CN105501014A - 用于将车轮连接至车辆的控制臂和车轮悬架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将车轮连接至车辆的控制臂(1)。该控制臂(1)包含挤出的控制臂主体(2)和可在其中设置衬套(10、11)的至少一个轴承接收器(8、9)。控制臂主体(2)具有在其挤出方向(z)上延伸的凹槽(5)。根据本发明，轴承接收器(8、9)为均质材料的控制臂主体(2)的整体部件，其中控制臂主体(2)具有设置于其凹槽(5)的区域中的强化结构(16)。强化结构(16)由纤维增强塑料形成，而控制臂主体(2)的至少部分区域由轻质金属或金属合金构成。衬套(10、11)具有内部部件(12、13)和至少部分地包围内部部件(12、13)的弹性体(14、15)，其中在衬套(10、11)设置于轴承接收器(8、9)中的状态下，衬套(10、11)通过其弹性体(14、15)与轴承接收器(8、9)直接接触。本发明还涉及一种具有至少一条用于连接车轮至车辆的控制臂(1)的车轮悬架，及相应地装备的车辆。

Description

用于将车轮连接至车辆的控制臂和车轮悬架
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于将车轮连接至车辆的控制臂及根据权利要求6的前序部分的具有至少一个控制臂的车轮悬架。
控制臂(悬架臂)形成车辆的车轮悬架的一部分。作为悬架的一部分，特别是单独的车轮悬架常规地由几个控制臂构成。为了允许车轮在悬架压缩下移动并回弹，至少在车辆车身和/或其底盘或副车架上可旋转地安装控制臂。此处降低允许大体上竖直移动性的旋转轴的可旋转性，以便车轮相对于车辆的剩余部分还被水平固定。
根据控制臂的构造和安装位置，我们区分纵向、斜向及横向控制臂。各取向涉及车辆的行驶方向，以便例如横向控制臂大体横向于行驶方向延伸。车辆上的安装座通常包含衬套，该衬套通常被设计为橡胶金属轴承形式的复合轴承。该橡胶部分保证了控制臂相对于其安装座的充分的去耦和有限的移动性。
而且，控制臂可包含枢轴轴承和/或例如球头节形式的支承接头。后者至少起到将控制臂耦接至例如车轮悬架的弹簧支柱或短轴的作用。典型的控制臂具有例如铝的实心体或由结合在一起的多个片材组成。当使用金属片材时，其优选至少在一些区域中成形，以提高稳定性及用于单独形态调整。
因为车轮悬架的移动部分是簧下质量，因此已经在尽可能努力降低它们的重量。不仅改善驾驶舒适性，其还允许总体上降低车重，车重降低是变得越来越重要的因素，特别是考虑到将燃料消耗降低至最小值。由此，目前已适用在所有的主要工业区域(例如欧洲、美国和日本)中的立法指向未来更加大范围、严厉的减排。
和在发动机开发方面相应的进展一样，单独的结构部件的减重对于降低来自车辆的温室气体的产生来说是重要的前提。特别是在与能源效率和CO2排放相关的日益严格的世界范围的法律管制的环境下，车辆的轻质结构在未来变得日益重要。
由例如美国US6,655,487B2和美国US2002/0017765A1可知减重的结构部件的构造，其特别公开了雪地车。这包含设置于行驶方向上的前方的可操纵雪橇的悬架。该雪橇被通过轻质结构的短轴以铰接方式连接至悬架。所述短轴具有由挤出铝材形成的C形基体。不仅铝的重量性质与钢相比是有益的，而且其具有对腐蚀性侵蚀的更大抵抗性。通过挤出的生产与铸造部件相比，赋予短轴更高的强度。该短轴的轻质构造特别受其格构托架形式的设计的支持。在此形成基体的轮廓的壁由在这些之间延伸的网状件的格结构支持。此设计通过采用挤出形成含局部凹槽的基体的基础元件来实现。以此方式，该网状件为均质材料的壁的整体部件，且反之亦然。
