CN102729765A - 用于机动车的车轮悬架的弹性装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弹性装置，用于机动车的车轮悬架，所述弹性装置具有扭杆弹簧(22)，所述扭杆弹簧在其预应力方面可通过执行器(28)调节，其中，横向延伸的扭杆弹簧(22)尤其是一直延伸到接近车辆中心(30)并且在车轮侧作用在输出杠杆(38)上，所述输出杠杆总是间接或直接地铰接在所述车轮悬架的车轮导向元件(12)上。根据本发明，至少所述输出杠杆(38)构造成弹簧刚度确定的弯曲弹簧。

Description

用于机动车的车轮悬架的弹性装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于机动车的车轮悬架的弹性装置。
背景技术
这种弹性装置例如已由DE 10 2009 005 899A1公知。弹性装置具有可借助于执行器操作的扭杆弹簧，所述扭杆弹簧在车辆横向方向上一直大致延伸到车辆横向中心并且在车轮侧作用在输出杠杆上，所述输出杠杆又铰接在车轮悬架的车轮导向元件上。在DE 10 2009 005 899A1中，扭杆弹簧以多件式以及以嵌套的布置形式构造，在所述布置形式中，设置有用弹簧钢制成的两个径向外部的空心杆以及一个径向内部的实心杆，所述空心杆以及实心杆通过例如花键齿部在传递力的情况下彼此连接。
在由DE 10 2009 005 899A1公知的扭转弹簧系统中，弹簧功以车轮的弹入和弹出运动的交替作用的形式被吸收或输出。同时，力矩可借助于执行器叠加，这就是说扭转弹簧视需求而定张紧或松弛。由于承载弹簧作为主弹簧而存在，仅须通过扭转调节器按份额调节用于改变车轮负载的调节力。持续地发生来自主弹簧和扭转弹簧的弹簧力的叠加，确切地说视要求行驶状况如何以及如何预给定控制而定。在扭转弹簧系统的输出端存在摇臂，在所述摇臂的端部上铰接有连杆。连杆使摇臂与梯形导臂连接，所述梯形导臂与车辆车轮连接。由此，在扭转调节器中产生的转矩可通过承重横梁/电动机/传动装置/扭转弹簧/摇臂/连杆/梯形导臂/车辆车轮最后作为线性调节力传递给车辆车轮。
在前面说明的扭转弹簧系统中，扭杆弹簧仅由两个部件即由管状弹簧和实心杆弹簧组成。与此相应，扭转摇臂即输出杠杆设计成绝对刚性的且对系统的总弹簧常数无影响。如果现在例如需要实现较软的扭杆弹簧，则作为第一措施必须减小管状弹簧和/或实心杆弹簧的直径。但随着直径的减小，扭转弹簧杆的工作能力会下降，同时应力也会呈超比例增加，由此，必须加长管状弹簧和杆弹簧。但这种长度变化由于车轮悬架区域中极其严格的位置关系而不可实施。其结果是，尤其是在总弹簧刚度的降低不可回避的较小车辆结构系列中由于排列密度高而不可安装这种扭转调节器。
发明内容
本发明的目的在于，提出所述类型的弹性装置，在所述弹性装置中，可用结构和构造上简单的手段附加地影响扭杆弹簧的弹簧刚度。
所述目的的实现在权利要求1的特征中予以描述。本发明的有利且特别符合目的的构型包含从属权利要求。
根据本发明提出，与扭转弹簧杆连接的输出杠杆不再构造成刚性的且无弹簧属性，而是构造成具有确定弹簧刚度的弯曲弹簧。由此，以简单的方式以串联连接形式在扭杆弹簧后面连接或叠加弯曲弹簧，所述弯曲弹簧使弹性装置的弹簧刚度下降并且使扭杆弹簧的扭转负荷降低。由此得出，可能情况下使用直径较小、重量较有利的扭杆弹簧。
因此，由管状弹簧和实心杆弹簧组成的嵌套的扭转弹簧系统通过作为弹动的第三部件的输出杠杆而扩展。由此，在保持几何尺寸即扭转弹簧系统的长度的情况下可向下校正总弹簧刚度。相应地，在需要降低车轮悬架总弹簧刚度的较小车辆结构系列中也可安装扭转调节器。
在本发明的一个有利扩展构型中，输出杠杆可构造成弯曲应力相同的弯曲支架。这可实现用弹簧钢制成的输出杠杆的重量优化的结构，而构件应力均匀分布。
此外，大致水平取向的所述输出杠杆可用本身公知的方式通过垂直的耦合杆铰接在车轮导向元件上，其中，输出杠杆的横截面从在扭杆弹簧上的固定起朝耦合杆收缩。此外，垂直取向的耦合杆保证在弯曲弹簧上不施加在行驶运行中源于车轮导向元件的造成倾斜的干扰力矩。
