CN104640720A - 车轮悬架结构 - Google Patents

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CN104640720A CN201380031195.XA CN201380031195A CN104640720A CN 104640720 A CN104640720 A CN 104640720A CN 201380031195 A CN201380031195 A CN 201380031195A CN 104640720 A CN104640720 A CN 104640720A
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H·布吕尔
R·海克
K·茹斯
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Abstract

本发明涉及一种用于将车辆车轮支撑在车辆车身上的汽车车轮悬架结构(1)，包括：连接车轮的轮毂托架(2)；下梯形控制臂(3)，该下梯形控制臂在内侧具有一用于连接车身的后引导支承部(14)和一用于连接车身的前引导支承部(15)，该下梯形控制臂在外侧通过一下支承关节(16)和轮毂托架(2)相连；上车轮外倾控制臂(4)，该上车轮外倾控制臂在内侧具有连接车身的上引导支承部(17)并在外侧通过一上支承关节(18)和轮毂托架(2)相连；连接控制臂(5)，该控制臂通过一下连接支承部(19)和梯形控制臂(3)相连并通过一上连接支承部(20)和轮毂托架(2)相连。提供了一种构造，其使车轮导向装置(1)对于横向力刚度较高而对于纵向力更具弹性，下支承关节(16)、上连接支承部(20)和上支承关节(18)确定车轮和车身之间转向运动的转向轴线(21)。

Description

车轮悬架结构
技术领域
本发明涉及一种用于将车辆车轮支撑在车辆车身上的、具有权利要求1前序部分特征的汽车车轮悬架结构。本发明还涉及具有至少这类车轮悬架结构的汽车。
背景技术
在EP 1 870 263 B1中公开了一种车轮悬架结构，该悬架结构具有用于连接车辆车轮的轮毂托架以及下部的梯形控制臂，该控制臂在内侧具有用于与车辆车身连接的后引导支承部和用于与车辆车身连接的前引导支承部，在外侧通过下支承关节和轮毂托架相连。此外，该车轮悬架结构还具有上车轮外倾控制臂，该控制臂在内侧具有用于与车辆车身连接的上引导支承部，在外侧通过上支承关节和轮毂托架相连。此外，公开的该车轮悬架结构配备一连接控制臂，该连接控制臂通过下连接支承部和梯形控制臂相连，通过上连接支承部和轮毂托架相连。公开的该车轮悬架结构用于非转向的后轮。尽管如此，该车轮悬架结构配备有一转向横拉杆，该转向横拉杆在外侧通过推力支承部和轮毂托架相连，在内侧和执行机构相连，借助该执行机构可以根据配备该车轮悬架结构的车辆的工作状态通过转向横拉杆改变轮距角(即前束角或后束角)以及车轮外倾角。此外，公开的该车轮悬架结构具有一减振器，该减振器通过下减振支撑装置支撑在上车轮外倾控制臂上，且配备有一弹簧，该弹簧通过下弹簧支撑装置支撑在梯形控制臂的如下连接线的区域中：该连接线连接前引导支承部和下支承关节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述类型的车轮悬架结构或者相关车辆提供一种改进的实施形式，该实施方式尤其是可以去除连接控制臂的负载。此外，还力求发明一种车轮导向装置，该车轮导向装置沿车辆横向设计得刚性较高且精密，而在车辆纵向则设计得相对更具弹性或者说或易屈从。此外，力求发明一种高品质的噪音衰减装置。
