CN105905158A - 后桥框架的转向 - Google Patents

Abstract

提供一种机动车辆的后桥框架，该后桥框架通过车轮控制臂连接到后车轮的轮架并且通过衬套被连接到机动车辆的车身，衬套具有通过磁流变弹性体材料填充的腔，其中每个腔被分成至少二个子腔。每个腔能够被独立地控制，其中独立子腔的尺寸可以通过外磁场的应用而主动地变化，由此，实现后桥框架和因此后车轮的移动。而且提供一种用于移动后桥框架的方法。

Description

后桥框架的转向

本发明与机动车辆的后桥框架相关，其中后桥框架利用具有腔的衬套连接到机动车辆的车身，腔由磁流变弹性体材料填充，并且其中磁流变弹性体材料结构的变化引起后桥框架的移动。

为了改善机动车辆的驾驶动态和驾驶舒适性，已经知道多种方法。尤其在应对由过度转向所引起的破坏性影响以及实现小的转弯直径上做出了努力。一种方法是除前轮的转向移动之外还移动后轮。为此，已知用于使后轮转向的多种半主动和主动系统，例如通过线性转向驱动器(US6510917B2)或利用通过机械致动器(DE102004022167A1)或液压衬套(US5560640A)移动的副车架，其中可以由通过控制臂连接到副车架的后轮架引起后车轮的移动。机动车辆的后轮架用于保持后车轮。

这些传统的主动或半主动转向装置中的大部分是基于复杂的元件，该元件使机动车辆后桥区域的整个结构复杂化，并且为了其安全运行，需要复杂的动态计算和另外的部件。这些与高重量、空间效率低下的安装相关以及需要维修时相应的高成本。

因此，一个目标是提供一种装置，机动车辆的后车轮通过该装置可以轻松地转向，同时该装置可简单但是高效地形成，且容易地配置用于半主动转向。另一目标是提供一种方法，机动车辆的后车轮可以通过该方法转向。

第一目标通过具有权利要求1的特征的装置来实现，第二目标通过具有权利要求9的特征的方法来实现。本发明进一步有利的实施例、方面和细节由从属权利要求、子权利要求、附图和说明书呈现。

本发明的第一方面与具有前车轮和后车轮的机动车辆的后桥框架相关，后桥框架通过车轮控制臂连接到后车轮的轮架，车轮控制臂利用连接元件附接，且后桥框架通过若干衬套连接到车身，其中每个衬套具有内管和外管以及设置于内管和外管之间且通过磁流变弹性体材料填充的腔，且每个腔被分成至少一个第一子腔和一个第二子腔。

由于通过后桥框架结构所实现的半主动转向装置比传统转向系统更动态地运行、更简单地配置且容许对驾驶情况中的变化的快速适应性，因此根据本发明的后桥框架是有利的。

术语“机动车辆”意思是发动机驱动的、不在轨道上被导引的路基车辆，而在当前应用中尤其是汽车。

也被称为磁流变弹性体的“磁流变弹性体材料”由弹性体矩阵和分散在其中的磁活性颗粒组成。通过应用外部磁场，这些弹性体的动态机械特性可以快速和可逆地变化。在没有磁场的情况下，它们表现为常规的弹性体，即可弹性变形。

后车轮的“朝向右方的转向移动”意思是后车轮相对于机动车辆的纵向轴线以向外朝向行驶方向的右方的特定角度取向。机动车辆车轮的角度也称作转向角度。

后车轮“朝向左方的转向移动”意思是后车轮相对于机动车辆的纵向轴线以向外朝向行驶方向的左方的特定角度取向。

“机动车辆纵向”是机动车辆从前到后延伸的方向。前方是机动车辆的前端，后方是后端。

右方是由坐于驾驶员座椅中的人员查看的机动车辆的右手侧。左方是由坐于驾驶员座椅中的人员查看的机动车辆的左手侧。前方是在坐于驾驶员座椅中的人员查看方向上的机动车辆的前端。后方是在坐于驾驶员座椅中的人员后方的机动车辆的后方。

优选地，通过应用外部磁场可以主动扩大子腔。“可主动扩大”意思是由于激活所引起的材料容积的扩大。在本发明中具体而言，子腔通过外部磁场的应用激活，且子腔通过磁流变弹性体的容积扩大而从内侧向外扩大。

而且，子腔是优选被动可压缩的。“被动可压缩”意思是通过外部机械作用的材料压缩和因此对应的容积减少。在本发明中具体而言，被动子腔由位于相同衬套内的另一激活子腔的容积扩大来压缩，其由于该激活子腔扩大并机械地作用在非激活子腔上。

