CN1048006A - 车轮悬挂装置 - Google Patents

Abstract

一种汽车车轮弹性悬挂装置，它包括一个横向伸出板簧，板簧的两个自由端靠近备轮支架转向节，一个挠性夹箍将板簧的自由端与备轮支架转向节互连在一起，这样，弹簧上质量就会通过在夹箍的可挠曲平面内具有接近零刚度的挠性夹箍传递到车轮上。一种借助在夹箍的各层之间插入垫片来补偿夹箍垂直侧壁长度变异的方法。

Description

本发明涉及用于机动车辆，例如小客车，的悬挂装置。更准确地说，本发明是涉及适用于小客车后轮的悬挂装置，但是本发明也可以应用于其它类型的机动车辆。

采用一个或多个横向板簧的汽车悬挂系统是人们所熟知的，而且这种系统可使每个与它相连的车轮都能独立运动。自从前轮驱动的汽车问世以来，使每个后轮都能独立地运动是有好处的。在最广泛应用的汽车悬挂系统中，回弹能力通常是由螺旋弹簧提供的，该螺旋弹簧在支臂与远离支臂枢轴位置的汽车结构之间工作。这种采用螺旋弹簧的设置方案所存在的缺点是，车辆车轮附近的结构设计时必须留有足够的空间以容纳螺旋弹簧并要承受在弹簧与车辆结构连接处所产生的载荷。本发明采用整体板簧结构方案，从而避免了在现有技术中采用螺旋弹簧悬挂系统所带来的缺点。

现有技术具有各种各样的已经应用于某一种型式车辆上的悬挂系统。概括地说，大多数现有技术的装置在车轮与其弹簧承载系统之间提供了比较刚性的连接。

本发明是对1981年8月4日授予窝尔内勃兰特（Vernon    Brandt）的题目名称为“弹簧悬挂装置”（Spring    Suspension）的美国专利4，281，851号中所示和描述的车辆弹簧悬挂系统的改进。上面引述的专利示出一种用于将一弹簧元件安装到一轮轴组合件和车辆车身上的弹簧悬挂系统。更具体地说，车辆的每个后轮是由一个与车辆底盘纵向对正的单片板簧支承着。一个中心立轴及其相关的悬挂附件设置在用于安装后轮的板簧的中心位置。如同美国专利4，281，851号中图1所示的那样，板簧3的前端具有一个垂直于板筑3的纵向长度的竖 直悬臂端部5。竖直对正的端部5对一个螺接在车辆底盘上的前支座起承力作用，这样可使前，后轮载荷传递到车身上。板簧3的前端搁置在一个由前支座携带的横向对正的螺栓上。板簧3的后端则支承在一个由后支座携带着的横向对正螺栓上。这样，后支座及其相关的横向对正螺栓只承受由板簧3的后端施加在其上的垂直载荷。

本发明的结构与上述在每个弹簧的前，后端部采用枢轴连接以便于弹簧拆卸和维修的结构不同。本发明涉及的是一种刚性断开结构，因此车辆将具有优良的工作性能。

在1986年10月28日授予窝鲁特斯凯勃等人（Walter    Schaibleetal）的题目为“车轮悬挂装置”（Wheel    Suspension）的美国专利4，619，466号中，示出并介绍了一种采用横向定向板簧的汽车车轮悬挂装置。该板簧是由纤维复合材料制成并且特别适用于前轮悬挂系统。该板簧位于两横向支臂之间，支臂安装在一备轮支架机构上。该板簧的自由端是用一弹性衬垫夹夹紧在备轮支架机构上。当板簧的自由端发生弯曲时，板簧将沿横向相对其夹子支承机构移动。但是，该夹子不仅会使板簧随它一起作垂直运动，而且会使板簧随它一起转动。这样，板簧的自由端就施加有一扭矩。在美国专利4，619，466号中所述的板簧不仅必须支承着弹簧上质量，而且还必须承受随着车轮产生的旋转运动而纵向施加在其上的弯曲载荷。

本发明对上述悬挂系统的改进在于：几乎没有扭矩传递到弹簧的自由端。设置在弹簧端部的附属装置能够使该弹簧支持着弹簧上质量，同时还能够在所需要的各平面内具有要求的柔度。

