CN104786769B - 机动车辆用车轮悬架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于具有车辆结构(3)的机动车辆的后桥的车轮(2)的车轮悬架，包含将车轮(2)可转动地安装于远离结构的车轮导向臂(4)，所述车轮导向臂在结构侧在附接点(8)附接至铰接体(10)，其中，铰接体(10)通过至少一个连接装置(11)连接至车辆结构(3)并且相对于车辆结构(3)被可移动地安装，以及车轮导向臂(4)在附接点(8)通过可切换的旋转接头附接至铰接体(10)，其中，旋转接头在第一切换位置是可转动的并且在第二切换位置在转动方面固定。

Description

机动车辆用车轮悬架
技术领域
本发明涉及一种机动车辆的后桥用车轮悬架。
背景技术
在现代的后轮悬架中，如今通常使用扭转梁式车桥或纵臂式车桥和/或悬架支柱(Schwertlenkerachse)。这些类型的车轮悬架具有很好的操控性能，并且由于相对低的生产成本也尤其是适合大量生产的车辆。虽然这些车轮悬架通常都非常灵活并且可在较宽的范围内设计以满足具体要求，但是所述车轮悬架的缺陷被认为是在结构侧的铰接体的垂直位置的限制，例如固定至车辆结构的用于接收轴承衬套的轴承销，其用于车轮导向臂在结构侧的铰接，例如扭转梁式车桥或纵臂式车桥和/或悬架支柱的纵臂。
在最好的驾驶舒适性方面，尤其是在制动过程中以及在冲击载荷——即，通过车轮悬架可转动地安装在车辆结构上的车轮的压缩运动——的情况下，为了实现较好的驱动动力学，期望铰接体的垂直位置在结构侧尽可能高。然而，铰接体在结构上的垂直位置受到例如机动车辆中的后排座椅的座椅壳体的限制。结构侧的高点上的铰接点，尤其高于由车轮悬架保持的车轮的车轮中心点，这在车轮的弹簧压缩运动过程中能够使车轮与机动车辆的驱动方向相反地后撤，这有利于舒适的驱动动力学，由于作用在车轮上的冲击——例如，通过相对横向边缘、横向接缝等的行驶导致的——将以更灵活的方式被吸收。而且，这种车轮悬架的行为有助于减少车辆结构的俯仰运动——其通常发生在车辆的制动过程中。
在电动汽车中，可使用所谓的轮毂马达，即，电动马达，其被安置在由轮辋包围的从动轮的空间内部并被支承在可转动地安装车轮的轮架上，该轮架进而由扭转梁式车桥或纵臂式车桥和/或悬架支柱的车轮导向臂保持。然而，由于在结构侧的铰接体的高垂直位置，在该位置车轮通过车轮导向臂铰接至车辆结构，这种马达会导致在加速过程中车辆结构的不期望的向上运动。这是因为在加速过程中，作用在从动轮的轮胎和道路表面之间的接触面的力产生俯仰力矩，其不完全由通过车轮地面接触点和铰接体的分力支承，并且其剩余的垂直分量通过车身悬架直接作用在车辆结构上并使所述结构上升。铰接体在车辆结构上的垂直位置越高，这种影响越大。为了减少在机动车辆的加速过程中由轮毂马达造成的车辆结构的向上运动，期望相应较低的铰接体的垂直位置，然而，这与如上所述的改善驾驶舒适性相违背。
发明内容
出于这种考虑，本发明的目的在于详细说明一种机动车辆的后桥用车轮悬架，其进一步改进机动车辆的驱动动力学。
该目的通过具有本发明的特征的车轮悬架实现。本发明的进一步尤其有利的实施例通过从属权利要求公开。
应该提及的是，在下面说明书中单独阐述的特征可以以任何技术上有意义的方法结合在一起并公开本发明的进一步实施例。该说明书以及与附图结合表征和具体说明了本发明。