根据本发明的后桥框架可以优选地通过改变子腔的容积而相对于车身移动。此处，后桥框架可以移动到相对于机动车辆的纵向轴线成特定角度，也可以相对于车身向前或向后移动。

根据本发明，可以优选地通过改变子腔的容积使后桥框架移动到相对于车辆纵向成一角度，从而实现后车轮相对于车辆纵向轴线的移动。改变容积意思是子腔各容积的主动扩大或被动减小，如上所述。角度指代后桥框架纵轴线和车辆纵向轴线之间的角度。

有利地，可以通过共同的控制单元彼此独立地控制后桥框架的单独衬套。优选地，可以根据至少一个车辆参数来控制子腔的容积。此处，在由调节单元评估驾驶参数之后，控制单元将信号传输给衬套，其中根据后车轮需要或期望的移动来激活衬套中特定的子腔。驾驶参数是例如行驶速度、纵向加速度、横向加速度、前车轮的转向偏转、对前车轮的车桥的冲击等。

本发明的第二方面与具有根据本发明的后桥框架的机动车辆相关。换言之，本发明与具有后桥框架的机动车辆相关，该后桥框架通过车轮控制臂被连接到后车轮的轮架，车轮控制臂利用连接元件附接，并且后桥框架通过若干衬套连接到车身，其中每个衬套具有内管和外管以及设置在内管和外管之间且通过磁流变弹性体材料填充的腔，并且每个腔被分成至少一个第一子腔和一个第二子腔。

本发明的第三方面与一种通过移动后桥框架而使具有前车轮和后车轮的机动车辆转向的方法相关，后桥框架通过车轮控制臂连接到后车轮的轮架上，车轮控制臂利用连接元件附接，且后桥框架通过若干衬套连接到车身，其中每个衬套具有内管和外管以及设置在内管和外管之间且通过磁流变弹性体材料填充的腔，并且每个腔被分成至少一个第一子腔和一个第二子腔，其中可以通过改变衬套子腔的容积来移动后桥框架相对于车身的位置。该方法的有利之处与根据本发明的后桥框架的有利之处对应。

优选地，当后桥框架不移动时，所有衬套的子腔都不激活，其中为了实现后桥框架的移动，激活每个衬套的一个子腔并且不激活每个衬套的另一个子腔。

为了实现后车轮向相对于机动车辆纵向轴线相应角度的转向运动，后桥框架优选地通过改变衬套子腔的容积而绕机动车辆的竖直轴线移动到相对于车辆纵向轴线成特定角度。

在该方法的优选实施例中，为了实现后车轮朝向右方的转向运动，位于车辆左手侧的第一子腔和位于车辆右手侧的第二子腔主动地扩大，并且位于车辆左手侧的第二子腔和位于车辆右手侧的第一子腔被动地压缩。

优选地，为了实现后车轮朝向左方的转向运动，位于车辆左手侧的第二子腔和位于车辆右手侧的第一子腔主动地扩大，并且位于车辆左手侧的第一子腔和位于车辆右手侧的第二子腔被动地压缩。

优选地，控制装置根据行驶参数控制后桥框架以及因此的后车轮相对于机动车辆纵向轴线的转向运动的角度设置大小。如上所述，行驶参数是例如行驶速度、纵向加速度、横向加速度、前车轮的转向偏转、对前车轮车桥的冲击等。尤其优选地，根据车速来控制转向运动中设置的相对于车辆纵向轴线的后车轮角度。同样优选地，前车轮转向方向来获得后车轮转向方向。

在根据本发明的方法的另一优选实施例中，为了实现后桥框架相对于车身朝向机动车辆纵向的后方移动，第二子腔主动地扩大且第一子腔被动地压缩。优选地，为了有利地吸收部分冲击能，通过控制装置根据对前车桥冲击检测来控制后桥框架相对于车身朝向机动车辆纵向后方的移动。

另外优选地，为了实现后桥框架相对于机动车辆车身朝向机动车辆纵向前方的移动，第一子腔主动扩大且第二子腔被动地压缩。优选地，通过控制装置根据前车轮转向角度控制后桥框架相对于车身朝向车辆纵向前方的移动。由于这减小了机动车辆的转向半径，因此是有利的。

