CN103003077B - 用于调节车辆高度的弹簧减震器单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节车辆高度的弹簧减震器单元，该弹簧减震器单元包括减振器(2)、用于使所述车辆弹性运动的支承弹簧(7)、支承弹簧(7)支承于其上的上部弹簧座圈(8)、具有致动器(10,11)和调节机构(12,13,14,15)的用于调节所述上部弹簧座圈(8)的高度的调节装置(10,11,12,13,14,15)，其中，所述调节机构(12,13,14,15)优选设计用于将由所述致动器(10,11)产生的旋转运动转化为所述上部弹簧座圈(8)的平移运动，用于将所述弹簧减震器单元(1)，尤其是所述上部弹簧座圈(8)和/或活塞杆(3)支承在所述车辆的车身上的推力轴承，在该弹簧减震器单元中，虽然具有大量功能元件但能够最佳地利用结构空间。本发明所要解决的技术问题通过使所述调节机构(12,13,14,15)附加地，尤其是仅形成所述推力轴承(12,13,14,15)而解决。

Description

用于调节车辆高度的弹簧减震器单元
技术领域
本发明涉及一种用于调节车辆高度的弹簧减震器单元，其包括减振器；用于使所述车辆弹性运动的支承弹簧；上部弹簧座圈，在所述上部弹簧座圈上支承有所述支承弹簧；具有致动器和调节机构的用于调节所述上部弹簧座圈的高度的调节装置，其中，所述调节机构设计用于将由所述致动器产生的旋转运动转化为所述上部弹簧座圈的平移运动；用于将所述弹簧减震器单元支承在所述车辆的车身上的推力轴承。
本发明还涉及一种车轮悬挂系统，其中，在所述减震管上固定通过所述支承弹簧与所述上部弹簧座圈连接的下部弹簧座圈，其中，所述上部弹簧座圈沿所述活塞杆的所述轴线的方向或沿所述支承弹簧的所述轴线方向以可移动的方式支承。
本发明还涉及一种车辆。
背景技术
为了静态和动态调节车辆的水平或者说高度，已知设有螺旋弹簧且导引车轮的减震支柱，例如麦弗逊式减震支柱，其中，在弹簧的端部与车身之间设置调节器件。该调节器件即使在负载变化时也建立最佳的车辆水平或能够实现可附带地选择的高度调节。水平调整或调节在此借助可移动的弹簧座圈进行。
德国专利文献DE102008013913A1公开一种用于受操纵的机动车车轮的车轮悬挂装置，其具有上部和下部弹簧座圈，在上下部弹簧座圈之间设有螺旋压力弹簧。上部弹簧座圈面朝车辆车身地插入，而下部弹簧座圈与缓冲装置的减震管固定地连接。为了调节该结构的高度，围绕缓冲装置设置致动器，该致动器通过伺服驱动在中间接有推力滚动轴承的情况下作用到上部弹簧座圈上。推力轴承在此布置在伺服驱动的轴向调节件中。在复杂地连接所需的功能元件时，这种布置需要很多至少在各受操纵的车辆车轮上必须存在的结构空间。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种弹簧减震器单元、车轮悬挂系统和车辆，其中，虽然有大量的功能元件，但可以最佳地利用结构空间。此外，该弹簧减震器单元、车轮悬挂系统和车辆制造起来便宜。
该技术问题通过一种用于调节车辆高度的弹簧减震器单元解决，该弹簧减震器单元包括：减振器；用于使车辆弹性运动的支承弹簧；支承弹簧支承于其上的上部弹簧座圈；具有致动器和调节机构的用于调节上部弹簧座圈高度的调节装置，其中，调节机构优选设计用于将由致动器产生的旋转运动转化为上部弹簧座圈的平移运动；设计用于将弹簧减震器单元，尤其是上部弹簧座圈和/或活塞杆支承在车辆的车身上的推力轴承，其中，调节机构附加地，尤其是仅仅形成推力轴承。通过这种结构简单的解决方案需要更少的结构空间，因为可以省掉单独的推力轴承。