在1986年9月30日授予都纳鲁生G.朗丁等人（DonaldG.Landinetal）的题目为“带高度调整机构的汽车车轮”（Vehiele    Wheel    with    Height    Adjustment）的美国专利4，614，359号中提出了一种附加弹簧支承设想。将一横向板簧置于汽车后部的汽车弹簧上质量与 弹簧下质量之间。该板簧是由复合材料，例如由玻璃纤维增强的树脂制成并设置在一对侧向控制臂之间。两控制臂是以枢轴连接在汽车底盘上，此外还连接在备轮支架转向节上。车轮的稳定性是通过一个以其一端安装在底盘上而以其另一端安装在备轮支架转向节上的牵引杆进一步得到保证的。板簧的端部终止于支架转向节的邻近处，并在该处搁置在由支架转向节携带着的一螺栓上。螺栓杆部可进行调整，从而可使板簧的端部相对于转向节升高或下降。当汽车的弹簧上质量借助该调整螺栓升高或下降时，就可对汽车的高度或方位进行合适的调整。板簧的两个悬臂端除了垂直载荷外不承受其它载荷而板簧上会产生一定的扭矩，这是因为与板簧一端的下侧上的支承螺栓相接触产生的。

本发明的弹簧支承设想与上面所述弹簧支承系统的不同点在于弹簧的端部携带着汽车的弹簧上质量，与此同时，当弹簧下质量与弹簧上质量发生相对运动时，除了在弹簧内引起弯曲外，轮子的颠簸对弹簧几乎不发生影响。

本发明提供一种用于两侧各有一个支臂的汽车的一对轮子的悬挂装置。每个支臂以其一端连接在汽车上，而两支臂的自由端能沿垂直方向作不受约束的运动。一个弹性机构将两支臂的自由端互连到备轮支架结构上。

本发明的板簧最好是由复合材料，即纤维增强塑料制成。这样制成的板簧所具有的优点是重量轻，为此复合材料板簧是人们熟知的。由于材料可以选择，该板簧可以设计成能够满足各种特定汽车的悬挂装置的要求，特别是能满足诸如沿弹簧长度变厚度或变宽度等各种参数变化的要求。采用纤维增强塑料的板簧能够使整个弹簧重量减轻。

用一个最好形成闭环的挠性夹箍将板簧的两个自由端部都联接到邻近的备轮支架结构上。该夹箍主要是在板簧与备轮支架结构之间起垂直悬挂作用。该夹箍设计成一种重量轻，不须经常维修的连接机构，它不会使弹簧扭转，然而却可在需要的各平面内提供所要求的柔度。简单的高度调整机构以及能承受小扭矩或小转弯角度的能力也都是本发明的特征。

本发明的第一目的是提供一种具有所要求的弹性，而且结构简单，制造成本低的汽车车轮悬挂系统。

本发明的目的之二是提供一种弹簧与车轮悬挂装置之间的互连机构，它能根据车轮的运动方向和位移量改变其柔度。

本发明的目的之三是考虑通过弹簧与车轮悬挂组合件之间的互连机构来进行汽车平衡高度的调整。

本发明的目的之四是提供一种能够对弹簧施加最小量扭矩的复合结构的附属装置。

本发明的目的之五是对应用于汽车悬挂系统的构件进行简化并减少零件数目。

本发明的目的之六是提供这样一种弹簧支承夹箍，它在一个方向上具有很高的刚度，而在其他方向上则几乎没有初始刚度。

本发明的目的之七是提供一种能够提高弹簧使用寿命的复合材料弹簧附属装置。

本发明的目的之八是提供一种不需拆去弹簧与备轮支架结构之间的互连机构的汽车平衡调整装置。

本发明的其它目的和优点将通过下面的叙述和所附权利要求而更形明白。在下面各附图中用相同的标号表示相同的零件。

图1是汽车左后轮的透视图，示出了板簧与备轮支架组合件之间的互连机构;

图2是一个下控制臂与一个板簧之间的互连机构的局部透视图;

图3是本发明所采用的挠性环或挠性夹箍的剖视图;