根据本发明，一种具有车辆结构的机动车辆的后桥的车轮用车轮悬架，包含将车轮可转动地安装于远离车辆结构的车轮导向臂，所述车轮导向臂在结构侧的附接点处附接至铰接体，例如，用于接收轴承衬套的轴承销或用于接收球形接头的轴承壳，其中，铰接体通过至少一个连接装置连接至车辆结构并相对于车辆结构可移动地安装。根据本发明的铰接体相对于车辆结构的移动性——铰接体在现有技术的车轮悬架中基本上刚性附接至车辆结构——允许由铰接体限定的车轮导向臂的铰接点的有利的位移，例如，扭转梁式车桥或纵臂式车桥和/或悬架支柱的纵臂的，以便根据机动车辆的当前的驾驶状况和/或驱动动力学改进驾驶舒适性，例如当加速或制动时，由于驱动动力学作用在本发明的车轮悬架上的力可相对于车辆结构移动铰接体以及在车辆结构上的车轮导向臂的铰接点进入所期望的位置，这更有利于驾驶舒适性。在本发明的意义中，装置通常被认为是连接装置，其允许和/或许可铰接体相对于车辆结构的相对运动。然而，应该注意的是，在本发明的意义中，铰接体相对于车辆结构的位移明显超过铰接体与车辆结构的传统的橡胶弹性附接所能提供的位移的程度，传统上例如借助于橡胶缓冲装置。
此外，根据本发明的车轮导向臂通过可切换的转动接头在附接点上附接至铰接体，其中，转动接头在第一切换位置是可转动的，并且在第二切换位置在转动方面是固定的。可切换的转动接头允许车轮导向臂的铰接点的基于情况的位移，其对根据本发明的车轮悬架有效，并因此也允许由车轮导向臂保持为远离车辆结构的车辆结构上的车轮的基于情况的位移。在第一切换位置中转动接头是可转动的，在铰接体上的车轮导向臂的附接点作为车轮导向臂的支点。在第二切换位置中转动接头在转动方面固定并因此使车轮导向臂和铰接体形成一个单元，其是扭转刚性的，由铰接体相对于车辆结构的预先确定的运动自由度限定的铰接体的瞬时旋转中心作为由车轮导向臂和铰接体形成的单元的支点。因此，根据机动车辆的当前的驾驶状态，作为车辆结构上的车轮导向臂的铰接的支点可被切换，以便改进由根据本发明的车轮悬架提供的在不同的驾驶状态的驾驶舒适性。
因此，例如，在机动车辆的加速过程中，尤其是通过(电动的)轮毂马达加速的过程中，当处于该切换位置中的铰接体的瞬时旋转中心总是被定位在低于铰接体上的车轮导向臂的附接点时，根据本发明的车轮悬架在车辆结构上的车轮导向臂实际铰接点可通过将转动接头切换至第二切换位置而降低，第二切换位置在转动方面固定。在机动车辆的所有其它的驾驶状态中，可切换的转动接头位于第一可转动的切换位置，以便在铰接体上的车轮导向臂附接点——其相对于之前提及的瞬时旋转中心位于更高的位置——是车辆结构上的车轮导向臂的实际支点。因此以这种方式，在借助于轮毂马达加速的过程中，由于实际支点在其垂直位置上已经降低，以及在转动方面固定的转动接头的切换位置，车辆结构的升高可被减少甚至完全消除。在机动车辆的其它驱动状态中，例如，在制动或者在对由车轮悬架保持的车轮上有碰撞的影响的情况下，例如，当逆着例如横向边缘或横向接缝行驶时，由于在车辆结构上的车轮导向臂的实际支点的相对高的垂直位置，在这种情况下实际支点对应于铰接体上的车轮导向臂的附接点，在转动接头的可转动的切换位置的驾驶舒适性如上所述被大幅提高。
根据本发明的进一步有利的实施例，铰接体的瞬时旋转中心在其相对于车辆结构的移动过程中并不位于铰接体上的车轮导向臂附接点。换言之，在本发明的意义中，铰接体不执行关于铰接体上的车轮导向臂附接点的纯粹转动运动。因为瞬时旋转中心因此位于远离铰接体上的车轮导向臂附接点的位置，尤其优选在垂直方向低于或高于附接点，在本发明的意义中，当铰接体相对于车辆结构移动时，其改为执行包含平移运动和转动运动的运动。因为铰接体在任何时候的运动可被描述为关于瞬时旋转中心的转动，在本发明的意义中，从而可限定铰接体的虚拟支点，其基本上能够被定位在任何位置并且可作为使车轮导向臂附接在铰接体上的实际支点变化。以这种方式，针对根据本发明的车轮悬架的车轮导向臂的实际支点(并因此还有通过车轮导向臂保持远离车辆结构的车轮)可对应于瞬时旋转中心的位置在车辆结构上移动，这样，借助于根据本发明的车轮悬架可实现更舒适的驱动动力学。
根据本发明的进一步有利的实施例，提供配置为连接支柱的两个连接装置，在不同情况下所述连接装置在结构侧以铰接的方式连接至车辆结构，其中，配置为连接器的铰接体以铰接的方式将两个连接支柱远离车辆结构处连接在一起。在这种情况下通过连接器和两个连接支柱形成的四连杆机构，使利用四连杆机构的可自由选择的几何属性——例如，连接器和连接支柱的长度和/或车辆结构和连接器上的铰接点的位置——以简单的方式固定铰接体和/或连接器的瞬时旋转中心成为可能，并因此改进由根据本发明的车轮悬架在如上所述的机动车辆的驾驶状态中所提供的驾驶舒适性。优选地，传统的橡胶-金属轴承(转动接头)和/或球形接头用于形成单个的铰接点。
