CN103857544B - 包括液压减振器的车辆车轮悬架及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆车轮悬架，包括与分担支撑车身的支承弹簧并联的液压减振器（1），在该减振器中设有优选并且通常在弹跳行程较大时才起作用的拉力限动弹簧（5），该拉力限动弹簧相对于减振器壳体（1a）的支撑点能够借助设置在减振器壳体中的弹簧支撑活塞（6）进行移动，所述弹簧支撑活塞通过从外部借助泵（15）以压力供应的流体而能够移动。在此，所述泵（15）与用于该流体的蓄压器（16）相连接并且将流体从该蓄压器（16）输送到减振器壳体（1a）中或从减振器壳体（1a）输送回蓄压器（16）中，其中，所述蓄压器（16）的弹簧常数的量值至少处于或大于所配置的（各）支承弹簧的弹簧常数的数量级。

Description

包括液压减振器的车辆车轮悬架及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种车辆车轮悬架，包括与分担支撑车身的支承弹簧并联的液压减振器，在该减振器中设有优选并且通常在弹跳行程较大时才起作用的拉力限动弹簧，该拉力限动弹簧相对于减振器壳体的支撑点能够借助设置在减振器壳体中的弹簧支撑活塞进行移动，所述弹簧支撑活塞通过从外部借助泵以压力供应的流体而能够移动。
背景技术
关于现有技术，除DE102004019991A1外，尤其是还可参考DE10121918B4。
在上面提到的第一个文献中描述了一种带有由弹性体材料制成的附加弹簧的车轮悬架减振器，该附加弹簧与常用的支承弹簧并联连接并且该附加弹簧相对于车身的支撑可以通过一个可控的活塞装置相对于减振器活塞杆(其在此又被称为减振器杆)的纵轴线进行调整。这种调整以液压方式在借助马达驱动的泵输送液压介质的情况下进行，所述泵尤其是可辅助液压蓄压器形成高的系统动力。借助对附加弹簧的这种调整可实现水平调节干预，即可根据需要升高或降低车身。
在开头所提及的第二个同类文献DE10121918B4中描述了一种具有弹性止挡的弹簧－减振器系统，其中，不仅用作压缩阶段止挡的、由弹性体所构成的附加弹簧而且用于减振器拉伸阶段的拉力限动弹簧可借助所谓的限动活塞来进行控制或者具体而言在减振器壳体内部沿着减振器杆进行移动，从而反作用于转弯行驶时车身相对于车轮的摇动倾向。
在当前已经认识到：至少在与减振器并联的支承弹簧构造成常见的机械式螺旋弹簧或类似物的形式时，仅上述文献中所公开的拉力限动弹簧的可移动性就能有针对性地降低车身(所述拉力限动弹簧在车身较强地相对于车轮弹跳时、即在车身较大程度地远离车道时起作用)，而为此无需如DE10121918B4中所述的那样改造在该文献中构造为空气弹簧的支承弹簧。
发明内容
因此，现在应该针对这种车辆车轮悬架指出：如何能够将泵用于改变车身在车道上的高度位置所需的能量保持最小，或者在能量需求最小化并非首要目标时如何在车辆停车方面特别可靠地设计这种车轮悬架(本发明的任务)。该任务的解决方案的特征在于，所述泵与用于所述流体的蓄压器相连接并且将流体从该蓄压器输送到减振器壳体中或从所述减振器壳体输送回蓄压器中，其中，所述蓄压器的弹簧常数的量值至少处于或大于所配置的支承弹簧的弹簧常数的数量级，或者在一个蓄压器配置多个支承弹簧及相配的减振器的情况下至少处于或大于这些支承弹簧的弹簧常数的数量级。
具体而言，本发明提供一种车辆车轮悬架，包括与分担支撑车身的支承弹簧并联的液压减振器，在该减振器中设有拉力限动弹簧，该拉力限动弹簧相对于减振器壳体的支撑点能够借助设置在该减振器壳体中的弹簧支撑活塞进行移动，所述弹簧支撑活塞通过从外部借助泵以压力供应的流体而能够移动，其特征在于，所述泵与用于所述流体的蓄压器相连接并且将流体从该蓄压器输送到所述减振器壳体中或从所述减振器壳体输送回蓄压器中，其中，所述蓄压器的弹簧常数的量值与所配置的支承弹簧的弹簧常数处于同一数量级或与所配置的支承弹簧的弹簧常数相比处于更大的数量级；或者在一个蓄压器配置多个支承弹簧的情况下，所述蓄压器的弹簧常数的量值与这些支承弹簧的弹簧常数处于同一数量级或与这些支承弹簧的弹簧常数相比处于更大的数量级。
