CN104875566B - 集成5-连杆独立悬架系统 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车辆的5‑连杆独立悬架系统可以包括转向节和沿单一轴线延伸的纵向连杆。纵向连杆可以连接到转向节和配置为附接到车辆的车架纵梁。悬架系统可以进一步包括连接到转向节和配置为附接到纵向连杆的集成连杆。

Description

集成5-连杆独立悬架系统

技术领域

本发明总体上涉及机动车辆的悬架系统。更具体地，本发明涉及5-连杆独立后悬架系统。

背景技术

车辆的悬架系统在用来将车辆的乘员与道路表面的不平顺隔离和帮助在车辆操作过程中通过管理车轮到车身的相对位置来控制车辆的稳定性这两个方面起着至关重要的作用。悬架系统分成两个主要类别，非独立的和独立的，该术语其指的是相对的车轮(即，在同一车桥上的车轮)彼此独立地移动的能力。一般而言，采用非独立悬架，一个车轮的运动影响相对的车轮的定向。另一方面，独立悬架，允许一个车轮自由地和不被相对的车轮阻碍地移动，从而允许车轮对道路表面上的隆起和下沉单独地作出反应。例如，独立的后悬架(IRS)允许车辆的后轮独立地弹起。

IRS系统还可以采取各种形式，包括，例如，双横臂悬架，多连杆悬架，和集成连杆悬架(integral link suspension)。例如，双横臂悬架，具有两组横向“A”臂(其一般称为上下控制臂)以及支臂连杆。每个控制臂具有至车身的两个附接件和至转向节(或车轮架)的单一附接件。在每侧的三个转向节附接件(上臂，下臂，和支臂连杆)确立每个车轮的平面和控制外倾角和前束角，同时对车轮荷载作出反应。每侧与用来独立地隔离每个车轮到道路表面的反作用的另一侧隔离。

双横臂独立悬架的更精确的形式是多连杆悬架，其在概念上是将每个“A”臂的结构性能分离成两个拉伸/压缩连杆。因此，传统5-连杆悬架系统可以认为是将上控制臂分离成上纵向连杆和外倾角连杆，将下控制臂分离成下连杆臂和弹簧连杆，及保留支臂连杆。每个连杆的方向和长度控制悬架的几何性能以及当车轮力反作用时连杆荷载的大小。

集成连杆悬架通过下控制臂，外倾角连杆和支臂连杆连接转向节到隔离的副车架上。转向节通过枢轴点直接连接下控制臂和通过附加连杆(集成连杆)间接地连接下控制臂。例如，集成连杆可以从纵向平顺性中分离后倾角平顺性，从而防止对纵向连杆和控制锋(control blade)的需求。因此，集成连杆后悬架在车轮回退速率方面比传统的5-连杆悬架更柔软，在后倾角刚度方面比传统的5-连杆悬架更硬，并且允许较低的后车身横梁包装用于增加的内部容积(因为上纵向连杆消除)。因此，与传统5-连杆悬架相比，集成连杆悬架可以提供在巡航内部噪声上大量的减少，同时也显著提高撞击声振粗糙度和余震，同时不影响车辆操纵。

尽管集成连杆悬架系统比传统5-连杆悬架系统具有各种优势，但是典型地传统集成连杆悬架的成本和重量显著高于5-连杆悬架(其利用相对轻和便宜的二力构件的创建)，经常使得它的使用不适宜于标准应用。

因此，这可能是有利的，提供一种IRS系统，其功能像集成连杆悬架系统(其提供集成连杆系统对传统5-连杆系统的优势)，同时具有与传统5-连杆系统相似的成本和重量。

发明内容

根据各种示例性实施例，本发明提供一种用于机动车辆的5-连杆独立悬架系统。根据本发明的各种实施例，5-连杆独立悬架系统可以包括转向节和沿单一轴线延伸的纵向连杆(trailing link)。纵向连杆可以连接到转向节和配置为附接到车辆的车架纵梁。悬架系统可以进一步包括连接到转向节和配置为附接到纵向连杆的集成连杆(integrallink)。

根据本发明的一个实施例，其中转向节配置为设置在车辆后轮的内部空间内。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