根据本发明的进一步有利的实施例，结构侧的连接支柱的铰接点的间距大于远离结构处连接器和每个连接支柱之间的铰接点的间距。由于瞬时旋转中心由两个连接支柱的有效线的交叉点限定，以这种方式可实现铰接体和/或连接器的瞬时旋转中心总是位于低于铰接体和/或连接器上的车轮导向臂的附接点的位置，并且因此，例如，尤其是在机动车辆通过轮毂马达加速的过程中，减少或完全避免了车辆结构的升高，或者，在铰接体相对于车辆结构的相对运动中，一旦铰接体的瞬时旋转中心是车轮导向臂和安装在其上的车轮的实际支点，升高运动甚至逆转为降低运动。
根据本发明的进一步有利的实施例规定了车轮导向臂是纵臂，优选是扭转梁式车桥或纵臂式车桥和/或悬架支柱的纵臂，并且车轮通过轮架安装在车轮导向臂上，其中，轮毂马达——尤其是电动轮毂马达——支承在轮架上或车轮导向臂上，以用于驱动车轮。
附图说明
本发明的进一步特征和优点在本发明的示例性实施例的以下说明中披露，其应被理解为非限制性的并且其参考附图被详细描述，其中示例性地：
图1A表示根据现有技术的机动车辆的后桥的车轮用车轮悬架的侧视图，
图1B表示图1A的根据现有技术的车轮悬架的俯视图，
图2A表示根据本发明的机动车辆的后桥的车轮用车轮悬架的侧视图，
图2B表示图2A的根据本发明的车轮悬架的俯视图，和
图3表示图2A的根据本发明的车轮悬架的侧面细节。
附图标记
1 根据现有技术的车轮悬架
2 车轮
3 车辆结构
4 车轮导向臂、纵臂
5 悬架/阻尼元件
6 路面
7 铰接体
8 附接点
9 车轮悬架
10 铰接体、连接器
11 连接装置、连接支柱
12 瞬时旋转中心
13瞬时旋转中心曲线
F 行驶的前进方向
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部分具有相同的附图标记，以便所述部分大体上仅被描述一次。
图1A和1B表示针对机动车辆的后桥(未示出更多细节)的车轮2的根据现有技术的车轮悬架1的侧视图和/或俯视图。通过举例的方式，在图1A和1B中示出的后桥是机动车辆的纵臂式车桥和/或悬架支柱。机动车辆包含车辆结构3，其仅象征性地示出在图1A和1B中。如图所示，车轮导向臂4(在所示实例中为纵臂)的车轮2可转动地远离结构安装。为此，例如，通过连接至远离结构的纵臂4的端部的轮架(未示出)，车轮2可转动地保持在车轮导向臂4上。此外，车轮2通过传统的悬架/阻尼元件5以传统方式支承在车辆结构上。图1A示出了车轮2行驶在路面6上，其中，机动车辆的行驶的前进方向对应于箭头F的方向。
如图1A所示，在结构侧的车轮导向臂4被连接至铰接体7，其例如形成用于接收轴承衬套的轴承销，未示出更多细节。根据现有技术所示，在附接点8的附接发生在车轮悬架1，这通过由铰接体7的轴承销和例如传统的橡胶-金属衬套这样由其可转动地保持的轴承衬套形成的传统的转动接头实现。进一步如图1A所示，铰接体7被刚性连接至车辆结构3。其结果是，铰接体7相对于车辆结构3是基本上不动的。在车轮2的压缩和/或反弹运动过程中，纵臂4因此关于铰接点8转动。铰接点8因此总是车轮导向臂4的支点。
如果现在例如通过容纳在车轮2中并最终支承在车轮导向臂4上的轮毂马达(未示出)驱动机动车辆，由于在结构侧的铰接体7的相对高的垂直位置，在该位置车轮2通过车轮导向臂4可转动地铰接在车辆结构3上，所述轮毂马达会在加速过程中产生车辆结构3的不期望的向上运动，其原因是在加速过程中作用在车轮2和路面6之间的接触面上的力产生俯仰力矩，该俯仰力矩不完全由通过车轮地面接触点和铰接体的分力支承，并且它的其余的垂直分量通过车体悬架直接作用在结构并升高所述结构。在车辆结构3上的铰接体7的垂直位置越高，这种影响越大。