图4是下控制臂，夹箍和若干调整夹片的局部侧视示意图;

图5是板簧与邻近的备轮支架结构之间的挠性环连接器的一种变异体的剖视图;

图6是板簧与备轮支架结构之间的夹箍连接器的另一变异体的剖视图;

图7是一个在其垂直侧壁内带有调整楔块的套筒式夹箍的剖视图。

应当能够理解到，本发明并非局限于各附图所述各种零件的具体结构和布置方案，因为本发明是能够在权利要求范围内以各种不同的方式来实施或实现其它一些实施方案的。还应当能够理解到，本说明书所用的名词和术语是为了描述本发明而不是为了限制本发明。

现参看各附图，特别是参看图1，该图是从汽车的后面观察的汽车左后轮的透视图。整个车轮组合件以标号10表示。一纵向轴线12从汽车的前面伸向汽车的后面，整个车轮组合件10就安装在车上。正如大多数汽车共有的那样，一条横向轴线14沿垂直于纵向轴线12的方向伸展。如图所示，横向轴线14与汽车车轮的转动轴线重合。一备轮支架转向节16以悬臂形式从转向节轴18向外伸出，转向节轴18适用于安装例如以标号20表示的车轮。转向节轴18是与汽车的纵向轴线12相垂直的。通过将一种马克弗尔逊（MacPherson）抗震支柱安装在支架转向节16上并将其另一端安装在汽车底盘上来增强整个悬挂装置是各类汽车常用的方法，但图中未示出。此外，支架转向节16还以枢轴安装在汽车底盘上，因此其最大程度的运动可以发生在垂直方向上。该抗震支柱并非用作汽车承重装置，而是减弱车轮20在道路表面转动时造成的颠簸运动。汽车的主要质量，有时称为弹簧上质量，是由一个或多个通常设置在汽车每个轮子处的弹簧构成的弹簧装置支承着。图1示出了一个平行于整个车轮组合件10的横向轴线14定位的板簧22。对本发明来说，板簧22可以由钢制成，或者可以由嵌镶在聚酯或环氧树脂中的单向玻璃纤维这样的复合纤维增强塑料制成。通常，板簧22的长度要制成能横跨汽车的宽度。在板簧22的初始铺层和模压过程中，应在该板簧22中制出一微小的弯度。该弯度有助于抵消弹簧上质量的作用。为简化结构起见，图1中所示板簧22在其全长上具有等截面面积，但是也可以采用变宽度和变厚度弹簧。板簧22是固定在靠近汽车纵向中心线的汽车底盘上（未示出）。板簧22的两端部24朝车轮20方向悬伸。由图1可以看出弹簧端部24终止于离支架转向节16不远的部位上。支架转向节16通常是借助一个或多个保持车轮20沿着纵向轴线12行驶的支柱联接在汽车上。支架转向节16还具有一作为其一整体部分附在其上的悬臂支承板26。支承板26具有一大致平展的上表面，尽管对本发明来说采用圆柱形曲表面也能同样好地工作。在支承板26的端部制出一竖直的缘边或凸缘28。

支架转向节16和板簧22的端部24的部体几何形状要这样确定，以使端部24位于支承板26的下方并与它隔开一定距离。板簧22的端部24应在横向与支架转向节16隔开一定距离，以便两者不存在相互干扰。

夹箍30的设置要使其能包封着弹簧端部24和支承板26。夹箍30绕过支承板26的上表面和弹簧端部24的下表面。该夹箍是由沿着闭环方向上采用连续的纤维增强的挠性合成橡胶材料制成的。在夹箍30中所用的合成橡胶可以采用诸如橡皮，聚氨基甲酸（乙），酯这样的材料或其它挠性材料构成，只要这些材料能够抵抗在汽车使用环境中可能遇到的各种溶剂的损害。纤维增强材料可以由诸如象酰胺纤维这样的尼龙，凯夫拉尔，或单向玻璃纤维构成。