连接到转向节的外倾角连杆(camber link)；

连接到转向节的支臂连杆(toe link)；以及

连接到转向节的弹簧连杆。

根据本发明的一个实施例，其中外倾角连杆，支臂连杆，弹簧连杆，纵向连杆，以及集成连杆中的每个在每个它们各自端部处具有球形接头或橡胶衬套。

根据本发明的一个实施例，其中外倾角连杆，支臂连杆，弹簧连杆，纵向连杆，以及集成连杆的每个包含拉伸/压缩连杆。

根据本发明的一个实施例，其中弹簧连杆支承垂直荷载。

根据本发明的一个实施例，其中外倾角连杆，支臂连杆，以及弹簧连杆配置为当悬架系统在使用中时相对于机动车辆的纵轴线实质上横向设置。

根据本发明的一个实施例，其中纵向连杆和集成连杆配置为当悬架系统在使用中时相对于机动车辆的纵轴线实质上纵向设置。

根据本发明的一个实施例，其中集成连杆配置为当悬架系统在使用中时从车轮回退速率(wheel recession rate)中分离后倾刚度(caster stiffness)。

根据本发明的一个实施例，其中集成连杆配置为当悬架系统在使用中时阻碍转向节的旋转。

根据本发明的一个实施例，其中纵向连杆连接到转向节的下端，集成连杆在纵向连杆上方连接到转向节上。

根据本发明的各种附加实施例，一种用于机动车辆的5-连杆独立悬架系统可以包括设置在车辆后轮的内部空间内的转向节。悬架系统还可以包括纵向连杆，其连接到转向节的下端并且沿着转向节和车辆的车架纵梁之间的单一轴线延伸。悬架系统可以进一步包括集成连杆，其在纵向连杆上方连接到转向节上和在转向节和纵向连杆之间延伸。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：

连接到转向节的外倾角连杆；

连接到转向节的支臂连杆；以及

连接到转向节的弹簧连杆。

根据本发明的一个实施例，其中外倾角连杆，支臂连杆，弹簧连杆，纵向连杆，以及集成连杆的每个在每个它们各自的端部具有球形接头或橡胶衬套。

根据本发明的一个实施例，其中倾角连杆，支臂连杆，弹簧连杆，纵向连杆，以及集成连杆的每个包含拉伸/压缩连杆。

根据本发明的一个实施例，其中弹簧连杆支承垂直荷载。

根据本发明的一个实施例，其中外倾角连杆，支臂连杆，和弹簧连杆相对于机动车辆的纵轴线实质上横向设置。

根据本发明的一个实施例，其中纵向连杆和集成连杆相对于机动车辆的纵轴线实质上纵向设置。

根据本发明的一个实施例，其中集成连杆配置为从车轮回退速率中分离后倾刚度。

根据本发明的一个实施例，其中集成连杆配置为阻碍转向节的旋转。

本发明额外的目的和优点将在下面的描述中部分地陈述，并且从描述中将部分地显而易见，或可以通过本发明的实践而得知。本发明的目的和优点将通过在所附的权利要求中特别指出的元件和组合实现和获得。

应当理解的是，前述的一般描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的和说明性的，并不限制如权利要求保护的本发明。

并入和构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例以及连同说明书一起用来解释本发明的原则。

附图说明

至少一些特征和优点从下面与此一致的实施例的详细描述中将显而易见，其描述应当参照附图进行考虑，其中：

图1是传统5-连杆后独立悬架系统的透视图；

图2是根据本发明的集成5-连杆后独立悬架系统的示例性实施例的透视图；

图3是将根据本发明建模的集成5-连杆后独立悬架系统的后倾平顺性(castercompliance)与建模的传统5-连杆和集成连杆后独立悬架系统的后倾平顺性进行比较的曲线图；

图4是将建模的集成5-连杆后独立悬架系统的回退平顺性与建模的传统5-连杆和集成连杆后独立悬架系统的回退平顺性进行比较的曲线图；以及

图5是示出后倾角的车轮的示意图。

尽管下面的详细描述参考说明性实施例，但是其中的许多替换，修改和改变对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，意在广义地看待要求保护的主题。

