一个长形构件都具有内缘和外缘，所述内缘定位成比所述外缘更靠近所述车辆结构的中心线，并且所述悬架臂的所述第一端以一角度朝向所述中心线并且在一个所述长形构件的所述内缘的下方延伸且伸过所述内缘。

9.根据权利要求8所述的悬架系统，其特征在于，所述悬架臂的所述第二端中的每一个都以一角度朝向所述车辆结构的中心线并且在一个所述长形构件的所述外缘的下方延伸且伸过所述外缘。

10.根据权利要求1所述的悬架系统，其特征在于，所述车架支架中的每一个车架支架都具有位于离所述车辆结构最远点处的U形接头，并且所述悬架臂中的每一个悬架臂都具有中心枢轴节，所述悬架系统还包括：

一对扭矩连杆；所述扭矩连杆中的每一个扭矩连杆大致从所述中心枢轴节延伸到所述U形接头。

11.根据权利要求10所述的悬架系统，其特征在于，所述扭矩连杆中的每一个扭矩连杆都经由衬套附接到所述车架支架和所述悬架臂。

12.根据权利要求1所述的悬架系统，还包括：

扭矩控制装置，其安装在所述车辆结构和所述车轴上且在所述车辆结构和所述车轴之间延伸，所述扭矩控制装置具有大致盒状结构并且具有第一端和第二端，所述第一端连接到所述车轴上，并且所述第二端连接到所述车辆结构上。

13.根据权利要求1所述的悬架系统，其特征在于，所述空气弹簧附接板侧向地延伸过所述车架支架。

14.一种车架支架，包括：

具有下尖部、长度、宽度、高度以及向内侧和向外侧的大体倒A形的车架；

沿着车架的周边定位的一个或多个安装点；以及

从所述车架的所述向内侧朝向车辆的中心线侧向地突出的空气弹簧附接板，并且空气弹簧在车架纵梁的向内侧安装到所述空气弹簧附接板。

15.根据权利要求14所述的车架支架，还包括位于所述车架的所述下尖部处的U形接头和一对下部安装点，所述下部安装点相互平行，各所述下部安装点位于所述U形接头的各侧。

16.根据权利要求14所述的车架支架，其特征在于，所述安装点大体位于所述车架的竖直中间点上方。

17.根据权利要求14所述的车架支架，其特征在于，所述安装点大体位于所述车架的具有最宽宽度的区域中。

18.根据权利要求14所述的车架支架，其特征在于，所述空气弹簧附接板大体垂直于所述车架。

19.根据权利要求14所述的车架支架，其特征在于，所述空气弹簧附接板接收、连接到或安装到空气弹簧。

20.根据权利要求14所述的车架支架，其特征在于，所述空气弹簧附接板从所述车架的横构件突出。

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