该问题根据本发明通过独立权利要求的主题加以解决。有利的实施形式是从属权利要求的主题。
本发明基于的一般思想是，通过下支承关节和上支承关节确定车轮和车身之间转向运动的转向轴线，并且上连接支承部安排在转向轴线区域。通过该配置，连接控制臂在静态稳定的行驶状态下可以尽可能被去除负载。
此处所述的车轮悬架结构可以特别简单地设计成用于转向车轮的车轮悬架结构。尤其是，该车轮悬架结构可以用于后轮。此外，该车轮悬架结构优选为独立悬架结构。
尤其是对于设计为后轮悬架结构的车轮悬架结构，连接后引导支承部和前引导支承部的内部连接线有利地从后引导支承部到前引导支承部向前、向上和向外延伸。这一点在安装在车身上的状态下通过对后引导支承部和前引导支承部的空间安排加以实现。内部连接线的该空间方向针对各车辆车轮确定了纵向极，围绕该纵向极各车轮借助车轮悬架结构以可摆动的方式安装，从而改进起动时的俯仰支撑。在理想状态下，纵向极沿起动时形成的作用于各车轮的所导致的反应力的方向，从而使得反应力基本上穿过纵向极，由此基本上不在车轮上形成力矩，因此车轮在起动时基本上不会弹动。在驱动车轮时、以及在推力工况(减速滑行工况)时、以及在负载变化时会出现相应的行为，从而也可以显著改善推力工况俯仰支撑以及负载变化时的俯仰支撑。后者对于通过驱动轮优选结合电机进行能量回收操作的情况特别有利，该操作会在车轮上形成相对较强的负载变化。改善俯仰支撑可以提高行驶舒适度，并稳定车辆的行驶性能。
在另一种优选使用的实施形式中规定，后引导支承部位于车轮旋转轴线后方，而前引导支承部位于车轮旋转轴线前方。此外，也可以规定，在特征为竖直投影方向和水平投影面的投影中，连接后引导支承部和下支承关节形成的后部连接线和车轮旋转轴线形成锐角。通过该措施，可以改善车辆车轮在主销后倾方面的横向支撑，并使得横向支撑尽可能通过后引导支承部进行，而前引导支承部尽可能免受该横向力的负载。在理想情况下，后引导支承部和车轮旋转轴线之间的距离根据通常的主销后倾进行调整。该车轮悬架结构的构造特别是使得前引导支承部的负载显著降低，因此该导向轴承在设计上可以较软，由此整个车轮悬架结构对于纵向力较软或者说较有弹性。
根据一种有利的实施形式，车轮悬架结构配备有一转向横拉杆，该转向横拉杆在外侧通过推力支承件和轮毂托架相连，其中上连接支承部在上支承关节和推力支承件之间安排在轮毂托架上。所选择的定位方法会导致相对较长的连接控制臂，该连接控制臂可以实现轮毂托架和梯形控制臂之间的稳定支撑。由此可以改善车轮悬架结构在横向力方面的刚性。
根据另一种有利的实施形式可以设有一轮承载件，借助该轮承载件可以将各车辆车轮固定在车轮悬架结构上。该轮承载件固定在轮毂托架上。此外，根据另一种有利的实施形式，可以设计一驱动轮承载件的轮毂的驱动轴。由此，此处所述的车轮悬架结构尤其适用于驱动轮。驱动轴以通常的方式和车辆的动力传动系相连。同时也可以将驱动轴和各车轮的电机相连。
此外，如果驱动轮同时是转向轮，驱动轴可以具有驱动万向节。特别有利的实施形式是，驱动万向节位于转向轴线的区域中。通过该措施可以使在转向时和/或在轮毂托架弹入和弹出时驱动万向节中可能出现的力降低。此外通过该措施可以减小在另一内部支承部上在转向时出现的滑动距离，通过该内部支承部将驱动轴和动力传动系或者和各自的电机进行传动连接。
在另一种有利的实施形式中，推力支承件位于车轮旋转轴线所处的、水平的车轮中心面的区域中。由此，用于传输转向力的杠杆特别大，因而通过转向横拉杆施加的力相应减小，尤其是，该转向横拉杆可以减小其尺寸。