具体实施方式

现在将详细地参考在附图中所示实例的各种实施例。各种示例性实施例并不旨在限制本发明。与此相反，本发明旨在包括替换，修改和等同物。

根据各种示例性实施例，本发明构思了一种用于机动车辆的后独立悬架(IRS)系统，其功能类似于传统集成连杆悬架系统，同时具有与传统5-连杆悬架系统相似的成本和重量。例如，本文描述的示例性实施例利用5-连杆悬架体系架构来采用5相对轻和便宜的二力构件，同时还可通过从车轮回退速率中分离后倾刚度来提高车辆的驾驶舒适性和噪声。例如，本文中描述的各种示例性实施例构思了一种5-连杆独立悬架系统，其包含从纵向平顺性(回退平顺性)中分离后倾平顺性的集成连杆，从而传递传统5-连杆悬架体系架构的转弯，操控，和转向性能，但又具有与传统集成连杆悬架体系架构的更舒适的悬架设计相关的纵向隔离。

正如通过那些本领域的普通技术人员理解的，参考机动车辆的车轮，后倾角是转向枢轴线从垂直面向前或向后倾斜的角度θ(见图5)，如从车轮的侧面观察。因此，后倾刚度(caster stiffness)指的是由于施加在轮胎与道路的接触面的前/后荷载(即，加速/制动力)导致的车轮的侧视卷绕刚度，或扭转刚度(应用的扭矩与扭转角的比率)。而且，后倾平顺性与后倾刚度相反，并且涉及当加速/制动力在接触面(位移/力)应用时转向轴线的转动位移。

车轮回退速率(wheel recession rate)指的是由于施加在车轮中心的前/后荷载(即加速/制动力)导致的车轮中心的刚度(力/位移)。回退平顺性，或纵向平顺性，因此与车轮回退速率相反，并且涉及当力应用在该方向(位移/力)时的车轮向后位移。

因此，如那些本领域普通技术人员将进一步理解的，耦合时，在车辆的悬架系统的回退平顺性和后倾平顺性之间存在固有的折中。一些纵向平顺性一般是期望的(例如，柔软的车轮回退速率)是为了给予悬架吸收相关联纵向力输入的能力，例如，与粗糙道路表面(例如坑槽)关联的纵向力输入。然而，相关联的后倾平顺性(即柔软的后倾刚性)一般是不希望的，因为它可以减少车辆转向的稳定性，由于转向轴线旋转，并且后倾角和后倾拖距(caster trail)(即，从转向轴线的接地截点到接触面中心的侧视水平距离)被减少。

图1说明了传统5-连杆IRS系统10的组件的示例性布置。IRS系统10包括下纵向连杆12，上纵向连杆14，外倾角连杆16，支臂连杆18，以及弹簧连杆20，它们都连接到转向节30。如通过本领域普通技术人员所理解的，下和上纵向连杆12和14构成纵向连杆机构，其用于纵向地定位车轮，并当IRS系统在使用中时，对牵引荷载和制动扭矩作出反应。如图1所示，在使用时，上下纵向连杆12和14在机动车辆(未示出)的车架纵梁22的包络线内，并且在转向节30和车架纵梁22(纵向连杆12和14也附接至车架纵梁22)之间延伸。如本领域普通技术人员可以进一步理解的，外倾角连杆16，支臂连杆18，以及弹簧连杆20构成IRS系统10的一部分，其中IRS系统的该部分10确立车轮平面取向并对垂直和水平荷载作出反应。

图2说明了根据本发明的集成5-连杆IRS系统100的示例性实施例。与图1所示的传统5-连杆IRS系统10相似，IRS系统100包括纵向连杆112(相似于下纵向连杆12)，外倾角连杆116，支臂连杆118以及弹簧连杆120，其所有通过例如各自凸缘132，136，138，和140连接到转向节130。然而，不像传统的IRS系统10，根据本发明的IRS系统不具有上纵向连杆(例如，上纵向连杆14)，而是构思了使用在下纵向连杆和转向节之间定位的集成连杆。如图2所示，例如，在各种实施例中，IRS系统100包括集成连杆150，其通过例如凸缘134在纵向连杆112上方连接到转向节上。

