CN102211509A - 一种具有倾斜的力作用线的螺旋弹簧的后轮悬架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有倾斜的力作用线的螺旋弹簧的后轮悬架(1)，其含有弹簧(7)，该弹簧优选为螺旋弹簧(7)，螺旋弹簧有弹簧几何中心线和力的作用线(9)，螺旋弹簧(7)支承在上弹簧座和下弹簧座中。为了减少施加到后轮悬架(1)的结构元件上的力，以这样一种方式实施和布置弹簧(7)，即，向内偏转时其力的作用线(9)的倾斜程度与向外偏转时倾斜程度不同。

Description

一种具有倾斜的力作用线的螺旋弹簧的后轮悬架

技术领域

本发明涉及一种后轮悬架，其具有弹簧，在优选实施例中该弹簧为螺旋弹簧，螺旋弹簧有几何弹簧中心线和力的作用线，其被支承在上弹簧座和下弹簧座中，转弯时，弯道外侧的车轮或关联的螺旋弹簧向内侧偏转，弯道内侧的车轮或关联的螺旋弹簧向外侧偏转。

背景技术

这种类型的后轮悬架公知的例如是半独立式车桥。

德国第DE 10 2004 058 698 B3号专利文献公开了一种车轮悬架或活动式底盘，其包含车身，通过连杆布置可移动地连接到车身的车轮，其具有轮毂支架和至少一个螺旋压缩弹簧，螺旋压缩弹簧一端支承在车身上，另一端支承在在轮毂支架或连杆布置上。车身支架的弹簧刚度应该可以相对于车轮的接触点以一种可以控制的方式改变。此处使用螺旋压缩弹簧布置，其力的作用线偏离几何弹簧中心线。力的作用线通过转向装置相对于几何中心线在空间上调节。因此，当机动车辆负载时，可以在车辆的后桥带来负载偏移。换言之，当力的作用线相对于弹簧的中心线在空间上偏转时，机动车辆的高度在后者的后面调节。德国第DE 10 2004 058 698 B3号专利文献的关键点在于能单独调节车辆每侧的螺旋压缩弹簧，也就是说也能主动地进行控制。在德国第DE 10 2004 058 698 B3号专利文献的一个说明性的实施例中公开了这样一种情况：螺旋压缩弹簧作为麦弗逊式滑柱的一部分，换言之作为前车轮悬架的一部分，可以被倾斜地设置。但是，这仅仅解决了使悬架滑柱的导向元件或活塞免受破坏力的问题，德国第DE 699 08 502 T2号专利文献也公开了这个方案。德国第DE 10 2004 058698 B3号专利文献进一步教导后轮悬架上的螺旋压缩弹簧垂直地安装。

在德国第DE 699 08 502 T2号(同欧洲第EP 0 976 591 B1号)专利文献中公开了一种具有悬架滑柱和围绕后者的螺旋压缩弹簧的前车轮悬架，螺旋压缩弹簧固定在悬架滑柱上的下座和车身上的上座中。螺旋压缩弹簧具有在无负载的情况下以一定的弯曲半径弯曲的转向轴。螺旋压缩弹簧呈C形或设置在位于两个安装点间的C形物中。通过这种方式，该发明达到了减少作用在悬架滑柱的导向部分和其中的活塞的侧向力的目的。

国际公布号为WO 2009/124658的专利文献公开了一种反向转向的后驱动桥，该反向转向的后驱动桥在加在弯道外侧的车轮上的侧向力的作用下，引起轮毂支架绕前束方向上的虚拟延伸轴线旋转，其中，上述车轮固定在上述轮毂支架上，上述轮毂支架通过支承元件支承在实质上沿车身纵向延伸的纵向构件上。国际公布号为WO 2009/124658的专利文献以半独立车桥为基础，在侧向作用力的作用下，也就是说，例如在转弯时，该半独立车桥有过度转向的倾向，因此，该发明的目的就是设计一种满足一般强度要求的车桥。为达到这个目的，国际公布号为WO 2009/124658的专利文献提出在车轮中心上方和下方两种情况下各提供两个支承元件，这些支承元件力矩可变，但是能抵抗弯曲，并且和延伸的虚拟轴线一样，相对于侧向凸出的垂直方向实质上倾斜相同的角度，上连接支承元件在机动车辆的横向上实质上向内延伸，其一端支承在轮毂支架上，另一端支承在上转矩支承元件上，上转矩支承元件的另一端支承在车桥体上，下连接支承元件实质上在纵向上延伸，一端支承在轮毂支架上，另一端支承在下转矩支承元件上，下转矩支承元件的另一端支承在车桥体上。