本发明还提供一种用于如上所述的车辆车轮悬架的运行方法，其特征在于，所述弹簧支撑活塞支撑在所述减振器壳体内的能以所述流体填充的支撑空间上，当车身的高度位置不应通过所述拉力限动弹簧的有针对性的预紧被改变时，便借助所述泵将流体输送回所述蓄压器中而使所述支撑空间基本上没有过压和负压。
若规定蓄压器是用于由泵以过压向减振器壳体中输送的流体以便弹簧支撑活塞按希望移动，泵从其中抽出已经处于过压下的流体，则用于该流体输送的能量需求当然要少于泵从“无压的”收集容器中抽吸流体时的能量需求。虽然为了实现蓄压器中的压力建立也需要能量，但为此可以在合理的控制下使用一部分在车身弹跳运动时进入拉力限动弹簧的并且在此以一定程度释放的功率。此外，时间因素是这种蓄压器的显著优点，因为借助其所存储的能量可以在相对较短的时间段内实现弹簧支撑活塞的希望的移动，而蓄压器中再次的压力建立则可以在时间上进一步延长，从而所需的泵输送功率可保持相对较低。
根据本发明，蓄压器的弹簧常数的量值至少处于或大于所配置的支承弹簧的弹簧常数的数量级。用于流体的蓄压器始终具有广义上的弹簧元件，该弹簧元件在蓄压器被加载处于压力下的流体时进一步被张紧。所述弹簧元件例如可以是一个支撑于限定蓄压器压力室边界的可移动的活塞上的螺旋压簧元件，或者也可以是一定的气体弹簧体积。当然，蓄压器的这种弹簧元件具有确定的弹簧常数(又称为弹簧系数或弹簧刚度)。若现在该弹簧常数的量值等于配置给该蓄压器的支承弹簧的弹簧系数—车身通过该支承弹簧分担支撑在车辆的相应车轮上，则至少理论上对于设置在相应减振器中的弹簧支撑活塞在张紧设置于其中的拉力限动弹簧的意义下的移动不需要泵功率。然而实际上还要克服摩擦损耗，对于该摩擦损耗当然需要小的泵功率，但这是相对较低的。
在前段的解释中，假设为一个根据本发明的蓄压器配置唯一一个带有弹簧支撑活塞的减振器，为该减振器配置唯一一个支承弹簧，即，以上解释是涉及唯一一个车轮的车轮悬架中的弹簧-减振器单元。然而事实上这也同样适用于在结构费用方面优化的设置方式，其中，为所有车轮(在轿车中这是指两个前轮和两个后轮)配置唯一一个根据本发明的蓄压器。因此，虽然例如四个支承弹簧彼此并联设置地起作用，但同时也存在四个根据本发明的分别带有一个弹簧支撑活塞的减振器，所述减振器也彼此并联地起作用。当所有支承弹簧的弹簧常数也都相同时，则这些支承弹簧与相应配置的减振器的这种并联相对于一个唯一配置的蓄压器来说并不产生任何影响，也就是说上一段中所述的关系对此保持不变。出于该原因，本发明特别提到：在一个蓄压器配置多个支承弹簧及相配的减振器的情况下，蓄压器的弹簧常数的量值至少处于或大于这些支承弹簧的弹簧常数的数量级。在此所说明的这种关系也适用于多个支承弹簧的弹簧常数仅稍稍彼此不同的情况。但如果在车辆一个轴上安装的支承弹簧明显硬于(或软于)(也就是说该支承弹簧具有明显更高或更低的弹簧常数)在车辆另一轴上安装的支承弹簧，则可优选为车辆的每个轴配置一个自身的根据本发明的蓄压器。
到目前为止仅说明了当蓄压器的弹簧常数和所配置的(各)支承弹簧的弹簧常数的量值基本相同时产生的优点。当蓄压器的弹簧常数的量值大于配置给该蓄压器的(各)支承弹簧的弹簧常数时—这一点也在本发明中要求保护，则提供了一种安全功能，借助该安全功能，可以在适当接通设置在蓄压器和设置于减振器壳体中并且由弹簧支撑活塞限定边界的空间(所谓的支撑空间)之间的液压(或者概括为流体)连接中的阀的情况下，确保：车身随着车辆停下而到达其完全下降的位置中并且保持该位置直至车辆被重新启动运行，这一点例如在较低的车库中或具有较小空间高度的渡船甲板上可能是必要的。在此只需打开所提到的阀以及保持并因此允许蓄压器和减振器壳体中所述支撑空间之间的流体连接，这一点例如可借助无电流打开的电磁阀(或任何双稳态阀)简单且无需能量地实现。