根据另一种有利的实施形式可以设有一减振器，该减振器通过一下减振器支撑装置支撑在梯形控制臂上并通过上减振器支撑装置例如支撑在车身上。下减振器支撑装置优选安排在连接后引导支承部和下支承关节的后部连接线的区域中。通过该方式，减振力基本上仅作用于后部连接线区域，由此尤其是可以避免或者降低前引导支承部上的力矩。通过该方式，尤其可以将前引导支承部设计为特别软的弹性体支承件。
根据另一种有利的实施形式可以设有一弹簧，该弹簧通过下弹簧支撑装置支撑在梯形控制臂上并通过上支撑装置例如支撑在车辆车身上。有利地，下弹簧支撑装置可以位于连接后引导支承部和下支承关节的后部连接线区域。由此，弹簧的力基本上仅作用于后部连接线上，这意味着前引导支承部的负载被去除，因此前引导支承部例如可以采用特别软的设计。
特别优选的做法是组合上述两种实施形式，从而使得不管是减振器，还是弹簧均通过各自的下支撑装置位于后部连接线区域。在此，减振器和弹簧可以相对彼此独立且偏心地被安排，从而使下减振器支撑装置和下弹簧支撑装置不同轴，而是并排且相互间隔地被安排。如果减振器和弹簧为独立的结构，可以优选规定，下弹簧支撑装置继续向内，即靠近后引导支承部进行安排，而下减振器支撑装置有利地安排在靠近下支撑控制臂处。当然，原则上也可以选择同轴安排减振器和弹簧，例如组合式的减振弹簧滑柱。
根据本发明另一种特别有利的实施形式，连接后引导支承部和前引导支承部的内部连接线在具有垂直投影方向和水平投影面的投影中基本上平行于连接下连接支承部和下支承关节的外部连接线。通过连接线的平行取向，可以改善轮毂托架在弹入和弹出时的导向，这有利于倾斜弹动，也可以改进在弹入和弹出时的相关车轮的操纵稳定性。对此，表述“基本上”不排除投影面中的内部连接线和外部连接线之间的角度，但该角度不大于20°，尤其是不大于15°，优选不大于10°，特别是不大于5°。
根据本发明一种特别有利的实施形式，连接前引导支承部和下支承关节的前部连接线在上文所述的投影中基本上垂直于内部连接线。通过该措施，在前引导支承部上可以实现对力的直接支撑。此外通过该几何构造也有利于形成比较紧凑的结构形式。同时，此处表述“基本上”不排除前部连接线与内部连接线在所述水平投影面中形成的直角存在偏差。但该偏差小于20°，优选小于15°，尤其是小于10°，特别优选为小于5°。
根据另一种有利的实施形式，该车轮悬架结构可以配备一稳定器，该稳定器通过摆杆和连接控制臂相连。通过该措施，一方面可以避免直接连接稳定器和轮毂托架，由此可以显著改善轮毂托架的结构自由度，尤其是可以显著简化用于转向车轮的车轮悬架结构的设计。另一方面，连接控制臂在运动时间接和轮毂托架相连，从而使得通过摆杆也可以在轮毂托架和稳定器之间形成良好的或者直接响应的作用连接。尤其是，稳定器在车轮悬架结构的内部可以连接在相对较远的外侧，由此稳定器可以敏感地进行工作，同时采用总体较为轻型的设计。
根据另一种有利的实施形式，此外，车轮悬架结构可以配备一转向限位块，该转向限位块具有第一限位成型件和第二限位成型件，这两个限位成型件在车轮与车身之间的转向角度达到预先规定的最大值时相互紧贴在一起，对此，在轮毂托架上构成第一限位成型件，在连接控制臂上构成第二限位成型件。因为连接控制臂通过直接和轮毂托架相连可以类似于轮毂托架地移位，因此在转向和/或弹入弹出时，轮毂托架和连接控制臂之间几乎不会出现相对运动，由此，在转向限位块处可以显著降低磨损。此外，限位成型件的几何结构可以更加简单，因为连接控制臂和轮毂托架在弹入和弹出时几乎不相对移动。
根据另一种有利的实施形式规定，在水平投影方向和竖直投影平面的投影中，车轮支撑点和车轮旋转轴线位于转向轴线上。由此可以减小在车轮转向时车轮悬架结构中的附加力。
根据本发明的车辆的特征在于车身、多个车轮和至少一个上述类型的车轮悬架结构，借助该车轮悬架结构将车轮支撑在车身上。
其他的重要特征和本发明的优点来自从属权利要求、附图和根据附图的相关说明。