图2A和2B示出了根据本发明的车轮悬架9的侧视图和/或俯视图。图2A的侧视图进一步示出了车轮悬架9的两个运行位置，其中，第一运行位置是显示为相对于图2A的行驶方向F进一步向前的运行位置(在图2A中进一步向左)。进一步如图所示，车轮导向臂4——其在该实例中也配置为纵臂式车桥和/或悬架支柱的纵臂——在附接点8安装至铰接体10，其在该实例中配置为长形连接器。在根据本发明的车轮悬架9的图2A和2B所示的示例性实施例中，铰接体10通过配置为连接支柱的两个连接装置11在结构侧以铰接的方式连接至车辆结构3。两个连接支柱11和连接器10形成所谓的四连杆机构，其中，在不同情况下所述连接支柱11在结构侧以铰接的方式连接至车辆结构3并且连接器10以铰接的方式在远离结构处将两个连接支柱11连接在一起。传统的橡胶-金属接头(转动接头)和/或球形接头可用作车辆结构3和连接支柱11之间以及连接支柱11和连接器10之间的铰接连接件。进一步参照图2A中所示的两个运行位置可看出，车轮悬架9的铰接体10通过形成的四连杆机构相对于车辆结构3被可移动地安装。
在图2A中，可看出，瞬时旋转中心12——其由在当前运行位置中的两个连接支柱11的作用线的交叉点限定——在所示的示例性的实施例中总是位于低于附接点8的位置。在根据本发明的车轮悬架9的示例性的实施例中，这尤其归因于在结构侧的连接支柱11的铰接点的间距大于远离结构处的连接器10和每个连接支柱11之间的铰接点的间距。铰接体10相对于车辆结构3的运动可在任何时候被描述为关于瞬时旋转中心12的纯粹转动运动。
另外，在图2A和2B所示的根据本发明的车轮悬架9中，车轮导向臂4在附接点8通过可切换的转动接头被附接至铰接体10，其中，转动接头在第一切换位置是可转动的并且在第二切换位置在转动方面固定。在第一切换位置中，车轮导向臂4可因此关于附接点8自由转动。在第二切换位置中，扭转刚性单元因此形成并包含车轮导向臂4和铰接体10，其可仅关于瞬时旋转中心12转动，瞬时旋转中心12在本说明书中也表示铰接体10的虚拟支点。其结果是，在垂直方向中关于附接点8的相对高的支点和在垂直方向中相对低的支点12(瞬时旋转中心)之间有可能改变，视情况而定，以便根据机动车辆的当前的驾驶状态影响和因此改进车轮悬架9的驱动动力学。
尤其是，转动接头的第二切换位置(在图2A和2B所示的示例性的实施例中，其在转动方面固定)优选使用在当机动车辆通过驱动车轮2的电动轮毂马达(未示出)而加速时，因为此时位于底部的虚拟支点12(瞬时旋转中心)是用于包含在转动方面固定的车轮导向臂4和铰接体10的配置的实际支点。以这种方式，在通过轮毂马达加速的过程中，车辆结构3的升高——在根据现有技术的车轮悬架1的情况下即如此——被降低、完全避免甚至逆转为降低运动。在除了通过轮毂马达加速的所有其它情况下，例如，在机动车辆的制动或未加速行驶的过程中，转动接头在第一切换位置运行，在该位置中，其是可转动的。因此该运行位置的实际支点是在垂直方向中定位在相对高的位置的铰接体10上的车轮导向臂4的附接点8。这种状态示出在图2A所示的车轮悬架9的第二运行位置中(视图进一步向右)。
其结果是，驱动动力学可被改进，这不仅通过在由轮毂马达引起的机动车辆的加速过程中，将转动接头切换至在转动方面固定的第二切换位置，完全避免或至少减少车辆结构的升高，而且通过在机动车辆的所有其它驾驶状态中将转动接头切换至第一可转动的切换位置，在该驾驶状态中，关于附接点8较高的支点是在铰接体10上的车轮导向臂4的实际支点，并且驱动动力学可通过能够在碰撞影响和制动过程中逆向于行驶方向F移动的车轮2而被改进，如从图2A中的第二操作位置可见的，其示出了在制动过程中的机动车辆的状态。在逆向于行驶方向F的制动过程中，在图2A中所示的以铰接的方式通过连接支柱11悬挂在车辆结构3上的铰接体10的运动额外地辅助了该行为。