特别地，当机动车辆转弯时，大量侧向力作用在弯道内侧和外侧的车轮上，并且这些力需由后车轮悬架或其中的组件吸收。这些侧向力由适当的支架或支承衬套吸收已经公知，并且，一方面，这些部件必须有足够的刚度以避免过度转向。另一方面，支架或支承衬套需要有足够的柔韧性以到达一定的乘坐舒适度。为了减少后车轮悬架的负前束效应，可以倾斜地布置支架或支承衬套，这在例如如图1所示的公知技术中可以看到。

图1表示一种具体为半独立车桥的后车轮悬架1。后车轮悬架1包含两个后纵向摆动臂2，其在接近旋转轴的前方通过焊接剖面3连接。典型的剖面3典型地具有U或T形的横截面，其尺寸制成使得在一侧向内和外偏转时扭曲，并可以起到稳定器的作用。对于具有类似构造的扭力梁式车桥，纵向连杆通过具有焊接扭力管的向下开口的U形剖面大致在中部相互连接。如果剖面在端部连接纵向连杆，则使用术语“扭力曲柄式车桥”。

转弯时在侧向力的作用下车轮悬架结构元件的依从性导致负前束效应。但是，结构部件的依从性和车桥的前束校正运动导致迟钝驾驶，机动车辆的驾驶员和车内的乘客认为迟钝驾驶是一个缺点。因此，需要设计后轮悬架的各个部件或结构元件以抵消这种依从性，即抵消这种易弯曲性，也就是说它们的尺寸需要改变。这使得重量增加，例如如果材料的厚度需要做相应的改变，会给机动车辆的重量，特别是后轮悬架带来不利影响。但是，重量的增加同样意味着例如耗油量的增加。

但是，例如德国第DE 10 2008 045 817 A1号专利文献公开了另一种公知方案，其在半独立车桥中额外增加一个称为瓦特式三杆件悬架(Watt linkage)的结构。通过增加瓦特式三杆件悬架，支承衬套可以制造得柔软些以增加乘坐舒适度，并且侧向力可由额外增加的瓦特式三杆件悬架吸收。但是，即使可以相应改变后轮悬架的各个部件的设计，额外增加的瓦特式三杆件悬架还是额外地增加了机动车辆，更具体地说后轮悬架的重量。此外，额外增加的瓦特式三杆件悬架需要额外的安装空间，而安装空间可能有限。所以，考虑到例如后行李箱的可用空间，也就是说，考虑到例如备用车轮的布置，需要做一些折中。除了需要安装瓦特式三杆件悬架的额外组件，还额外产生了一个声音通道，车辆内的乘客可能会容易听到一些令人烦恼的噪声。

发明内容

因此，本发明的根本目的就是以简单的方式通过以下一种方式改进背景技术的后轮悬架，即：使得上述悬架在例如重量和依从性方面得到改善，同时不需要额外增加组件，这样所需的安装空间也不会增加。

根据本发明，上述目的通过具有以下特征的后轮悬架实现，该后轮悬架具有弹簧，该弹簧具有弹簧中心线和力的作用线，并且支承在上、下弹簧座中，弹簧在一个优选实施例中具体为螺旋弹簧，其以这样的方式实施和布置，即，其力的作用线在向内偏转时的倾斜程度与向外偏转时的倾斜程度不同。向内偏转时的倾斜程度最好比向外偏转时的倾斜程度大。换言之，弹簧以这样的方式布置和实施，即，其力的作用线在向内偏转时比向外偏转时更偏向水平面，并且在两种情况下，即在弯道内侧和弯道外侧车轮上，力的作用线都是相对水平面和垂直面倾斜。因此，在向外偏转的情况下，力的作用线变得更竖直些，当向外偏转时上弹簧座与下弹簧座之间的距离增加。当然，转弯时弯道内侧的车轮，更具体的说是安装在那里的弹簧，向外偏转；弯道外侧的车轮，更具体地说是安装在那里的弹簧，同时向内偏转，由弹簧并且其实也由弯道内侧的车轮产生的侧向分力比弯道外侧产生的小，相应的细节如下。

下面的说明中，作为弹簧优选实施例的螺旋弹簧与弹簧同样地表示。

力的作用线有一个上尖端和一个下尖端。对于上尖端，力的作用线与上弹簧座相交。对于下尖端，力的作用线与下弹簧座相交。对于弹簧的中心线，例如当螺旋弹簧向内或向外偏转时，上尖端和下尖端布置在弹簧中心线相对的两侧。