推力轴承的功能在此由调节机构自身承担。除了节省结构空间外，通过取消单独的滚动轴承也降低了弹簧减震器单元的成本和重量。适宜地，就弹簧减震器单元的至少一个不可移动的，优选多个不可移动的，与车辆的车身连接的一个构件或一些构件而言，推力轴承支承弹簧减震器单元的至少一个可移动的构件，优选多个可移动的构件并且推力轴承优选承受轴向的力，尤其是沿弹簧减震器单元，尤其是活塞杆的轴线方向的力和/或推力轴承承受弹簧减震器单元的至少一个可移动的构件尤其围绕弹簧减震器单元的轴线的旋转运动。可移动的构件尤其实施围绕轴线的旋转运动和/或平行于轴线的平移运动。
有利地，弹簧减震器单元不具有作为调节机构的补充的单独的推力轴承和/或调节机构设计成螺纹传动装置，该螺纹传动装置具有一带有外螺纹的、嵌接到与上部弹簧座圈连接的丝杠螺母中的丝杠，该外螺纹具有用于承受转动和/或支承支承弹簧的优选微小的螺距，该丝杠螺母同轴地包围丝杠并且具有一带有同样的、优选微小的螺距的内螺纹。使用具有仅带有很小螺距的螺纹的丝杠允许在上部弹簧座圈的轴向位置没有明显变化时进行转动。丝杠在此具有较大的承载能力。该特性被利用来用作转动和支承支承弹簧的推力轴承。适宜地，尤其是轴向的调节机构轴承不看作单独的推力轴承。
内螺纹和外螺纹的优选微小的螺距尤其相应于内螺纹和外螺纹的螺匝的小于5mm，4mm，3mm或2mm的轴向高度差和/或丝杠转动45°相当于上部弹簧座圈小于1mm或0.45mm或0.35mm或0.25mm的高度偏移量和/或内和外螺纹如下设计成，使得当丝杠在固定不动的丝杠螺母中转动45°时上部弹簧座圈的高度偏移量小于2mm或1mm或0.55mm或0.35mm或0.25mm。上部弹簧座圈由于在转向运动时的转动的高度偏移量微小的数额在实践中并不重要。
在另一种结构方案中，螺纹传动装置设计成滚珠丝杠传动装置或行星滚柱螺纹传动装置。由此获得特别低摩擦的能够实现平稳运转的转向的解决方案。
在一种补充的实施形式中，支承弹簧，尤其是径向地，形状配合式地与上部弹簧座圈连接和/或由导引车轮的弹簧减震器单元实施车轮的转向运动和/或决定车轮的转向运动的弹簧减震器单元的高度偏移量。与上部弹簧座圈固定连接的丝杠螺母一样，由支承弹簧在上部弹簧座圈上的这种形面配合获得防止上部弹簧座圈转动。适宜地，车轮固定在弹簧减震器单元上。在转向运动时，固定在弹簧减震器单元上的车轮实施尤其是围绕弹簧减震器单元，优选活塞杆的轴线的旋转运动。因为调节机构也形成推力轴承，所以丝杠螺母在转向运动时实施车轮的转动运动或旋转运动。这导致在转向运动中很小的高度偏移量。
在一种变型中，用于驱动调节结构的致动器具有电动、气动或液压马达。根据弹簧减震器单元的功能性，可以为调节机构选择驱动装置，而不需要改变弹簧减震器单元的结构。
电动、气动或液压马达优选设置在车辆车身的车身顶盖(Fahrzeugsdom)和/或上部弹簧座圈的上方。由此，可以将在弹簧顶盖(Federdome)或上部弹簧座圈下方的结构空间仅用于弹簧减震器单元剩余的机械功能元件，由此改善空间需求。
适宜地，电动、气动或液压马达是固定，亦即，不可移动地与车辆结构或车身连接。由此，省掉用于驱动装置的可移动的电气接口。固定的接口现在很容易接近。通过马达的外层也可以实现良好的冷却可能性。
在另一种实施形式中，电动、气动或液压马达设计成环形马达。因为环形马达优选具有较大的直径，所以由于较大的、由环形马达施加的扭矩不需要丝杠额外地转换。由此也可以获得较小的结构高度，因此，即使在弹簧顶盖或上部弹簧座圈的上方也需要较少的结构空间。
环形马达尤其由相互同心设置的转子和定子组成，其中，环形马达的转子与调节机构的丝杠固定地连接，以优选至少在调节过程中将旋转运动转化成平移运动。环形马达径向的结构使得进一步节省在车辆中安装位置上的空间。