在本发明的各种实施例中，例如，纵向连杆112，集成连杆150，外倾角连杆116，支臂连杆11以及弹簧连杆120的每个包含二力、拉伸/压缩连杆，其在其每个各自的端部具有各自的橡胶衬套113，115，117，119和121(例如，其在一端连接各自转向节130的凸缘132，134，136，138和140)。然而，本领域的普通技术人员理解的是，图2的IRS系统100仅仅是示例性的，因为连杆112，150，116，118，和120，以及连杆连接的转向节130可以具有各种替代的结构(即，形状和/或横截面)，长度，尺寸，和/或连接点，而不脱离本发明和权利要求的范围。在各种附加的实施例中，例如，弹簧连杆120也可以支承垂直荷载。在各种附加实施例中，集成连杆150可以在纵向连杆112下面连接到转向节130。而且，连杆112，150，116，118，以及120和转向节130可以配置为通过本领域普通技术人员公知的任何方法和/或技术来连接，并且不限制于图2所示的凸缘和衬套。在各种实施例中，例如，尽管未示出，但是连杆112，150，116，118，和120可以通过球形接头连接到转向节130。

根据本发明的各种示例性实施例，当IRS系统100在使用中时，转向节130配置为设置在机动车辆(未示出)后轮(未示出)的内部空间内。因此，如图2所示，当IRS系统100在使用中时，外倾角连杆116，支臂连杆118和弹簧连杆120配置为相对于机动车辆的纵向轴线(未示出)实质上横向设置，并且纵向连杆112和集成连杆150配置为相对于机动车辆的纵向轴线实质上纵向设置。

因此，如图2所示，当IRS系统100在使用中时，纵向连杆112通过凸缘132连接到转向节130的下端，并沿着转向节130和机动车辆的车架纵梁122之间的单一轴线延伸，以及集成连杆150定位为在转向节130和纵向连杆112之间延伸。因此，转向节130通过纵向臂112直接连接到车架纵梁122和通过集成连杆150间接地连接到车架纵梁122。如此，集成连杆150可以从车轮回退速率中分离与转向节130有关的后倾刚度，或卷绕刚度。在各种实施例中，例如，由于集成连杆150未连接到车架纵梁122，所以连接集成连杆150到转向节130的凸缘134的衬套115可以是刚性的，来阻止转向节130的旋转，而不影响悬架系统100吸收纵向力的能力。

如本文所使用的，术语“车架纵梁”指的是任何类型的车辆车架纵梁，包括但不限制于，形成机动车辆的底盘的主要结构的纵梁和形成附接到底盘的车架部分的副车架纵梁。

为了验证根据本发明的悬架系统的预期平顺性，根据本发明的集成5-连杆悬架系统，与参照图2上述所示和描述的IRS悬架系统100相似，其通过MSC的多体动力学(MBD)仿真软件在机械系统动力学自动分析(Adams)中建模。传统5-连杆悬架系统和传统集成连杆悬架系统也在机械系统动力学自动分析(Adams)中建模为了对比的目的。

图3是将建模的集成5-连杆后独立悬架系统的后倾平顺性与建模的传统5-连杆和集成连杆的后独立悬架系统的后倾角平顺性进行比较的曲线图。如图3所示，集成5-连杆悬架系统的后倾平顺性比传统的5-连杆悬架系统的后倾平顺性更硬(其提供了更好的车辆转向的稳定性)并且与传统集成连杆悬架系统相似。

图4是将建模的集成5-连杆后独立悬架系统的回退平顺性与建模的传统5-连杆和集成连杆的后独立悬架系统的回退平顺性进行比较的曲线图。如图4所示，集成5-连杆悬架系统的回退平顺性比传统5-连杆悬架系统的更柔和(其允许悬架系统来更好的吸收纵向力)和比传统集成连杆悬架系统的更硬。

因此，这是可以确定的，本发明的集成5-连杆悬架系统可以提供相对硬的后倾刚度和相对柔软的车轮回退速率，其中后倾刚度与传统集成连杆悬架系统相似(例如，在约10％内)，车轮回退速率是在传统集成5-连杆和集成连杆悬架系统(例如，在用于竞争性的集成连杆系统的调谐范围内)之间的某处的速率。根据本发明的集成5-连杆悬架系统，例如，可以比传统5-连杆悬架系统的后倾刚度硬约50％到约80％，车轮回退速率柔和约30％到约50％。

因此，根据本发明的集成5-连杆悬架系统可以有效地分离后倾和回退平顺性，从而提供相对轻和便宜的传统5-连杆悬架系统的转弯，操控，转向性能，但具有与昂贵的和重的集成连杆悬架系统相关的纵向隔离。根据本发明的集成5-连杆悬架系统可以，例如，比传统的集成连杆悬架系统的重量少约10％到约30％，以及制造成本少约10％到20％。