而且，德国DE19720134A1公开了由均质材料的整体挤压型材以轻质结构制造的控制臂的形成。基体由轻质金属制成，其中挤出方向垂直于控制臂的纵向方向而延伸。以此方式，基体在侧部具有蜂巢结构开口且被形成为格结构。
根据欧洲EP1504983B1，起到接收车辆的悬架部件作用的副车架可以以轻质结构生产，这是因为其基于挤出铝型材。铝型材被形成为具有单独的腔室的矩形空心体，该腔室延伸通过空心体且朝其端部开口。
德国DE102010018903A1提出了以轻质结构生产的控制臂，由通过弯曲形成的挤出型材产生此结构。因为挤出型材自身具有在其纵向方向上延伸的空心腔室，因此此处实现了所需的减重。
根据德国DE19953156A1，提出了轻质结构的控制臂，其由基于铝合金的挤出管状基体形成。为了提供轴承元件，然后将其与管状基体连接。
美国US2009/0072506A1和德国DE102008047015A1均提出了由通过挤出生产的基体生产控制臂。所产生的控制臂具有含可变的曲率的通过挤出过程生产的两腔室。
而且，美国US5,169,055A公开了一种控制臂，其基体由成型的金属片材形成。此成型赋予基体以U形横截面，U形横截面具有高的刚度，且同时具有低重量。
美国US2003/0122339A1和德国DE10255049A1均公开了用于生产包含两端部套筒和在套筒之间延伸的管状挤出件的控制臂的方法。通过摩擦焊接实现管状挤出件和套筒之间的连接。首先由挤出型材切割成套筒，其中套筒与管状挤出件结合，它们形成用于轴承元件的接收件。轴承元件自身被设计为橡胶金属轴承，其可被直接硫化至套筒，省略外层金属圆筒体。
在中国CN203142316U描述了用来生产控制臂的类似途径，其中由成型的金属板材生产基体。为了接收轴承元件，基体具有至少一个通孔形式的轴承眼。通孔由设置于基体中的孔形成，且具有通道形式，该通道具有对应的外周凸环。此处将被设置为橡胶金属轴承的轴承元件直接压入到不具有外部金属圆筒体的轴承眼中。
以如现有技术中所知的轻质结构生产的控制臂的构造具有共同的特征，就是其大体上由均质材料的整体挤出型材或成型的金属片材制成。因为所形成的腔室和/或凹槽，与实心横截面相比，存在显著的减重。特别是，铝合金的使用允许已通过其特别设计而降低的控制臂重量的进一步降低。
但是，这样的解决方案还提供了相对于较广泛的轻质结构进一步进行改善和可能的进一步的减重同时保持必需的强度的空间。
在此背景下中，本发明基于改善用于车辆的控制臂和具有至少一个控制臂的车轮悬架的目标，其中其重量可进一步降低同时保持必需的强度。
通过具有权利要求1的特征的车辆控制臂实现此目标。进一步，在各从属权利要求中公开了本发明的特别有益的实施例。
要指出的是，可将分别列于以下说明书中的特征和措施以任何任意的、技术上合理的方式组合，且公开本发明的进一步的实施例。说明书特别是结合附图进一步表征和详细说明了本发明。
根据本发明，以下描述了悬架控制臂含义上的控制臂，其特别适用于将车轮连接至车辆，特别是机动车辆。
为此，控制臂包含由挤出材料生产的控制臂主体和至少一个轴承接收器。挤出的控制臂主体优选地可由挤出型材切割出。首先，挤出型材有益地可由最初未成型的可硬化材料形成，特别是通过压力将其挤压(挤出)通过模具来形成。所使用的模具的形状限定了所产生挤出型材随后的横截面形状。以此方式，挤出型材可生产成几乎任何任意的长度，其中最初横截面形状决定了随后以类似盘状形式切割出的控制臂主体的构造。而且例如，可设想挤出型材的弯曲构造，其中例如采用不同体积推进速率挤压材料通过该模具。
而且，控制臂具有至少一个且优选地仅一个凹槽。特别地，关于控制臂主体所基于的挤出型材，其可以已经有益地设置为空心体。在控制臂主体已由如此配置的挤出型材切割出之后，其即具有对应的凹槽，该凹槽在基础挤出型材的整个挤出方向上自然延伸。