在一种补充的实施形式中，环形马达具有用于容纳减振器活塞杆的孔，所述活塞杆与调节装置弹性地连接。因此，获得更多空间用于对弹簧减震器单元的活塞杆的必要支承。
在一种扩展设计中，电动、气动或液压马达的旋转轴线与支承弹簧的轴线或减振器的活塞杆的轴线基本上相同地(例如以小于1cm或0.5cm或0.2cm的偏差)延伸，所述减振器的活塞杆的轴线被包围以便吸收车辆振动，优选是由减震管包围。由此可以在弹簧减震器单元的运动过程中最佳地利用现有的结构空间。
在补充的变型中，在减震管上固定有通过支承弹簧与上部弹簧座圈连接的下部弹簧座圈，其中，上部和下部弹簧座圈沿活塞杆的轴线方向或沿支承弹簧的轴线方向可移动地支承。该结构也可以有助于在最佳并且可靠地实施弹簧减震器单元的功能时最佳地利用现有的结构空间。
按本发明的车轮悬挂系统包括弹簧减震器单元、横向导臂和转向横拉杆，其中，弹簧减震器单元设计成在本专利申请书中描述的弹簧减震器单元。
按本发明的车辆包括在本专利申请书中描述的弹簧减震器单元和/或同样在本专利申请书中描述的车轮悬挂装置系统。
附图说明
下列参照附图进一步描述本发明的一个实施例。附图中：
图1:是麦弗逊减震支柱形式的弹簧减震器单元的简略图
图2:是弹簧减震器单元的纵剖面以及
图3:是在上部弹簧座圈上的支承弹簧的细节图。
具体实施方式
在图1中示出用于未详细示出的车辆的、本身已知的麦弗逊减震支柱。它是用于单个车轮悬挂装置的弹簧减震器单元1的特殊形式。弹簧减震器单元1用于连接具有(未示出的)车轮的轮架与车辆的车身。弹簧减震器单元1具有由在圆柱形的减震管4中导引的活塞杆3组成的缓冲装置2。缓冲装置2的减震管4通过下端部5导引未示出的转向节。在减震管4的另一端部上固定有下部的弹簧座圈6，在该弹簧座圈6上支承一个设计成螺旋弹簧的支承弹簧7。支承弹簧7的对置的上端部抵靠到被车身顶盖9遮盖的上部弹簧座圈8上。在上部弹簧座圈8与车身顶盖9之间设有不会将力从弹簧座圈8传递到车身顶盖9上的波纹管。
如从图2中的纵剖面可见，在车身顶盖9的上方设置设计成环形马达的电动机，该电动机由同心地包围转子11的定子10组成。在转子11上固定地设有或固定有丝杠12，该丝杠12借助作为尤其具有滚子或滚针的滚动轴承的调节机构轴承13导引，并因此与转子11一起进行转动。最上方的调节机构轴承13是轴向的调节机构轴承13，从上面数第二和第三调节机构轴承13是径向的调节机构轴承13。调节机构轴承13是调节机构的一部分并且支承调节机构的旋转部件，尤其是丝杠12。丝杠12具有一方面几乎延伸至车身顶盖9，另一方面沿活塞杆3在减震管4外部导引的外螺纹14。丝杠12在图2中用不同的阴影线表示(上部阴影线比下部阴影线间距更小)。
丝杠12的外螺纹14与丝杠螺母15未示出的内螺纹啮合，该内螺纹抗扭地与上部弹簧座圈8连接。外螺纹和内螺纹在此具有很小的螺距。在丝杠12转动45°时实现仅0.35mm的高度偏移量。
除此外，具有定子10和转子11的环形马达设计成非常平坦的并且中央具有大的孔16，用于吸收车辆振动的活塞杆3可以弹性地与该孔16接合。环形马达具有大的直径并且设计成非常平坦的，由此，产生用于驱动丝杠12的大的扭矩，该扭矩可以在没有另外的中间传动装置的情况下传递到丝杠螺母15上。