而且，与传统的集成连杆悬架系统相似，根据本发明的集成5-连杆系统不具有上纵向连杆，从而与传统的5-连杆悬架系统(其利用上纵向连杆)相比允许车辆的货厢地板降低高度。根据本发明的集成5-连杆悬架系统可以，例如，允许货厢地板比传统5-连杆悬架系统的低约50mm到约75mm，提供在悬架设计中的更大灵活性和在悬架封装中的更高效率。

因此，根据本发明的集成5-连杆悬架系统可以像传统集成连杆系统一样运行(并提供集成连杆系统对传统5-连杆系统的优势)，同时具有与传统5-连杆悬架系统相似的成本和重量。

尽管本发明依据示例性实施例已经披露以便于更好地理解本发明，但是应当理解的是，本发明可以以各种方式来实施，而不脱离本发明的原则。因此，本发明应该被理解为包括可以在不脱离所附权利要求中列出的本发明的原则下实施的所有可能的实施例。而且，尽管本发明已经关于机动车辆进行了讨论，但是本领域的普通技术人员理解的是，本发明的教导对具有通过悬架系统连接到车辆的一个或多个车轮的任何类型的车辆起同样好的作用。

为了本说明书和所附权利要求的目的，除非另有说明，所有的表示数量、百分比或比例的数字，以及在说明书和权利要求中使用的其它数值，都应当理解为通过术语“约”在所有情况下修饰。因此，除非有相反的指示，在书面的说明书和权利要求中陈述的数值参数是近似值，该近似值可以根据通过本发明试图得到的期望的性能而改变。最起码，而不是试图限制本发明范围内的等同原则的应用，每个数值参数应当至少鉴于所报道的显著数字的数目和通过应用普通的舍入技术解释。

值得注意的是，如在本说明书和所附权利要求中所使用的单数形式“一”，“一个”和“该”，包括复数对象，除非清楚地和明确地限制一个指示对象。因此，例如，指示的“一传感器”包括两个或更多个不同的传感器。如本文中所使用的，术语“包括”和它语法上的变体旨在非限制性，以致于列表中条目的叙述不排除可以取代或添加到所列条目中的其他类似的条目。

对本发明的系统和方法可以进行各种修改和变型而不脱离其教导范围，这对于本领域技术人员而言将是显而易见的。通过考虑说明书和本发明教导的实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本文所描述的说明书和实施例旨在被认为仅仅是示例性的。

Claims (8)

1.一种用于机动车辆的5-连杆悬架系统，包含：

转向节，其设置在车辆后轮的内部空间内；以及

外倾角连杆、支臂连杆、弹簧连杆、纵向连杆和集成连杆，

其中，外倾角连杆、支臂连杆、弹簧连杆、纵向连杆和集成连杆中的每个包含第一端部和连接到转向节的第二端部；

纵向连杆的第二端部连接到转向节的下端，且纵向连杆沿转向节和车辆的车架纵梁之间的单一轴线延伸；并且

集成连杆的第一端部连接到纵向连杆并且第二端部在纵向连杆上方连接到转向节上，且集成连杆在转向节和纵向连杆之间延伸。

2.根据权利要求1所述的悬架系统，其中外倾角连杆，支臂连杆，弹簧连杆，纵向连杆，以及集成连杆的每个在每个它们各自的端部具有球形接头或橡胶衬套。

3.根据权利要求1所述的悬架系统，其中外倾角连杆，支臂连杆，弹簧连杆，纵向连杆，以及集成连杆的每个包含拉伸/压缩连杆。

4.根据权利要求3所述的悬架系统，其中弹簧连杆支承垂直荷载。

5.根据权利要求1所述的悬架系统，其中外倾角连杆，支臂连杆，和弹簧连杆相对于机动车辆的纵轴线实质上横向设置。

6.根据权利要求1所述的悬架系统，其中纵向连杆和集成连杆相对于机动车辆的纵轴线实质上纵向设置。

7.根据权利要求1所述的悬架系统，其中集成连杆配置为从车轮回退速率中分离后倾刚度。

8.根据权利要求1所述的悬架系统，其中集成连杆配置为阻碍转向节的旋转。