从一由上面观察的平面视图中可以看出，板簧22具有较好的刚度，这样会对一个在纵向上柔顺的悬挂装置带来不希望有的刚度。尽管板簧22能够提供垂直方向的弹力，但它不应在整个车轮组合件10上产生其它的刚度效应。挠性夹箍30可提供合适的垂直刚度和强度，但在其它方向上则几乎不存在初始刚度。当在支承板26与弹簧端部24之间出现沿纵向轴线12的位移时，该夹箍在纵向平面内的刚度将随着位移量的增加而逐渐提高。由于夹箍30具有一定柔度，所以支承板26与弹簧端部24之间可以发生少许的位移。

夹箍30的设置要使其垂直的两侧基本相等。因此，当支承板26与弹簧端部24之间产生相对运动时，夹箍30将呈现平行四边形的构形，从而使弹簧端部24的平展表面总是与纵向伸展的支承板26保持平行，由此可防止在板簧22上施加一扭转载荷。夹箍30的总体挠性应是这样的，即它要起一个方向接头的作用，以便允许它与支架转向节16之间发生一个小的转向角度。

图2是车轮的下控制臂32与板簧22之间的互连机构的局部透视图，它示出挠性夹箍悬挂设想的另一种实施方案。控制臂直接设置在板簧22的上方，而夹箍30的设置应使其将控制臂32和弹簧端部24两者都约束在其中。为了防止夹箍30滑离其原始安装位置，控制臂32的上表面34上制有一个以标号36表示的突起部分。在夹箍30的两侧都设有突起部分36，从而可提供阻止夹箍30沿横向滑移的阻力。在通常使用中，控制臂32是以枢轴安装在整个车轮组合件10的支架转向节16上。

图3是本发明所采用的夹箍30的截面端视图。夹箍30适于采用连续的管形件作为其初始坯料，然后可以按照要求的长度截断。增强材料的最佳设置方向是使其对准夹箍30的闭环方向。从管形材料的长度上截取单个夹箍30的切割作用对于沿闭环方向伸展的增强材料的影响极小。作为连续管形坯料制作方法的替换型，单个夹箍30所要求的构形，包括图中所示的圆角部分都可以用模制法制出。为了提供不同程度的可调性，夹箍30可以制成如虚线38所示各种尺寸的夹箍。

图4是带有处于工作状态的夹箍30的下控制臂32的局部示意侧视图。在绝大多数情况下，控制臂32是由钢锻件那样的金属件制成，因此有可能在其上形成一个是其一整体部分的突起部36。尽管在理论上象这种汽车那样的车辆是对称于纵向轴线的，但在实际上，由于汽车各部件都有制造和装配的容许公差，所以从汽车的这一侧到其另一侧之间存在尺寸变化。因此，在装配过程中经常需要在关键部位放置垫片40。图4示出一个垫片40插在控制臂32上表面34与夹箍30的内上表面42之间。垫片40具有弯边44，该弯边正好与控制臂32的突起部分36相配合。由于垫片40的弯边44相对于其主体部分所成夹角小于90°，所以垫片40可以层叠在一起，从而可以在同一部位上采用多个垫片40。一旦将垫片40安装上之后，汽车的弹簧上质量就在板簧22上施加一个将垫片40锁紧在其位置上的向下作用力。

图5是本发明的一个实施例的截面剖视图。支承板26设置在图5的顶部，而板簧22位于图5的底部。带箍46位于并安装在支承板26的垂直边缘48上。同样，带箍46安装在板簧22的垂直边缘50上。带箍46可以由管形结构构成，然后在安装过程中将它压扁。带箍46并非必须用管形结构构成，因为对本发明的用途来说，一个整体的具有单一厚度的带箍46同样能很好地工作。为了保持带箍46的结构完整性，将若干刚性安装板52置于扁平带箍46的各端层之间。带箍46和所夹住的安装板52通过多个螺栓54固定在支承板26和板簧22上。上面所述带箍组合件通用性好，因为根本不需拆卸整个车轮组合件10即可对其进行安装和维修。成对的带箍组合件可以借助下面所述的调整装置进行精确的协调。

图6是本发明另一实施例的截面剖视图。支承板26和板簧22彼此隔开一定距离，利用一个或多个螺栓54将一吊环56安装在支承板26的一个垂直边缘48上。吊环56绕过板簧22的底部形成一闭环，然后利用螺栓54固紧在支承板26的另一垂直边缘48上。这样就可以避免在板簧22内使用螺栓。在板簧22是由非金属复合材料制成的情况下，这种结构形式尤为重要。在吊环56的各顶部边缘上采用了前面所述的安装板52。吊环56可以利用下面结合图7所描述的方法进行调整。