如果螺旋弹簧的力的作用线倾斜地布置，是有利的，当车辆转弯时，可以产生侧向力，抵消相应车轮的侧向力。因为螺旋弹簧产生和吸收了侧向反作用力，后轮悬架的组件或结构元件的尺寸可以减少，因为可以把它们设计成对抗相应的低负载。这样，可以有利地达到减少重量的目的，其直接效果就是耗油量减少。此外，不需要额外的组件，例如瓦特式三连杆悬架，并且不会不利地影响需要的安装空间，因为根据本发明，以最简单的方式实施的螺旋弹簧仅需倾斜安装即可，或者更具体的说，螺旋弹簧以这样的方式安装，即，使其力的作用线倾斜布置，以便产生侧向力来抵消相应车轮的侧向力。

在一个有利的实施例中，可以简单地使上、下弹簧座之间的后轮悬架的螺旋弹簧倾斜安装，产生相应倾斜的力的作用线。最好是螺旋弹簧的上端远离车轮，其下端位于朝向车轮的方向。但是，还可以想到的是，可以以相应的方式实施上、下弹簧座，以确保螺旋弹簧或其力的作用线倾斜。

螺旋弹簧通过以下这样的方式布置和实施是有利的，即，例如当螺旋弹簧向外或向内偏转时，与下尖端相比，上尖端比下尖端离弹簧的几何中心更近些，这样，形成了产生侧向力的不对称的压力分布，其抵消掉车轮的侧向力。

在一个优选实施例中，后车轮悬架实施为半独立车桥，每个(后)车轮至少分配一个力的作用线方向彼此相向的螺旋弹簧，各自的上尖端从各自的上弹簧座穿过。所以，后轮悬架或半独立车桥的各自的车轮的各自的螺旋弹簧相对于纵轴相对倾斜，即各自的上端彼此相向，但是当螺旋弹簧即不向内也不向外偏转时，两者最好具有相同的倾斜度。

螺旋弹簧一般由上、下弹簧座的引导元件引导。一个公知的选择是把引导元件实施成接合在上、下弹簧吊耳中的销。与公知技术不同，本发明中可以把引导元件接合在螺旋弹簧的外圆周。这样，例如下弹簧板或下弹簧座可以有利地以一定角度放置。在本实施例中，转弯时下弹簧板或多或少的在弯道外侧向内移动，这样上弹簧座和下弹簧座之间的距离在弯道外侧减少，因此螺旋弹簧被压缩，并产生如下效应：在水平方向上力的作用线的倾斜增大。这样就可能产生侧向力以抵消车轮的侧向力。

倾斜的弹簧盘的另一个有利效果是下弹簧吊耳中的压力点相对于弹簧几何中心的移动增加。

本发明提供一种后轮悬架，例如半独立车桥，其中螺旋弹簧具有倾斜的力的作用线，以便产生侧向力以抵消转弯时各自车轮上的侧向力。结果，后车轮悬架或半独立车桥的结构元件可以设计成用于较低负载，因为螺旋弹簧具有如下效应：它吸收的力不作用于后轮悬架的结构元件，并且这有在不额外增加部件的情况下减少重量的有利效果。此外，利用根据本发明的方法，能够实现依从性减少的后轮悬架，保证车辆本身更直接地做出反应。诚然，这也可以通过例如一个额外的瓦特式三杆件悬架实现，但是这产生了额外的重量并且需要额外的安装空间，这与本发明的目的背道而驰。

附图说明

图1表示根据公知技术的后轮悬架。本发明的另外一些有利的实施例将在从属权利要求和下面的附图说明中公开。在附图中：

图2表示根据本发明的后轮悬架的示意性透视图，

图3和图4表示分别位于弯道外侧和内侧的后轮悬架的一侧的后轮悬架的反应的示意图，

图5表示根据图1的后轮悬架在向外偏转时的详细情况，

图6表示根据图1的后轮悬架在向内偏转时的详细情况，

图7到12表示公知的后轮悬架与根据本发明的后轮悬架相比的结果，更具体地说，是关于侧向力、侧向偏移、前束和车轮外倾的车轮运动的各自曲线。

具体实施方式

在不同的附图中，相同的部件始终有相同的标注，正因如此上述部件一般也只描述一次。

图2表示如根据公知技术的图1所示的通过举例的方式实施为半独立车桥5的后车轮悬架5。半独立车桥5具有分配给各个轮毂支架6的纵向摆动臂2。纵向摆动臂2通过剖面3互相连接。后车轮悬架5的纵向摆动臂2和剖面3或结构元件可以有多种不同的结构，但此处不再做进一步详述。