上述和下述待说明的特征不仅以所述的组合，而且也可以在不离开本发明框架的情况下以其他组合或者单独加以使用。
本发明的优选实施例在附图中示出，在下文的说明中将作更详细的阐述，其中相同的附图标记表示相同或者类似或者功能相同的部件。
在上文的一般说明和下文对附图的说明中，所使用的相对概念“下”、“上”、“后”、“前”、“内”和“外”应参照车轮悬架结构安装到车辆上的安装状态进行理解。因此，“下”是指朝向车辆车轮停靠的地面。与之对应，“上”是指远离地面的方向。“后”是指向车辆尾部的方向。“前”是指向车辆头部的方向。“内”是指横向于车辆纵向朝向车辆中央。“外”是指横向于车辆纵向从车辆中央远离的方向。
附图说明
下列附图分别示意所示为：
图1：车轮悬架结构的从配设该车轮悬架结构的车辆后方沿车辆纵向(X轴)观察的视图，
图2：车轮悬架结构的沿竖直方向(Z轴)从上方观察的视图，
图3：从外侧沿配设该车轮悬架结构的车辆的横向(Y轴)观察的视图。
具体实施方式
根据图1至3，车轮悬架结构1包含轮毂托架2、下梯形控制臂3、上车轮外倾控制臂4、连接控制臂5、转向横拉杆6、稳定器7、驱动轴8、减振器9和弹簧10，该车轮悬架结构在此处未作显示的车辆中用于将此处同样未作显示的车辆车轮支撑在同样未作显示的车辆车身上。车轮悬架结构1此处优选设计为车辆——优选乘用车——的转向驱动后轮的独立悬架结构。
为了更好地辨别方向，图1至3中针对车轮悬架结构1在车辆中的安装状态通过双箭头画出了车辆纵向X、车辆横向Y和车辆竖轴Z。X轴和Y轴构成水平的X-Y平面。X轴和Z轴构成竖直的X-Z平面。Y轴和Z轴构成另一个竖直的Y-Z平面。
轮毂托架2用于连接车轮。对此，在轮毂托架2上固定有轮承载件11，该轮承载件支承轮毂12以使之可绕车轮旋转轴线13旋转。为便于理解，轮毂托架2在图3中以透明的方式利用中断线加以表示。
梯形控制臂3在内侧具有后引导支承部14以及前引导支承部15，通过后引导支承部以及前引导支承部，梯形控制臂3和车辆车身相连。在外侧，梯形控制臂3通过一下支承关节16和轮毂托架2相连。
车轮外倾控制臂4在内侧借助上引导支承部17和车身相连。在外侧，车轮外倾控制臂4通过上支承关节18和轮毂托架2相连。
连接控制臂5通过下连接支承部19和梯形控制臂3相连，通过上连接支承部20和轮毂托架2相连。
下支承关节16、上连接支承部20和上支承关节18限定了车轮与车身之间的转向运动的转向轴线21。铰接的车轮由此可以围绕该转向轴线21相对于车身进行摆动。
转向横拉杆6在外侧通过推力支承件22和轮毂托架2相连。对此，推力支承件22有利地安排在轮毂托架2的后部上，以便转向横拉杆6从后部延伸至车轮悬架结构1。转向横拉杆6在内侧有利地和此处未作显示的转向装置相连，借助该转向装置将转向运动传导至轮毂托架2。上连接支承部20在上支承关节18和推力支承件之间设置在轮毂托架2上。推力支承件22安排在水平的车轮中心面23的区域中，车轮旋转轴线13位于该车轮中心面中。
驱动轴8和轮承载件11的轮毂12驱动连接，由此可以驱动固定在轮承载件11上的车辆车轮。驱动轴8在外侧和轮毂12驱动连接，驱动轴8在内侧可以连接在此处未作显示的车辆的驱动传动系上。也可以选择以下实施形式：即在车轮悬架结构1的各车轮上安排单独的电机，该电机通过驱动轴8驱动轮毂12，由此驱动相关车轮。当然，驱动轴8也可以具有和附图所示不同的外观。驱动轴8拥有驱动万向节24，该驱动万向节在此处显示的视图中被轴环(或皮碗)25所包裹，因而被隐藏。驱动万向节24安排在转向轴线21的区域中，尤其是安排在转向轴线21上。