图3示出了图2A的根据本发明的车轮悬架9的侧面细节。在该视图中举例说明了表示根据铰接体10的运动的瞬时旋转中心12位置的瞬时旋转中心曲线13。如图3可清楚地看到，针对铰接体10所显示出的运动序列的瞬时旋转中心12改变其垂直位置但总是保持低于铰接体10上的车轮导向臂4的附接点8。
上述根据本发明的车轮悬架并不限于在此公开的实施例，但也包含具有相同功能的进一步的实施例。因此，在尤其简单的实施例中，可通过在转动方面固定的在车轮导向臂和铰接体之间的整体连接，来实现车轮导向臂至铰接体的附接。因此在该实施例中，在特定驾驶状态中，例如，制动和对由车轮悬架保持的车轮的碰撞影响中，车轮悬架的优点不存在，但在通过驱动车轮的轮毂马达加速的过程中车辆结构的升高在任何情况下被减少、完全避免甚至逆转为降低运动。此外，如图所示的四连杆机构的几何形状自然不限于所示的几何形状。相反，通过铰接体和/或连接器以及连接装置和/或连接支柱的可选长度和/或通过车辆结构和连接器上的单个的铰接点的位置，可以有针对性地设置瞬时旋转中心的位置。例如，可以设想通过四连杆机构的几何特征的适当选择以固定瞬时旋转中心总是高于铰接体上的车轮导向臂的附接点，以便以这种方式进一步加强车轮悬架的在此提及的刚性的驱动动力学特性，该车轮悬架的车轮导向臂在车辆结构上具有相对高的虚拟铰接点。为此，例如，在结构侧的连接支柱的铰接点的间距可以选择小于连接器和每个连接支柱之间的铰接点的间距。而且，甚至还可以设想结合附图中所描述的四连杆机构的两个连接支柱，以形成一个单元，即，形成一个连接装置，只要其自身是灵活的。优选地，这种连接装置将由复合材料制造，在本发明的意义中，连接装置能够提供铰接体相对于车辆结构的移动。
在优选的实施例中，根据本发明的车轮悬架被用于在机动车辆的扭转梁式车桥或纵臂式车桥和/或悬架支柱上的车轮的可转动地安装，其中，车轮通过电动轮毂马达驱动。

Claims (8)

1.一种用于具有车辆结构(3)的机动车辆的后桥的车轮(2)的车轮悬架，包含将车轮(2)可转动地安装于远离结构的车轮导向臂(4)，所述车轮导向臂在结构侧在附接点(8)附接至铰接体(10)，
其特征在于，
铰接体(10)通过至少一个连接装置(11)连接至车辆结构(3)并且相对于车辆结构(3)被可移动地安装，以及车轮导向臂(4)在附接点(8)通过可切换的旋转接头附接至铰接体(10)，其中，旋转接头在第一切换位置是可转动的并且在第二切换位置在转动方面固定。
2.根据权利要求1所述的车轮悬架，
其特征在于，
当使机动车辆加速时，旋转接头位于在转动方面固定的第二切换位置，否则所述旋转接头位于第一可转动的切换位置。
3.根据权利要求1或2所述的车轮悬架，
其特征在于，
在铰接体(10)相对于车辆结构(3)的运动过程中，铰接体(10)的瞬时旋转中心(12)并不位于铰接体(10)上的车轮导向臂(4)的附接点(8)。
4.根据权利要求1所述的车轮悬架，
其特征在于，
提供配置为连接支柱的两个连接装置(11)，所述连接装置在不同情况下在结构侧以铰接的方式连接至车辆结构(3)，其中，铰接体(10)配置为以铰接的方式将两个连接支柱(11)远离结构处连接在一起的连接器。
5.根据权利要求4所述的车轮悬架，
其特征在于，
在结构侧的连接支柱(11)的铰接点的间距大于远离结构处连接器(10)和每个连接支柱(11)之间的铰接点的间距。
6.根据权利要求1所述的车轮悬架，
其特征在于，
车轮导向臂(4)是纵臂。
7.根据权利要求6所述的车轮悬架，
其特征在于，
纵臂(4)是机动车辆的扭转梁式车桥或纵臂式车桥的一部分。
8.根据权利要求1所述的车轮悬架，
其特征在于，
车轮(2)通过轮架安装在车轮导向臂(4)上，其中，轮毂马达支承在轮架上或车轮导向臂(4)上，以用于驱动车轮。
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