支承衬套也同样布置在纵向摆动臂2上，但未表示出。

每个纵向摆动臂2都分配有弹簧7，该弹簧在一个优选实施例中为螺旋弹簧7，其在一端，即下端8处支承在各自的纵向摆动臂2上，在另一端，即上端10处例如支承在车身上(未表示出)。下面的论述中螺旋弹簧7表示弹簧7。

问题的关键在于各螺旋弹簧7以如下的方式布置：当向内侧偏转时(图6)力的作用线9(参见图5和6)的倾斜程度与向内偏转时(图5)的倾斜程度不同。向内偏转时力的作用线9的倾斜程度最好比向外偏转时大。如实施例阐述的那样，车辆每侧的螺旋弹簧7以相对的方向彼此相向，每种情况下上端10向内倾斜，即远离轮毂支架6(图2)。

图5和6所示的向内偏转和向外偏转使用的是后轮悬架5的同一侧表示的。诚然，后轮悬架5的对侧向外或向内偏转。然而，通过对比图5与图6，很明显向内偏转时力的作用线9的倾斜程度比向外偏转时的大，并且这种情况也同样适用于相对方向放置的螺旋弹簧7(未表示出)的相对侧。

图中的螺旋弹簧7具有圆柱形外周。当然，当弹簧7安装时也可以弯曲，即例如实施成C形或S形，或以相应形式安装。还可以想到的是对于外侧和内侧可以例如提供不同粗细的金属丝。当然，这些示例性的实施例不应限制本发明。关键在于，当向内或向外偏转时，螺旋弹簧7产生侧向力7抵消车轮的侧向力，因此在无需增加额外组件的前提下减少后轮悬架5的结构元件上的相当于“侧向弹簧力”大小的负载。

所以，问题的关键在于，当机动车辆转弯时，通过倾斜的力的作用线9产生侧向力抵消车轮的侧向力，使得后轮悬架或半独立车桥的结构元件能够形成合适的尺寸，与没有倾斜的力的作用线9相比，可以减少负载。

图3和4通过举例表示当机动车辆转弯时(转弯箭头11)后轮悬架5的反应。

图3中，很明显弯道外侧的车轮向内偏转(图的左手侧)，而弯道内侧的车轮向外偏转(图的右手侧)。向内和向外偏转可以很明显地从方向相反的箭头12(向内侧偏转)和13(向外侧偏转)看出。各车轮可以进行数毫米的车轮移动，例如在每种情况下从0到65毫米。图4中，车轮上产生的侧向力用箭头14和箭头16表示。因为在弯道外侧产生的侧向力比在弯道内侧产生的侧向力大些，使用弯道的外侧(图的左手侧)的箭头14比弯道内侧的箭头16画得要大些，

图8的曲线表示传统的半独立车桥车轮上产生的侧向力。曲线17表示弯道外侧的车轮的侧向力(向内偏转)。曲线18表示弯道内侧的车轮的侧向力(向外偏转)。X轴表示车轮移动的距离。Y轴表示侧向力。曲线19表示两个侧向力的总和(弯道内侧/外侧)。当车轮移动距离增加时，车轮的各侧向力增加，因此总的侧向力也增加(曲线19)。

图7表示根据本发明的螺旋弹簧通过倾斜的力的作用线9产生或吸收侧向力，抵消车轮的侧向力。再一次说明，X轴表示车轮移动的距离，Y轴表示螺旋弹簧的侧向力。曲线21表示弯道外侧车轮的螺旋弹簧的侧向力(向内偏转)。曲线22表示弯道内侧车轮的螺旋弹簧的侧向力(向外偏转)。曲线23表示螺旋弹簧侧向力的总和。

将图7中的曲线23转移到图8中，表示螺旋弹簧吸收了侧向力并且把施加到后轮悬架的构件上的负载减少约30％(曲线23相对于曲线19)，这是因为螺旋弹簧的侧向力与车轮地侧向力相互作用。如果弯道外侧(向内偏转，图6)的螺旋弹簧7的作用线9比弯道内侧(向外偏转，图5)的倾斜程度更显著些，上述效果很容易达到。这意味着螺旋弹簧7减轻了后轮悬架或半独立车桥的结构组件上的30％的总负载，在公知的半独立车桥中，这些负载必须由结构组件承受。