减振器9通过一下减振器支撑装置26支撑在梯形控制臂3上。通过一上减振器支撑装置27，减振器9可以例如支撑在车身上。下减振器支撑装置26安排在后连接线28的区域中。后连接线28连接后引导支承部14和下支承关节16。后连接线28和车轮旋转轴线13形成大约15°的锐角，该锐角也可以在5°至30°的角范围中变化。因此，后引导支承部14总是位于车轮旋转轴线13的后方，即优选在主销后倾的区域中，这使得车轮悬架结构1的横向支撑被集中到后引导支承部14上，因而前引导支承部15可以相应地去除负载。
弹簧10通过下弹簧支撑装置29支撑在梯形控制臂3上，且可以通过上支撑装置30例如支撑在车辆车身上。下弹簧支撑装置29同样也位于后连接线28的区域中。
对于此处所示的实施形式，减振器9和弹簧10设计为单独和相互偏心安排的部件。与之对应，下减振器支撑装置26和下弹簧支撑装置29并排且相互间隔一定距离地在后部连接线28的区域中安排在梯形控制臂3上。对此，弹簧10比减振器9更靠内侧。尤其是弹簧10大致居中地位于后引导支承部14和梯形控制臂3的下支承关节16之间。
根据图2的俯视图显示了竖直投影方向(Z轴)和水平投影平面(X-Y平面)的投影。在该投影或者投影面中，内部连接线31和外部连接线32基本相互平行。尤其是两者方向相互之间的偏差小于5°。内部连接线31连接后引导支承部14和前引导支承部15。外部连接线32连接下连接支承部19和下支承关节16。在图2的投影中，前部连接线33基本垂直于内部连接线31，因此基本上也同时垂直于外部连接线32。同时，此处和直角的偏差有利地小于5°。前部连接线33连接前引导支承部15和下支承关节16。此外，在图2中还显示了另一连接线34，该另一连接线连接前引导支承部14和下连接支承部19。在图2的投影中，该另一连接线34、内部连接线31、前部连接线33和外部连接线32构成一梯形，因此梯形控制臂3由此得名。在所示的特殊情况下，该梯形具有两个基本上是直角的角。
根据图3的侧视图显示了具有水平投影方向(Y轴)和竖直投影平面(X-Z平面)的投影。在该投影或者该投影面中，车轮旋转轴线13位于转向轴线21上。此外，一此处未作显示的车轮支撑点同样位于转向轴线21上，通过该支撑点各车轮接触地面或者行驶路面。此外，转向轴线21在该投影中沿尽可能平行于Z轴的方向延伸。换言之，转向轴线21位于该Y-Z平面上。
根据图1，转向轴线21相对于竖直方向(Z轴)存在一倾角，该倾角例如在5°至30°的范围内。
稳定器7在车轮悬架结构1中通过摆杆35和连接控制臂5相连。对此，摆杆35通过下摆杆支承件36和连接控制臂5相连。下摆杆支承件36在下连接支承部19和上连接支承部20之间安排在连接控制臂5上。此外，下摆杆支承件36位于连接下连接支承部19和上连接支承部20的连接线37上。此外，摆杆35通过上摆杆支承件38和稳定器7相连。上摆杆支承件38参照Z轴安排在上连接支承部20的高度区域。
此外，车轮悬架结构1配备有转向限位块39，该转向限位块具有第一限位成型件40和第二限位成型件41。这两个限位成型件40、41在达到车轮和车身之间的预先规定的最大转向角时相互紧贴在一起。第一限位成型件40位于轮毂托架2上，更确切地说有利地位于上连接支承部20的区域中。第二限位成型件41位于连接控制臂5上，即同样位于上连接支承部20的区域中。在此处未作说明的实施形式中，这两个限位成型件40，41分别一体形成在轮毂托架2和连接控制臂5上。也可以使用的实施形式是，第一限位成型件40通过单独的限位体构成，该限位体安装在轮毂托架2上。此外也可以通过单独的限位体构成第二限位成型件41，该限位体安装在连接控制臂5。比较合理的做法是，限位成型件40，41设计用于面接触，由此可以减小在达到最大转向角度时的力尖峰。

Claims (12)

1.用于将车辆车轮支撑在车辆车身上的汽车车轮悬架结构，