图7是一个套筒式夹箍的截面剖视图，该夹箍带有用于对夹箍装置的每个自由竖直支柱进行调整的调整装置。外夹箍58套装着一个套筒式内夹箍60。内，外夹箍58和60的各长度参数都是特定的，以便夹箍58和60之间的整个公共表面是相互接触的。由内外夹箍58和60所形成的组合件是置于图1所示单一夹箍30的安装位置上。

为了调整夹箍58和60的配合状态，以适应板簧22与支承板26之间各种间隔的情况，将一个最好是由合成橡胶制成的垫块62置放在内、外夹箍58和60之间。垫块62置于夹箍58和60的垂直范围，即跨于支承板26与板簧22之间那段距离的中间部位。垫块62可以是变厚度的，从而可以补偿支承板26与板簧22之间可能存在的不平行度。图6所示吊环56和图5所示带箍46的上述调整方法也都可以借助垫块62进行调整。板簧22的向下作用力可使带箍46，吊环56和套筒式夹箍58和60的垂直支柱贴压在一起，从而将垫块夹紧。作为预防垫块偶尔发生横向窜动的附加措施，可以采用粘结剂或者可以设置如铆钉（未示出）那样的紧固件。

在如图1的示板簧22的安装过程中，将夹箍30滑过每个板簧端部24并将板簧22固定在汽车底盘上。将支架转向节16安装好之后，接着借助夹紧装置或千斤顶装置将弹簧端部24移向支承板26。然后将夹箍30推向其正确位置，随后缓缓地松开施加在弹簧端部24与支承板26之间的收紧力。

本发明在其结合一车辆的工作过程中，提供了一种新的和新颖的车轮悬挂装置。更详细地说，以前端安装的发动机作动力的汽车可以采用独立的后轮悬挂系统。当车轮上升和下降时，夹箍30、带箍46、吊环56和套筒式内、外夹箍58和60中的每一个都可确保板簧22有横向 运动而不会对悬挂特性产生不利的影响。而且当后轮凹入时，夹箍30也会随着运动而不对板簧22施加过大的弯曲和扭转力矩。

虽然上面所述的发明是结合车辆的非转向轮进行描述的，但它也能应用于转向轮。本发明也可应用于非机动车，即挂车或半挂车以及动力机动车。

应当理解到，本发明并非局限于上述实施例，在不违背本发明权利要求范围的条件下，熟悉本专业技术的人员可以很容易地作出本发明的各种改变型和改进型。

Claims (21)

1、一种用于控制带车轮和底盘的汽车的备轮支架组合件的运动的汽车悬挂结构，其特征在于它包括：

至少一个以枢轴安装在上述汽车底盘的一部位上的备轮支架转向节；

一个与上述至少一个备轮支架转向节形成整体结构的转向节轴，所述转向节轴基本上水平地设置于上述汽车底盘的横向上，上述车轮中的一个安装在该转向节轴上以便按比例分担该汽车质量的一部分；

一种支承装置连接在上述至少一个备轮支架转向节上，并由该转向节伸出以承受在基本垂直的方向上所施加的载荷；

一个板簧在靠近上述至少一个备轮支架转向节处沿上述汽车的横向伸出；

一种弹性装置，它将上述支承装置和上述板簧的一端互连在一起，由此使上述汽车弹簧上质量的一部分以弹性状态传递到上述车轮中的一个上。

2、一种用于控制带有车轮和底盘的汽车备轮支架组合件的运动的汽车悬挂结构，其特征在于它包括：

至少一个以枢轴安装在上述汽车底盘的一部位上的备轮支架转向节;

一个与上述至少一个备轮支架转向节形成整体结构的转向节轴，所述转向节轴基本上水平地设置于上述汽车底盘的横向上，上述车轮中的一个转动地安装在该转向节轴上，以便按比例分担该汽车质量的一部分;