在图3中示出支承弹簧7在上部弹簧座圈8上的固定。在此支承弹簧7的上端部形面配合地插入设计在弹簧座圈8下方的容纳部17中。可以以支承弹簧7的下端部在下部弹簧座圈6上实现相似的固定，此处容纳部17相应地设置在下部弹簧座圈6上。以这种方式，支承弹簧7的两端固定地锁止在下部和上部弹簧座圈6，8上。通过在上部和下部弹簧座圈6，8上的所述形面配合的容纳部17防止支承弹簧7在上部和下部弹簧座圈7之间转动，同时实现上部弹簧座圈8并因此是丝杠螺母15的抗扭转。支承弹簧7也可以与上部和/或下部弹簧座圈6，8材料结合和/或摩擦接合地连接，其中，这些优选也可以是形面配合的补充(未示出)。
支承弹簧7轴向的预紧力借助环形马达设定。视要设定的预紧力而定地，转子11转动，其中，丝杠12也随着转子11的转动而转动。设计在丝杠12上的外螺纹14与丝杠螺母15的内螺纹啮合，由此，它引起沿活塞杆3的轴线18的方向的平移运动，这通过图2中箭头19的方向表示。由于丝杠螺母15的此运动，上部弹簧座圈8的位置并因此由支承弹簧7施加的力也与上部弹簧座圈8移动的方向有关地变化。
丝杠12由两个部分组成。第一上部在图2中借助间距小的阴影线示出，第二下部在图2中借助间距大的阴影线表示，并且还具有外螺纹14。在丝杠12旋转运动并且上部弹簧座圈8与之相关的轴向运动时，丝杠12的下部被未示出的机构从车身顶盖9上略微抬高，以便力不会从丝杠12的下部传递到车身顶盖9上。由弹簧座圈8承受的轴向力借助丝杠12和上部轴向的调节机构轴承13尤其通过在孔16上不可移动的部件传导入车辆的车身中。在固定不动的丝杠12中，亦即，未在调节过程中，由未示出的机构将丝杠12的下部放到车身顶盖9上并且轴向力从上部弹簧座圈8通过丝杠螺母15和丝杠12的下部尤其直接地传递到车身顶盖9上并且优选从不可移动的车身顶盖9传递到其余车身上。
若实施转向运动，则车轮围绕弹簧减震器单元1的轴线18转动。在此，减震管4与下部弹簧座圈6共同地转动。通过支承弹簧7形状配合地与下部弹簧座圈6连接，该转动运动通过支承弹簧7传递给同样形状配合地与支承弹簧7连接的上部弹簧座圈8。上部弹簧座圈8在此带动丝杠螺母15。由于存在具有小的外螺纹14螺距的低摩擦丝杠12，因而可以实现完美的转向运动，同时保证支承弹簧7轴向的支承。支承弹簧7小的转动只引起上部弹簧座圈8小的高度偏移量，例如0.45mm，因为丝杠12基本上不随丝杠螺母15一起转动；该少量的高度偏移在实践中是不重要的。
总之，按本发明的弹簧减震器单元1具有显著的优点。同时，丝杠12的功能与另外必要附加的推力轴承的功能集成于一体。在此不仅节省了在弹簧减震器单元1中的结构空间，而且通过取消附加的滚动轴承也减小了这种弹簧减震器单元1的重量以及成本。

Claims (16)

1.一种用于调节车辆高度的弹簧减震器单元(1)，包括
-减振器(2)，
-用于使所述车辆弹性运动的支承弹簧(7)，
-上部弹簧座圈(8)，在所述上部弹簧座圈(8)上支承有所述支承弹簧(7)，
-具有致动器(10,11)和调节机构(12,13,14,15)的用于调节所述上部弹簧座圈(8)的高度的调节装置(10,11,12,13,14,15)，其中，所述调节机构(12,13,14,15)设计用于将由所述致动器(10,11)产生的旋转运动转化为所述上部弹簧座圈(8)的平移运动，
-用于将所述弹簧减震器单元(1)支承在所述车辆的车身上的推力轴承，
其特征在于，所述调节机构(12,13,14,15)仅仅形成所述推力轴承(12,13,14,15)，
车轮固定在弹簧减震器单元上，所述车轮的转向运动决定所述弹簧减震器单元(1)的高度偏移量。
2.根据权利要求1所述的弹簧减震器单元，其特征在于，所述推力轴承用于将上部弹簧座圈(8)和/或活塞杆(3)支承在所述车辆的车身上。