将控制臂的轴承接收器设置用于接收至少一个衬套。在本发明的含义上的衬套为允许控制臂与至少一个其他部件铰接连接的连接元件。这些元件例如可为其他悬架部件(例如短轴)、或车辆上部结构、或车架或副车架。衬套可为例如橡胶金属轴承。备选地或额外地，该衬套可为例如枢轴轴承和/或例如球头节形式的支承接头。
根据本发明，轴承接收器可被设置为均质材料的控制臂主体的直接整体部件。关于控制臂主体所基于的挤出型材，其横截面可有益地已具有可在切割出控制臂主体之后直接用作轴承接收器的相应的区域。这允许控制臂主体的非常有效率的生产，这很少需要或不需要用以配置轴承接收器的再次加工。
根据本发明，控制臂主体进一步具有设置于其凹槽的区域中的强化结构。此处要强调的是，强化结构由与形成基础控制臂主体的完全不同的材料所形成。基本上，强化结构可由至少一种塑料制成。特别地，这应鉴于整个控制臂中金属材料的其他通常使用来考虑。由此，实际控制臂主体的至少部分区域仍可有益地由轻质金属或金属合金构成，而与其连接的强化结构由至少一种塑料构成。
有益地，各塑料的使用可适应于各自需求。不仅是例如对有时有侵蚀性的媒介(例如燃料或油)的必然的恒定抵抗力，由于例如紫外线辐射导致的老化和/或脆化的可能性也应考虑在内。此处本领域技术人员有责任选择合适的塑料，且相应地对其具体进行指定。决定的进一步的基础可例如为对变化负载(张力和/或压缩和/或弯曲)的抵抗力，或甚至由例如与被抛起的物体(例如砾石)的接触而产生的冲击。
本发明的含义中的塑料意指简单的和强化的塑料两者，即还包含纤维强化塑料。后者可例如具有单独的纤维，该单独的纤维的至少部分区域是嵌入硬化的树脂基体(纤维复合材料)中的。这些纤维可为例如金属、玻璃、碳或聚芳基酰胺纤维，但还可为天然纤维。作为本发明的一部分，塑料还意指树脂基体及嵌入其的塑料纤维的组合。鉴于必需的耐热性，塑料可优选地为硬质塑料。
在本发明的上下文中，如果强化结构由纤维强化塑料形成是特别有益的。
在本发明的含义中，强化结构可为在整个横截面的含义上与实心结构相比具有明显更多开放构造的平坦构造和/或三维结构。在每一情形下，强化结构起到施加和传输力的作用，以静态地强化控制臂主体。换句话说，控制臂主体仅由强化结构实现其必需的强度。以此方式，控制臂主体可以具有降至最小的形状，其与强化结构结合恒定地实现考虑到负载容量所施加给它的要求。
特别优选地，所使用的衬套具有内部部件和弹性体，其中弹性体可至少部分包围内部部件。弹性体保证了在内部部件与其他部件的连接的情况下内部部件相对于控制臂主体的有益的去耦和/或移动性。尽管常规的衬套提供了至少在周向上包围弹性体的例如金属壳体，但本发明提出了省去所述壳体。由此可直接将衬套有益地设置于轴承接收器之中，其中在设置于轴承接收器中的状态下，衬套仅通过其弹性体接触轴承接收器。不仅改善了经济性，其还赋予了额外的重量益处。由此可将具有其弹性体的衬套例如压入轴承接收器中，和/或通过材料结合来连接，例如通过胶合或硫化。通过省略压入配置有外壳体的衬套的常规过程，衬套的安装更加简单，且因此更加有利，由此可降低控制臂的生产成本。
由于强化结构的有益的更多开放的形式，与实心构造相比已实现了高度减重。这是由于开口和腔室必然导致的。应将此处讨论的强化结构与含由推进气体扩大的体积的材料(例如金属泡沫)完全区分开。根据本发明的所需强化结构另外还具有其个体元件的定向(例如分支)的形式，其均起到所计划的应用和力的传输的作用。
有益地，可将所选择的强化结构的形式针对所期望的负载而进行理想调整，在此强化结构中不存在类似多余区域和部分。由此，强化结构的设计可基于例如有限元计算，以设计其横截面且预先精确地成型且然后实施这些。