一种支承装置，它连接在上述至少一个备轮支架转向节上并沿基本上水平的方向从该转向节伸出以承受在基本垂直的方向上所施加的载荷;

一个板簧在靠近上述至少一个备轮支架转向节处沿上述汽车的横向伸出;

一个带有多个承载构件的弹性装置，它将上述支承装置和上述板簧的一端互连在一起，由此使上述汽车弹簧上质量的一部分以弹性状态传递到上述车轮中的一个上。

3、一种用于控制带有车轮和一个底盘的汽车备轮支架组合件的运动的汽车悬挂结构，其特征在于它包括：

至少一个以枢轴安装在上述汽车底盘的一部位上的备轮支架转向节;

一个与上述至少一个备轮支架转向节形成整体结构的转向节轴，所述转向节轴基本上水平地设置于上述汽车底盘的横向上，上述车轮中的一个转动地安装在上述转向节轴上以便按比例分担上述汽车质量的一部分;

一种支承装置，它连接在上述至少一个备轮支架转向节上并从该转向节沿基本上水平的方向朝着上述汽车中心横向伸出，以便承受在基本上垂直方向所施加的载荷;

一个板簧安装在上述汽车底盘上，并在靠近上述至少一个备轮支架转向节处沿上述汽车的横向伸出;

一个带有多个承载构件并处于基本垂直方位上的弹性装置，该弹性装置将上述支承装置与上述板簧的一端互连在一起，以便使上述汽车弹簧上质量的一部分以弹性状态传递到上述车轮中的一个上。

4、如权利要求3所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的支承装置刚性地连接到上述至少一个备轮支架转向节上。

5、如权利要求3所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的支承装置包括一个带有一平展外形的上表面和一悬臂自由端的支承板。

6、如权利要求5所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的上表面的外形是曲面的。

7、如权利要求6所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的支承板在其悬臂自由端的末端处还包括一个竖直的凸缘。

8、如权利要求3所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的支承装置是以枢轴安装在上述至少一个备轮支架转向节上。

9、如权利要求3所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的支承装置还包括一个控制臂，该控制臂带有平展外形的上表面。

10、如权利要求9所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的控制臂还包括在其上述上表面上带有隔开一定距离的两突起部分。

11、如权利要求5所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中至少一个垫片是设置在上述弹性装置与上述支承装置的上表面之间。

12、如权利要求3所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的弹性装置包括一个具有等厚度的连续夹箍。

13、如权利要求12所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的连续夹箍环绕着上述支承装置的上表面和上述板簧一端的下表面。

14、如权利要求3所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的弹性装置包括两个各自叠合在一起的连续夹箍。

15、如权利要求14所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的支承装置还包括一个第一边缘部分和一个在上述第一边缘部分对面的第二边缘部分;而且其中所述的板簧还包括一个第一边缘部分和一个位于上述第一边缘部分对面的第二边缘部分;而其中所述的两个连续夹箍的每一个都是分别安装在上述支承装置的所述第一和第二边缘部分的一个上以及分别安装在上述板簧的所述第一和第二边缘部分的一个上。

16、如权利要求3所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的弹性装置包括一个叠合在一起的连续夹箍以便形成两个在它们之间带有一中间部分的端部。

17、如权利要求16所述的汽车悬挂结构，其特征在于其中：

所述的支承装置还包括一个第一边缘部分和一个位于该第一边缘部分对面的第二边缘部分;

所述两端部的一端安装在上述支承装置的所述第一和第二边缘部分的一个上;

上述两端部的另一端安装在所述第一和第二边缘部分的另一个上;

上述连续夹箍的所述中间部分环绕着上述板簧的下表面。

18、如权利要求3所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述弹性装置包括两个连续夹箍，一个套在另一个里面。

19、如权利要求18所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的两个连续夹箍环绕着上述支承装置的上表面和上述板簧的下表面。

20、如权利要求19所述的汽车悬挂结构，其特征在于：它还包括若干高度调节垫片，它们设置在上述两个连续夹箍之间的空隙内的至少一个部位上。

21、如权利要求12所述的汽车悬挂结构，其特征在于：其中所述的连续夹箍是由纤维增强合成橡胶复合材料制成的。