按照一种有利的扩展方案，可在减振器壳体中移动的所述弹簧支撑活塞限定出一个能以所述流体填充的支撑空间，可通过优选支撑在拉力限动弹簧上的弹簧元件而保持在使得具有大致为环境压力的支撑空间的体积最小的初始位置中。虽然必须借助该弹簧支撑活塞的特意的移动和所述支撑空间中为此所需的过压来克服所述弹簧元件的力，但如果选择尽可能小的弹簧元件弹力，则可以为此保持相对较小的能量需求。
另外，大体上作为运行方法，针对根据本发明的车轮悬架提出：当车身的高度位置不应通过拉力限动弹簧的有针对性的预紧被改变时，便通过借助泵将流体输送回蓄压器中而使减振器壳体中的能以流体(明确地说除液压介质外也可使用气态介质并优选空气作为该流体)填充的支撑空间(弹簧支撑活塞支撑在该支撑空间上)基本上没有过压。由此保持使减振器中的摩擦损耗尽可能地小。但在此应该确保在支撑空间中不产生负压，以便尤其是在使用液压介质作为流体时避免空气通过活塞密封装置或类似物进入或者说被吸入。为此尤其是可以在从支撑空间到泵抽吸侧的管道中设置一个相应的阀，该阀在支撑空间中存在环境压力时阻断所述管路并且同时阻断泵的抽吸运行。作为替换方案，也可以为此设置所谓的补偿体积，该补偿体积同样可防止在支撑空间排空时环境空气被吸进减振器中。
附图说明
所附原理图示出了本发明的一种实施例，其中，除了以剖面图显示的根据本发明的减振器外，还抽象示出了配置给该减振器或者说其所谓的支撑空间的泵以及蓄压器和阀。在此所有详细说明的特征都可能是具备创造性价值的。
具体实施方式
用附图标记1表示车辆(如轿车)车轮悬架的减振器，该减振器与一个未示出的支承弹簧并联，车身通过所述支承弹簧分担支撑在该车轮上。在减振器壳体1a内部设有本来的减振器缸体2，在减振器缸体内部如常见方式那样可移动地导引一减振器活塞3，该减振器活塞由减振器杆4支承。减振器壳体1a以其在图中的下端部固定在车轮悬架的引导车轮的元件上，而减振器杆4的上自由端部固定在车身上。就此所描述的减振器1的作用原理是技术人员已知的，因此不需要进一步说明。
如同原则上已知的那样，在该减振器1中设置一个拉力限动弹簧(或说拉伸限动弹簧)5，该拉力限动弹簧在车轮和车身之间有较大弹跳运动时、即当减振器杆4(在所谓的拉伸阶段中)以较大程度从减振器缸体2中或从减振器壳体1a中移出时起作用。当然，当前所说的减振器1也可包含压力限动弹簧，该压力限动弹簧可以在所谓的压缩阶段中起作用，但为清楚起见这里并未示出压力限动弹簧。
构造为螺旋压簧的拉力限动弹簧5以其在图中的下端部固定和支撑在减振器活塞3上。在拉力限动弹簧5的相对置的在图中的上端部上支撑着另一构造为螺旋压簧的弹簧元件7，一个所谓的弹簧支撑活塞6靠置在所述弹簧元件的另一端部上，该弹簧支撑活塞在减振器缸体2中可移动地导引。关于这个并非必需的弹簧元件7的功能还将在后面简短说明。
在弹簧支撑活塞6的背离所述弹簧元件7和拉力限动弹簧5的一侧上，在按附图所示向上封闭的减振器缸体2中设有一个所谓的支撑空间8，该支撑空间可通过贯穿减振器缸体2的以及减振器壳体1a的壁的流体管路11被填充流体、尤其是液压介质。根据支撑空间8中存在的流体压力，弹簧支撑活塞6便可相对于减振器杆4并且沿减振器杆的纵轴线方向按附图所示向下移动，同时，借助支撑空间8中相应高的流体压力，拉力限动弹簧5还可相对于图中所示的状态被压缩。在其它边缘条件未改变的情况下当拉力限动弹簧5被如此压缩时，则有一个力被导入车辆的车轮悬架中，该力使得减振器活塞3和减振器杆4按附图所示向下进一步往减振器缸体2中推移，从而使车身朝向车道方向降低。
现在进一步说明与支撑空间8相连接的流体管路11和其内包含的或者说与其耦合的元件：从支撑空间8出发，在该流体管路11中首先设置并非必须的限压阀12，关于该限压阀的功能在后面还将简短说明。这之后在流体管路11中设置无电流打开的(或双稳态)的电磁阀形式的两位两通阀11，该阀也可被称为简单的黑白阀或者说开关阀并且以附图标记13表示。此阀的功能也可由任意其它可以切换操控的阀来承担。在该阀13和由电动马达14驱动的输送方向可反转的泵15之间设置有一个分支通往其它车辆车轮的未示出的结构相同的别的减振器，在这些减振器上游分别设置相同的阀12、13。流体管路11以其就泵15而言与减振器1的支撑空间8相对置的端部最终通入用于流体或液压介质的蓄压器16中，该蓄压器如常见的蓄压器那样包括一个预紧的弹簧元件16a，该弹簧元件在当前支撑于一个限定蓄压器16流体压力室边界的并且可在缸体中移动的蓄压器活塞16b上(代替这种具有弹簧元件16a的蓄压器，也可使用具有气体弹簧的蓄压器)。