因此，图7和8表示在弯道外侧产生的侧向弹簧力比在弯道内侧产生的力更大些，这是由于力9的力的作用线的相对倾斜。结构组件上的负载可以减少30％。如果再加上螺旋弹簧的几何倾斜，这种效应会进一步增大。

图8的曲线23与图7相比其沿X轴发生了移动，这是由于图8中Y轴的刻度与图7的不同。此外，图7中曲线23与Y轴的交点很明显在X轴上方，同时图8中的原点是X轴与Y轴的交点。

图9和10表示根据公知技术的半独立车桥车轮移动距离(X轴)对横向偏移(Y轴)的曲线与本发明的半独立车桥相比的图表。弯道内侧与外侧标示于图9中。各种情况下的总和如图10所示。

曲线24(图9)表示根据公知技术的半独立车桥在弯道外侧的横向偏移，而曲线26表示后者的弯道内侧的横向偏移。类似地，曲线27表示根据本发明的半独立车桥在弯道外侧的横向偏移，而曲线26表示后者的弯道内侧的横向偏移。很显然，与公知的半独立车桥相比，本发明的半独立车桥在弯道内侧和外侧获得了较小的横向偏移。如图10所示，这种情况在形成的总和中亦如此。曲线29表示公知的半独立车桥的横向偏移的总和，而曲线31表示根据本发明的半独立车桥的横向偏移的总和。

根据本发明的半独立车桥能够在弯道外侧获得14％的减少量，在弯道内侧获得33％的减少量，所以总共可以获得20％的减少量(图10)。换言之，根据本发明的半独立车桥因此性增加并带来如下结果：在不提供额外组件的前提下，车辆反应更直接，至少可以减少乘坐时的“软绵绵的(spongy)”感觉。

图11表示根据本发明的半独立式车桥对负前束效应(箭头)的作用，相对于公知的半独立式车桥负前束效应减少了10％。X轴表示车轮移动距离，Y轴表示以度计的前束角。曲线32表示公知的半独立车桥的负前束，曲线33表示根据本发明的半独立式悬架的负前束。显然，根据本发明的半独立式悬架的负前束效应减少了10％。

图12表示根据本发明的半独立式车桥的外倾效应(曲线34)与公知的半独立式车桥(曲线36)相比的示意图。X轴表示车轮移动距离，Y轴表示以度计的车轮外倾角。显然，为了产生反力矩，可以因弹簧座上的垂直作用力减少而在减少车轮负外倾角方面得到一定程度的提高。

当然，上述数量和引用的数值仅是例子，而不应该限制本发明。

Claims (10)

1.一种后轮悬架，其具有弹簧(7)，该弹簧(7)具有弹簧中心线和力的作用线(9)，该弹簧(7)支承在上、下弹簧座中，其特征在于，弹簧(7)以这样的方式实施和布置，即，向内偏转时其力的作用线(9)的倾斜程度与向外偏转时倾斜程度不同。

2.根据权利要求1所述的后轮悬架，其特征在于，力的作用线(9)具有上尖端和下尖端，当弹簧(7)向内或向外偏转时，二者相对于弹簧中心线相对布置。

3.根据权利要求1或2所述的后轮悬架，其特征在于，弹簧(7)产生侧向力，每种情况下，当弹簧(7)向内或向外偏转时，该侧向力与车轮的侧向力方向相反。

4.根据上述任何一项权利要求所述的后轮悬架，其特征在于，向内偏转时力的作用线(9)的倾斜程度比向外偏转时大。

5.根据上述任何一项权利要求所述的后轮悬架，其特征在于，弹簧(7)倾斜地安装在上、下弹簧座之间。

6.根据上述任何一项权利要求所述的后轮悬架，其特征在于，当弹簧(7)既不向内也不向外偏转时，后轮悬架(5)的各个弹簧(7)的各自的力的作用线(9)具有方向相反的倾斜，倾斜程度最好相同。

7.根据上述任何一项权利要求所述的后轮悬架，其特征在于，与穿过下弹簧座的力的作用线的下尖端相比，穿过上弹簧座的力的作用线(9)的上尖端比下尖端距弹簧中心线更近。

8.根据上述任何一项权利要求所述的后轮悬架，其特征在于，其为机动车辆的半独立车桥(5)。

9.根据上述任何一项权利要求所述的后轮悬架，其特征在于，上和/或下引导元件接合在弹簧(7)的外周。

10.根据上述任何一项权利要求所述的后轮悬架，其特征在于，上和/或下弹簧座以一定角度安装。

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