由于根据本发明的控制臂的构造，其与常规的控制臂相比具有进一步显著降低的重量。由于与实心形式相比强化结构的更多开放的设计，且特别是由于其以与控制臂主体不同的材料生产，实现了有益的减重，同时保持甚至提高了控制臂的强度。减轻的簧下质量不仅导致了驾驶舒适性的增加，且可进一步整体上降低车辆的重量。可将此在燃料消耗和相关排放的可能的进一步的降低的背景中来考虑。
尽管在用于控制臂的挤出型材使用方面，可将其设置建议为使控制臂的纵向方向和挤出型材的挤出方向在至少大致相同的方向上延伸，但在安装位置中的取向可优选地不同。特别优选地，控制臂主体或其所基于的挤出型材的挤出方向可在横向于控制臂主体的纵向方向的方向上延伸。以此方式，凹槽可在控制臂主体的两相对的侧之间延伸，其中凹槽可开口于控制臂主体的两侧。以此方式，控制臂主体可形成界定凹槽的包围物或框架的类型，其中所述框架有益地在控制臂主体的至少两个端部之间延伸。
由于此设计，对于控制臂主体，实现了仅使用非常少的材料的非常纤细的形式，这对于控制臂的重量特别具有积极效果。与其纵向方向对应于挤压方向的空心体相比，根据本发明的形式相应地不具有封闭的壁。这赋予强化结构的设置及其与控制臂主体的连接进一步的益处。
关于强化结构的设计，其可优选地包含至少两个交叉网状件。术语“两个交叉网状件”意指在它们的交叉点处分隔开的两网状件和视觉呈现两网状件的交点的网状件。由此，网状件可在交点处连接，例如由均质的材料整体制成，其中四个臂从交点延伸。这样，两个臂在每一情形下均指向相对方向，而视觉上被视为是单独的网状件。
不论以上所述的网状件的构造，这些均可有益地在界定凹槽的控制臂主体的框架(包围物)之间延伸。以此方式，格构类型导致其连接该框架的相对部分。从横截面上来看，该网状件可为有角度的，例如三角形和/或矩形、或圆形。还可能的是，不仅可将网状件生产为实心材料，还可将其生产为空心的。
控制臂主体和强化结构之间的实际连接可例如通过材料结合(例如通过胶合)来实现。备选地或额外地，连接可由形状配合来实现。为此，强化结构的网状件的端部可例如具有接合入框架内侧的对应凹槽的增厚区域。由于所产生的底切，特别是拉力可被安全传输。进一步明显的是，还可设想到压配合连接，其可替代于或附加于以上所述连接而产生。
关于增强结构的实际位置，其可被例如至少部分地设置在控制臂主体的凹槽内侧。以此方式，成品控制臂的外部尺度尽可能小，这是由于强化结构实际上在控制臂主体凹槽内的控制臂主体的面中延伸。备选地或额外地，强化结构可被设置为至少一部分在凹槽外，且优选地，在至少部分区域中跨越凹槽。此设计可导致对于力的吸收和传输更加有利的冲击点，导致对控制臂上所期望的负载更好的适应。首要的是，可设想到以上所述设计关于强化结构的位置的组合。
此处本发明提出了明显比已知的控制臂更轻且具有更进一步改善的强度性质的控制臂。特别是，通常较重的控制臂主体缩减至包含至少一个通槽的设计实现了显著的减重。至少通过强化结构的设置补偿了强度的初始损失。特别地，当将与用于控制臂主体的材料相比较轻的材料用于强化结构时，通过凹槽实现的重量益处将得到有效维持。而且可直接结合入控制臂主体的基体结构中的衬套对进一步的成本降低有特别贡献。
而且，本发明旨在可形成车辆(特别是机动车辆)的悬架的一部分的车轮悬架。为此，车轮悬架具有至少一个起到连接车轮至车辆的作用的控制臂。特别优选地，所述控制臂为根据以上所述的本发明的控制臂，因此其特征可基本上与车轮悬架的那些特征组合。
车轮悬架的控制臂包含挤出的控制臂主体和在其中设置了衬套的至少一个轴承接收器。而且，控制臂主体具有在其挤出方向上延伸的凹槽。根据本发明，控制臂主体具有设置于其凹槽区域内且由与控制臂主体不同的材料形成的强化结构。强化结构的材料特别优选为纤维增强塑料，而控制臂主体的至少部分区域由轻质金属或金属合金构成。而且，将轴承接收器形成为均质材料的控制臂主体的整体部件。设置于轴承接收器中的衬套有益地具有内部部件和至少部分地包围内部部件的弹性体。以此方式，在设置于轴承接收器中的状态下，衬套通过其弹性体与轴承接收器直接接触。