输出杠杆可优选由圆形弹簧钢构造成截锥状或者在横截面方面至少部分地构造成具有直立型廓的矩形。后者在此在其高度方面和/或在其宽度方面可相应地收缩并且在此在结构上匹配于对应的负荷剖面。
在本发明的一个特别优选的构型中，输出杠杆和执行器可用本身公知的方式在车轮侧分别定位在外部，其中，扭杆弹簧从执行器起作为管状弹簧朝车辆中心延伸，在那里在传动上与实心杆连接，所述实心杆反向延伸穿过执行器与外部的输出杠杆间接或直接地连接。
此外，扭杆弹簧如开头所描述的那样可作为储能弹簧与设置在车轮悬架上的并联连接的承载弹簧共同作用，其中，一方面承载弹簧以及另一方面扭杆弹簧与构造成弯曲弹簧的输出杠杆确定弹性装置的可与不同车辆类型和车辆重量良好匹配的总弹簧刚度。
附图说明
下面以进一步的细节来详细描述本发明的实施例。示意性附图表示：
图1机动车的后桥上的左侧车轮悬架的下平面的俯视图，所述左侧车轮悬架具有下横向导臂、减振器和弹性装置，所述弹性装置由扭杆弹簧和弯曲弹簧构成，所述扭杆弹簧和弯曲弹簧可通过电机执行器调节；
图2根据图1的弹性装置的替代线路图，示出了基本上确定总弹簧刚度的单个弹簧刚度c1和c2；以及
图3扭杆弹簧、执行器和储能弹簧的构造成弯曲弹簧的通过耦合杆作用在横向导臂上的输出杠杆的侧视图。
具体实施方式
图1中用10标记用于机动车的左侧车轮悬架的下平面，所述左侧车轮悬架具有下横向导臂12，所述下横向导臂一方面铰接在仅区段地示出的辅助车架14上，另一方面铰接在未示出的用于后车轮16的车轮支架上。不能看到对车轮支架进行导向的上横向导臂或导臂。
图1中所示的左侧车轮悬架具有减振器24，所述减振器具有与其分开的承载弹簧20，所述承载弹簧仅在图2的替代模型中示出。根据图1，根据本发明的弹性装置由在车辆横向方向上延伸的扭杆22组成，所述扭杆作为结构仍待描述的储能弹簧。
伸缩式减振器24支撑在下横向导臂12上并且在上方以未详细描述的方式支撑在机动车的车身26上，辅助车架14通过隔振轴承也固定在所述车身上。
扭杆弹簧22包括径向外部的管状弹簧22a，所述管状弹簧从固定在辅助车架14上的执行器28起向内几乎一直延伸到所画入的竖直的车辆纵向中心平面30并且在那里例如通过插接连接装置32与用弹簧钢制成的实心杆22b在传动上连接。
实心杆22b在径向内部，又朝车辆外侧延伸，其中，所述实心杆延伸穿过执行器28并且也通过插接连接装置36固定在更靠外的导向套筒34上。
导向套筒34可扭转地支承在执行器28中并且承载相对于横向导臂12径向地在机动车的行驶方向F上向前伸出的输出杠杆38，所述输出杠杆通过支承部位42和大致垂直取向的耦合杆40与横向导臂12铰接连接。
执行器28以仅粗略地用参考标记29表示的方式由驱动电动机和增速传动装置(例如谐波传动装置或摆线传动装置)组成，其中，传动装置的输出元件与管状弹簧22a在传动上连接。有效的扭杆22的一起确定弹簧刚度的长度由此累积地由管状弹簧22a从执行器28到插接连接装置32的长度和实心弹簧22b在插接连接装置32、36之间的长度确定。
附加地，输出杠杆38(也参见图3)构造成用弹簧钢制成的弯曲弹簧，所述弯曲弹簧的弹簧刚度以串联连接形式叠加在扭杆弹簧22上。
输出杠杆38优选作为弯曲应力相同的弯曲支架来计算和构造并且在该实施例中具有矩形横截面38a，所述矩形横截面的较大的宽度如可看到的那样垂直地延伸，并且所述矩形横截面从其在导向套筒34上的固定起朝耦合杆40连续地收缩并且优选构造成弯曲应力相同的构件。
弯曲应力相同的这种弯曲支架就最佳的材料利用而言是有利的。由此，在输出杠杆横截面的任意部位上存在相同大小的弯曲应力。因此可节省不必要的材料。输出杠杆可作为一侧具有固定夹紧力以及在其端部上具有集中负载的自由支架来考察。调节力通过连杆在弯曲支架的端部上被继续引导，由此，也没有附加的弯曲力矩引入到弯曲支架即输出杠杆中。输出杠杆38的横截面可朝夹紧部位连续增加，由此，支架的全部横截面在其纵向延伸上经受相同大小的弯曲应力。这种弯曲应力相同的支架由此对于力流而言是最佳的，此外还节省不必要的材料投入。总体来讲，输出杠杆38的横截面分布按照位置关系得到确定。作为替换方案，例如输出杠杆38也可以以圆形横截面大致构造成截锥状。