-具有一连接车轮的轮毂托架(2)，
-具有一下梯形控制臂(3)，该下梯形控制臂在内侧具有一用于连接车身的后引导支承部(14)和一用于连接车身的前引导支承部(15)，该下梯形控制臂在外侧通过一下支承关节(16)和轮毂托架(2)相连，
-具有一上车轮外倾控制臂(4)，该上车轮外倾控制臂在内侧具有一连接车身的上引导支承部(17)并在外侧通过一上支承关节(18)和轮毂托架(2)相连，
-具有一连接控制臂(5)，该连接控制臂通过一下连接支承部(19)和梯形控制臂(3)相连并通过一上连接支承部(20)和轮毂托架(2)相连，
其特征在于，下支承关节(16)、上连接支承部(20)和上支承关节(18)确定车轮和车身之间转向运动的转向轴线(21)。
2.根据权利要求1的车轮悬架结构，其特征在于，后引导支承部(14)和前引导支承部(15)在空间上的安排使得，连接后引导支承部(14)和前引导支承部(15)的内部连接线(31)从后引导支承部(14)出发向前、向上和向外延伸。
3.根据权利要求1或者2的车轮悬架结构，其特征在于转向横拉杆(6)，该转向横拉杆在外侧通过推力支承件(22)和轮毂托架(2)相连，其中，上连接支承部(20)在上支承关节(18)和推力支承件(22)之间安排在轮毂托架(2)上。
4.根据权利要求3的车轮悬架结构，其特征在于，推力支承件(22)位于车轮旋转轴线(13)所处的、水平的车轮中心面(23)的区域中。
5.根据权利要求1至4中任一项的车轮悬架结构，
-设有一固定在轮毂托架(2)上的轮承载件(11)用以对车轮进行固定，
-设有一驱动轴(8)用以驱动轮承载件(11)的轮毂(12)，该驱动轴具有一位于转向轴线(21)区域中的驱动万向节(24)。
6.根据权利要求1至5中任一项的车轮悬架结构，
-具有减振器(9)，该减振器通过一下减振器支撑装置(26)支撑在梯形控制臂(3)上，其中下减振器支撑装置(26)位于连接后引导支承部(14)和下支承关节(16)的后部连接线(28)的区域中，和/或
-具有弹簧(10)，该弹簧通过一下弹簧支撑装置(29)支撑在梯形控制臂(3)上，其中，下弹簧支撑装置(29)位于连接后引导支承部(14)和下支承关节(16)的后部连接线(28)区域。
7.根据权利要求6的车轮悬架结构，其特征在于，减振器(9)和弹簧(10)相对彼此独立且偏心地被安排。
8.根据权利要求1至7中任一项的车轮悬架结构，其特征在于，
连接后引导支承部(14)和前引导支承部(15)的内部连接线(31)在具有竖直投影方向(Z轴)和水平投影面(X-Y平面)的投影中基本上平行于连接下连接支承部(19)和下支承关节(16)的外部连接线(32)。
9.根据权利要求8的车轮悬架结构，其特征在于，
连接前引导支承部(15)和下支承关节(16)的前部连接线(33)在所述投影中基本上垂直于内部连接线(31)。
10.根据权利要求1至9中任一项的车轮悬架结构，其特征在于稳定器(7)，该稳定器通过一摆杆(35)和连接控制臂(5)相连。
11.根据权利要求1至10中任一项的车轮悬架结构，其特征在于，
-设有一转向限位块(39)，该转向限位块具有第一限位成型件(40)和第二限位成型件(41)，这两个限位成型件在车轮与车身之间的转向角度达到预先规定的最大值时相互紧贴在一起，
-第一限位成型件(40)位于轮毂托架(2)上，
-第二限位成型件(41)位于连接控制臂(5)上。
12.车辆，
-具有一车身，
-具有多个车轮，
-具有至少一个根据上述权利要求中任一项的用于将车轮支撑在车身上的车轮悬架结构(1)。
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