根据以上所列出的本发明的车轮悬架所产生的优点已结合根据本发明的控制臂进行了解释，且相应地适用于根据本发明的车轮悬架。由于此原因，此处参考以上所述内容。
以下参考附图中所示意性描述的示例性实施例，更加详细地描述了本发明的进一步有益的细节和效果。附图显示了：
图1为根据本发明的控制臂的示意性描述的正视图；
图2为图1中的根据发明的控制臂的侧视图；且
图3为挤出型材的一部分的俯视图，其作为用于图1和2中的根据发明的控制臂的基础。
在不同的图中，相同的部分具有相同的附图标记，因此通常这些仅描述一次。
图1显示了根据本发明的控制臂1的示意性视图。该控制臂1适用于例如车轮(未显示)至车辆的连接，车辆也未具体显示。如可见，控制臂1具有在目前情形下在纵向方向x上在控制臂的端部3和4之间以镰刀形状延伸的控制臂主体2。该控制臂主体2为优选地由轻质金属或金属合金制成的挤出的控制臂主体2。
挤出的控制臂主体2具有在大体上中心处设置的凹槽5，控制臂主体2围绕该凹槽5以框架形式延伸。因此，通过框架状控制臂主体2界定凹槽5，其中控制臂主体2具有第一边缘部分6和第二边缘部分7。由于控制臂主体2的两边缘部分6、7相对于彼此变化的间距，通过边缘部分6、7实际地包围了凹槽5，该边缘部分6、7在控制臂1的端部3、4再次彼此会合。两边缘部分6、7在控制臂1的端部3、4变形为轴承接收器8、9，其每一个中均设置有衬套10、11。轴承接收器8、9形成均质材料的控制臂主体2的整体部件。
关于各个衬套10、11，其每一个均具有被弹性体14、15包围的内部部件12、13。如清楚可见，两衬套10、11被直接结合入轴承接收器8、9中，以便它们的各弹性体14、15均与相关的轴承接收器8、9直接接触。
在凹槽5的区域中，明显可知，控制臂主体2具有额外的强化结构16。其有益地由与控制臂主体2的材料不同的材料形成，强化结构16的材料可特别优选地为塑料，即纤维增强塑料。
强化结构16具有处于格构式开放结构。此处强化结构16，如所显示的，具有例如成对交叉的五个网状件17～26。当然，强化结构16可具有多于或少于仅显示为示例的五个交叉网状件。单独的网状件17～26均在界定凹槽5的框架之间延伸，凹槽5由控制臂主体2的边缘部分6、7形成。如所显示的，例如强化结构16被设置于凹槽5内侧，其特别在下图2中更加清楚。备选地，强化结构16可以以未详细显示的方式至少部分地跨越凹槽5。
强化结构16，即其单独的网状件17～26，均在端部与边缘部分6、7连接。由于此，可将网状件17～26的各个端部插入接收器中，且还可通过形状配合(例如通过胶合)将其固定。在这个意义上，含其各个网状件17～26的强化结构16被结合到控制臂主体2中也在本发明的范围内。还可能的是，如图1中所示，将网状件17～26安置为使它们端部在控制臂主体2的一侧27或28上，且然后将其位置稳定地连接于两个边缘部分6和7。还可设想的是，对于强化结构16，即还有其网状件对和/或网状件17～26，交替地首先被设置于侧部27上且其后设置在侧部28上。采用这样的设计，可在侧部27上设置一个网状件对或网状件，且可在侧部28上设置随后的网状件对或网状件。
图2显示了在向第一边缘部分6的视角上的、图1的控制臂1绕纵向方向x旋转90°的侧视图。如可见，此视图中的控制臂主体2具有在挤出方向z上延伸的恒定高度a。在控制臂主体2的两侧部27、28上，不能详细地看到的衬套10、11的内部部件12、13突出超过侧部27和28。强化结构16在凹槽5内延伸而不突出超过侧部27和28。结合图1和2，清楚可见，凹槽5始终在挤出方向z上延伸，以便凹槽5在控制臂主体2的两相对侧部27、28开口。进一步明显的是，在每一情形下，挤出方向z均被定向为相对于控制臂主体2的纵向方向x和横向方向y为横向。