3.按权利要求2所述的弹簧减震器单元，其特征在于，所述弹簧减震器单元(1)没有单独的推力轴承作为所述调节机构(12,13,14,15)的补充和/或所述调节机构(12,13,14,15)设计成螺纹传动装置，该螺纹传动装置具有一带有外螺纹(14)的丝杠(12)，所述外螺纹(14)具有微小的、用于承受所述支承弹簧(7)的转动和/或支承的螺距，所述外螺纹(14)嵌接到与所述上部弹簧座圈(8)连接的丝杠螺母(15)中，所述丝杠螺母(15)同轴地包围所述丝杠(12)并且具有一带有同样的、微小的螺距的内螺纹。
4.按权利要求3所述的弹簧减震器单元，其特征在于，所述内螺纹和外螺纹(14)的微小的螺距相应于所述内螺纹和外螺纹(14)的螺匝的小于5mm，4mm，3mm或2mm的高度差和/或所述丝杠(12)转动45°相当于所述上部弹簧座圈(8)的高度偏移量小于1mm或0.45mm或0.35mm或0.25mm。
5.按权利要求3或4所述的弹簧减震器单元，其特征在于，所述螺纹传动装置(12，14，15)设计成滚珠丝杠传动装置或行星滚柱螺纹传动装置。
6.按权利要求1所述的弹簧减震器单元，其特征在于，所述支承弹簧(7)径向地，形状配合地与所述上部弹簧座圈(8)连接和/或由导引车轮的弹簧减震器单元(1)实施车轮的转向运动和/或所述车轮的转向运动决定所述弹簧减震器单元(1)的高度偏移量。
7.按权利要求3所述的弹簧减震器单元，其特征在于，用于驱动所述调节机构(12,13,14,15)的致动器(10,11)具有电动、气动或液压马达。
8.按权利要求7所述的弹簧减震器单元，其特征在于，电动、气动或液压马达(10,11)设置在所述车辆车身的车身顶盖(9)和/或所述上部弹簧座圈(8)的上方。
9.按权利要求7或8所述的弹簧减震器单元，其特征在于，所述电动、气动或液压马达(10,11)固定地与所述车辆的结构相连接。
10.按权利要求7所述的弹簧减震器单元，其特征在于，所述电动、气动或液压马达设计成环形马达(10,11)。
11.按权利要求10所述的弹簧减震器单元，其特征在于，所述环形马达(10,11)由彼此同中心设置的转子(11)和定子(10)组成，其中，所述环形马达(10,11)的转子(11)与所述调节机构(12,13,14,15)的所述丝杠(12)固定地连接，以便至少在调节过程中将所述旋转运动转化为所述平移运动。
12.按权利要求10或11所述的弹簧减震器单元，其特征在于，所述环形马达(10,11)具有用于容纳所述减振器(2)的活塞杆(3)的孔(16)，所述活塞杆与所述调节装置(10,11,12,13,14,15)弹性连接。
13.按权利要求7所述的弹簧减震器单元，其特征在于，所述电动、气动或液压马达(10,11)的旋转轴线与所述支承弹簧(7)的轴线或所述减振器(2)的所述活塞杆(3)的轴线(18)相同地走向，该活塞杆(3)被包围以便吸收车辆振动，由减震管(4)包围。
14.按权利要求13所述的弹簧减震器单元，其特征在于，在所述减震管(4)上固定通过所述支承弹簧(7)与所述上部弹簧座圈(8)连接的下部弹簧座圈(6)，其中，所述上部弹簧座圈(8)沿所述活塞杆(3)的所述轴线(18)的方向或沿所述支承弹簧(7)的所述轴线方向以可移动的方式支承。
15.一种车轮悬挂装置系统，包括
-弹簧减震器单元，
-横向导臂以及
-转向横拉杆
其特征在于，所述弹簧减震器单元(1)按前述权利要求中的任一项构造。
16.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括至少一个按权利要求1至14中的任一项所述的弹簧减震器单元(1)和/或按权利要求15所述的车轮悬挂装置系统。
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