图1示出了机动车的具有弹性装置20、22的左侧车轮悬架10，右侧同样可设想为镜像对称。
通过执行器28在例如通过电子行驶稳定程序按照行驶动力学参数相应控制所述执行器的可在两个扭转方向上工作的电动机时可使储能弹簧22、38相对于并联设置的承载弹簧20的预应力从基本布局起提高或减小，以便以本身公知的方式改变车辆高度或抵抗车辆的侧倾和/或俯仰趋势。
图2以替代线路图在使用相同参考标号的情况下示出了两侧的车轮悬架10的弹性装置20、22的共同作用。
如可看到的那样，在机动车的车身26与车轮16或横向导臂12之间，并联连接的弹簧系统c2(承载弹簧20)与c1(扭杆弹簧22以及串联连接的弯曲弹簧38)起作用，所述弹簧系统确定总弹簧刚度(出于完整性原因，也画入了车轮16或其轮胎的弹簧刚度cRei)。
通过扭杆弹簧22与构造成弯曲弹簧的输出杠杆38的串联连接可使作为储能弹簧的通过执行器28控制的弹簧刚度c1并且由此使总弹簧刚度c2+c1减小或者有利地匹配于结构情况。
详细地，图2中所示的系统的总弹簧常数按照下列公式计算：
1 c ges = 1 c Rei + 1 c 12 ,
其中，c12＝c1+c2；以及
1 c 1 = 1 c Rohr + 1 c Stab + 1 c B ,
其中，
cges  系统的总弹簧常数
cRei  轮胎16的弹簧常数
c1扭转弹簧(储能弹簧)的弹簧常数
c2承载弹簧20的弹簧常数
cRohr管状弹簧22a的弹簧常数
cStab  实心杆弹簧22b的弹簧常数
cB  输出杠杆38的弹簧常数
由此获知，车辆轮胎的弹簧刚度以cRei、承载弹簧20的弹簧刚度以c1以及储能弹簧的弹簧刚度以c2加入到计算中。根据本发明，在计算储能弹簧的总弹簧常数c1时，附加地考虑构造成弯曲弹簧的输出杠杆38，由此得到串联连接，所述串联连接由管状弹簧22a、实心杆弹簧22b和输出杠杆38组成。因此，在上面的公式中也考虑用于输出杠杆38的第三分数1：cB，由此，在按照c1对公式进行求解之后得到用于储能弹簧的与现有技术相比降低的总弹簧刚度。

Claims (7)

1.一种弹性装置，用于机动车的车轮悬架，所述弹性装置具有扭杆弹簧(22)，所述扭杆弹簧在其预应力方面可通过执行器(28)调节，其中，横向延伸的扭杆弹簧(22)尤其是一直延伸到接近车辆中心(30)并且在车轮侧作用在输出杠杆(38)上，所述输出杠杆总是间接或直接地铰接在所述车轮悬架的车轮导向元件(12)上，其特征在于：至少所述输出杠杆(38)构造成弹簧刚度确定的弯曲弹簧。
2.根据权利要求1的弹性装置，其特征在于：所述输出杠杆(38)构造成弯曲应力相同的弯曲支架。
3.根据权利要求1或2的弹性装置，其特征在于：大致水平取向的所述输出杠杆(38)通过垂直的耦合杆(40)铰接在所述车轮导向元件(12)上，其中，尤其是所述输出杠杆(38)的横截面从在所述扭杆弹簧(22)上的固定起朝所述耦合杆(40)收缩。
4.根据上述权利要求之一的弹性装置，其特征在于：所述输出杠杆(38)构造成截锥状。
5.根据上述权利要求1至3之一或多项的弹性装置，其特征在于：所述输出杠杆(38)在横截面方面至少部分地构造成具有直立型廓(38a)的矩形。
6.根据上述权利要求之一的弹性装置，其特征在于：所述输出杠杆(38)和所述执行器(28)在车轮侧分别定位在外部，其中，所述扭杆弹簧(22)从所述执行器(28)起作为管状弹簧(22a)朝车辆中心(30)延伸，在那里在传动上与实心杆(22b)连接，所述实心杆反向延伸穿过所述执行器(28)与所述输出杠杆(38)间接或直接地连接。
7.根据上述权利要求之一的弹性装置，其特征在于：所述扭杆弹簧(22)作为储能弹簧与设置在所述车轮悬架(10)上的并联连接的承载弹簧共同作用，其中，一方面所述承载弹簧以及另一方面所述扭杆弹簧(22)与构造成弯曲弹簧的所述输出杠杆(38)确定总弹簧刚度。
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