图3显示了形成控制臂主体2的基础并在挤出方向z上延伸的挤出型材29。从此挤出型材29切割出单独的控制臂主体2，其中挤出型材29的横截面(此处未显示)对应于图1的控制臂主体2的形状。
附图标记列表
1控制臂
21的控制臂主体
31的端部
41的端部
52的凹槽
62的第一边缘部分
72的第二边缘部分
82的轴承接收器
92的轴承接收器
108中的衬套
119中的衬套
1210的内部部件
1311的内部部件
1410的弹性体
1511的弹性体
162的强化结构
1716的网状件
1816的网状件
1916的网状件
2016的网状件
2116的网状件
2216的网状件
2316的网状件
2416的网状件
2516的网状件
2616的网状件
272的侧部
282的侧部
29用于2的挤出型材
a2的高度
x2的纵向方向
y2的横向方向
z2或29的挤出方向

Claims (6)

1.一种用于将车轮连接至车辆的控制臂，其包含挤出的控制臂主体(2)和至少一个轴承接收器(8、9)，衬套(10、11)能够设置在所述轴承接收器(8、9)中，其中所述控制臂主体(2)具有在其挤出方向(z)上延伸的凹槽(5)，其特征在于，
轴承接收器(8、9)为均质材料的所述控制臂主体(2)的整体部件，且所述控制臂主体(2)具有设置于其凹槽(5)的区域中并由纤维增强塑料形成的强化结构(16)，其中所述控制臂主体(2)的至少部分区域由轻质金属或金属合金构成，且所述衬套(10、11)具有内部部件(12、13)和至少部分地包围所述内部部件(12、13)的弹性体(14、15)，其中在所述衬套(10、11)设置于所述轴承接收器(8、9)中的状态下，所述衬套(10、11)通过其弹性体(14、15)与所述轴承接收器(8、9)直接接触。
2.根据权利要求1所述的控制臂，其特征在于，
所述强化结构(16)具有至少两个交叉网状件(17、18；19、20；21、22；23、24；25、26)，其中所述网状件(17、18；19、20；21、22；23、24；25、26)的每一个在界定所述凹槽(5)的所述控制臂主体(2)的框架之间延伸。
3.根据权利要求1或2所述的控制臂，其特征在于，
所述强化结构(16)至少部分被设置于所述凹槽(5)内。
4.根据任一前述权利要求所述的控制臂，其特征在于，
所述强化结构(16)至少部分地跨越所述凹槽(5)。
5.根据任一前述权利要求所述的控制臂，其特征在于，
所述挤出方向(z)相对于所述控制臂主体(2)的纵向方向(x)横向延伸，其中所述凹槽(5)开口于所述控制臂主体(2)的两相对侧部(27、28)。
6.一种车轮悬架，其具有用于将车轮连接至车辆的至少一条控制臂(1)，特别是如任一前述权利要求所述的控制臂，该控制臂包含挤出的控制臂主体(2)和至少一个轴承接收器(8、9)，衬套(10、11)能够设置在所述轴承接收器(8、9)中，其中所述控制臂主体(2)具有在其挤出方向(z)上延伸的凹槽(5)，其特征在于，
所述轴承接收器(8、9)为均质材料的所述控制臂主体(2)的整体部件，且所述控制臂主体(2)具有被设置于其凹槽(5)的区域中且由纤维增强塑料形成的强化结构(16)，其中所述控制臂主体(2)的至少部分区域由轻质金属或金属合金构成，且所述衬套(10、11)具有内部部件(12、13)和至少部分包围所述内部部件(12、13)的弹性体(14、15)，其中在所述衬套(10、11)被设置于所述轴承接收器(8、9)内的状态下，所述衬套(10、11)通过其弹性体(14、15)与所述轴承接收器(8、9)直接接触。
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