如在附图说明之前所阐释的那样，当借助泵15从蓄压器16中在黑白阀13打开时经过限压阀12将足够量的流体(优选液压介质)在足够的压力下输送到支撑空间8中时，配有根据本发明的车轮悬架的车辆的车身可以向车道方向降低。通过将液压流体从支撑空间8输送回蓄压器16(同样也通过泵15)，车身在由此卸压的拉力限动弹簧5的作用下再次抬起。如在附图说明之前详细阐释的那样，蓄压器16的弹簧元件16a的弹簧常数的量值(简称蓄压器16的弹簧常数)大小至少近似等于车辆车轮的支承弹簧的弹簧常数。
在此，限压阀12是这样设计的：使得在通过泵15从支撑空间8中抽吸液压介质时不会在支撑空间8中产生明显的负压。如果在从支撑空间8中抽取液压流体的过程中在支撑空间8中存在形成负压(相对于环境压力)的危险，则该限压阀12自动关闭。
对于夹紧在拉力限动弹簧5的背离减振器活塞3的端部和弹簧支撑活塞6之间的压力弹簧元件7，其用于在支撑空间8中存在大致为环境压力时(并且因此先前被输送到该支撑空间中的液压流体已被或正被抽走)使弹簧支撑活塞6往确定的初始位置中回移，在该位置，支撑空间8的体积为最小。
此外，按本实施例，减振器1的位于减振器壳体1a之内和减振器缸体2之外的油存储体积1b通过一个卸压管路17与蓄压器16的无压侧相连接，但这一点以及许多其它细节、尤其是结构设计方式完全可与上述说明不同地构造，而并不脱离本申请请求保护的内容。尤其是应指出：在当前实施例中，减振器活塞3是在减振器缸体2中导引，弹簧支撑活塞6也其中导引，因而支撑空间8至少部分位于减振器缸体2内，但作为替换方案，无论如何弹簧支撑活塞6也可以直接就在减振器壳体1a中可移动地导引，所以，在此情况下不只是说该弹簧支撑活塞6或支撑在其上的拉力限动弹簧5通过支撑空间8最终支撑在减振器壳体1a上，而且还要说到的是：通过泵15供应给支撑空间8的液压流体被输送到所述减振器壳体1a之中。

Claims (5)

1.车辆车轮悬架，包括与分担支撑车身的支承弹簧并联的液压减振器(1)，在该减振器中设有拉力限动弹簧(5)，该拉力限动弹簧相对于减振器壳体(1a)的支撑点能够借助设置在该减振器壳体中的弹簧支撑活塞(6)进行移动，所述弹簧支撑活塞通过从外部借助泵(15)以压力供应的流体而能够移动，其特征在于，所述泵(15)与用于所述流体的蓄压器(16)相连接并且将流体从该蓄压器(16)输送到所述减振器壳体(1a)中或从所述减振器壳体(1a)输送回蓄压器(16)中，其中，所述蓄压器(16)的弹簧常数的量值与所配置的支承弹簧的弹簧常数处于同一数量级或与所配置的支承弹簧的弹簧常数相比处于更大的数量级；或者在一个蓄压器(16)配置多个支承弹簧的情况下，所述蓄压器的弹簧常数的量值与这些支承弹簧的弹簧常数处于同一数量级或与这些支承弹簧的弹簧常数相比处于更大的数量级。
2.根据权利要求1所述的车辆车轮悬架，其特征在于，所述拉力限动弹簧(5)在弹跳行程较大时才起作用。
3.根据权利要求1或2所述的车辆车轮悬架，其特征在于，所述弹簧支撑活塞(6)限定出能以所述流体填充的支撑空间(8)，该弹簧支撑活塞通过弹簧元件(7)而保持在使大致具有环境压力的支撑空间(8)体积最小的初始位置中。
4.根据权利要求3所述的车辆车轮悬架，其特征在于，所述弹簧元件(7)支撑在所述拉力限动弹簧(5)上。
5.用于根据权利要求1至4之一所述的车辆车轮悬架的运行方法，其特征在于，所述弹簧支撑活塞(6)支撑在所述减振器壳体(1a)内的能以所述流体填充的支撑空间(8)上，当车身的高度位置不应通过所述拉力限动弹簧(5)的有针对性的预紧被改变时，便借助所述泵(15)将流体输送回所述蓄压器(16)中而使所述支撑空间基本上没有过压和负压。
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