本发明参照附图进行说明。这些示出：

图1是根据本发明的后桥框架的实施例的俯视图，其中所有子腔未被激活；

图2是根据图1的实施例的俯视图，其中一些子腔处于激活状态；

图3是根据图1的实施例的俯视图，其中一些子腔处于激活状态；

图4是根据本发明的方法的一个实施例的示意性描述；

图5是根据图4的实施例的图示描述。

图1所示的后桥框架1的实施例具有4个衬套2、3、4、5，后桥框架1通过衬套连接到机动车辆的车身(未示出)。每个衬套由内管2a、3a、4a和5a以及外管2b、3b、4b和5b组成。衬套具有圆柱状形式，但可选地可以具有任何其他合适的形式。后桥框架1上的衬套的数量也可以多于4个。后桥框架1到机动车辆车身的连接利用连接到内管2a、3a、4a和5a的传统连接元件来实现。管由合适的材料组成，例如金属。在各个管之间是腔，腔通过磁流变弹性体材料填充，也可以称作磁流变弹性体(MRE)。任何合适的弹性体材料可以用作MRE的弹性体矩阵，且分散在其中的磁活性颗粒可以由任何合适的材料组成，优选铁或铁合金。每个腔各被分为第一子腔2c、3c、4c和5c和第二子腔2d、3d、4d和5d。但可选地，腔可以被分成多于两个子腔，例如每个腔被分成4或8个子腔。

在每一侧设置有后轮6，后轮6附接到对应的轮架7。后轮6绕转动轴线8转动以移动机动车辆。每个轮架7通过车轮控制臂9连接到后桥框架1，其中车轮控制臂9利用如衬套、轴承或球头节的固定元件10附接到后桥框架1和轮架7。轮架7通过弹簧元件11和阻尼元件12连接到车身。

可以通过包含在子腔中的MRE控制子腔。为此，为了应用外部磁场，在每个衬套物理的附近给每个衬套分配合适的装置(未示出)。在未激活状态，即没有应用磁场的情况下，衬套的子腔是相同的尺寸(图1)。当应用相应的磁场来激活分散的磁性颗粒时，参照衬套2作为所有衬套的示例进行说明，衬套2的子腔2c扩大而相同衬套的子腔2d被动地被扩大的子腔2c压缩(图2)。当磁场转换为关闭时，由于MRE的弹性性能子腔恢复它们的原始形式。

为了控制单独腔的磁场，设置有控制装置(未示出)，控制装置可以独立地控制腔。控制装置根据机动车辆的各种信号而执行控制，各种信号利用传感器检测。

通过改变容积，即，子腔2c和2d相对于彼此的大小，内管2a的位置移动，从而，由于将内管2a附接到机动车辆车身的连接元件产生移动，实现后桥框架1相对于机动车辆车身的移动。由于后桥框架1的移动，同样可以通过车轮控制臂9实现后车轮6相对于车身的移动。

在直线向前行驶中，不需要由后车轮的转向作用。因此，所有衬套的子腔都没有被激活且因此它们是相同的大小。为了使后车轮6向右转(图2)，子腔2c、3d、4c和5d被激活且扩大。子腔2d、3c、4d和5c被扩大的子腔2c、3d、4c和5d被动地压缩。如此，后桥框架纵向轴线13’移动到右侧相对于车辆纵向轴线13成角度α。后车轮6偏转到右侧成相应的角度，相应的角度可以具有与角度α相同的值或由于传输机构而具有与角度α不同的值。

为了使后车轮6向左转，子腔2d、3c、4d和5c被激活且扩大。子腔2c、3d、4c和5d被扩大的子腔2d、3c、4d和5c被动地压缩。如此，后桥框架纵向轴线13’移动到左侧相对于车辆纵向轴线13成角度α。后车轮偏转到左侧成相应的角度。

为了使后桥框架1以及因此的后车轮6相对于车身向后移动(图3)，例如如果前车轮碰撞到障碍物，子腔2d、3d、4d和5d被激活且扩大。子腔2c、3c、4c和5c被扩大的子腔2d、3d、4d和5d被动地压缩。

为了使后桥框架1以及因此的后车轮6相对于车身向前移动，例如为了实现小的转弯半径，子腔2c、3c、4c和5c被激活且扩大。子腔2d、3d、4d和5d被扩大的子腔2c、3c、4c和5c被动地压缩。

根据腔的尺寸以及如前车轮的转向角度、驾驶操纵、后桥上的负荷、道路状况或类似的驾驶参数，可以减少被激活的腔的数量。这里通过控制装置仅激活特定数量的腔。

尤其根据机动车辆行驶速度来控制后桥框架1以及因此的后车轮6的移动角度α的大小和移动方向。因此，可以使用图4中的结构来设置转向策略。尤其在停车期间，在直到30km/h的速度下，后桥框架1移动相对大的角度α，其中后车轮以与前车轮转向方向相反的方向转向。以这种方式，减小转弯半径且优化了机动车辆在低速的停车性能和操纵性。

在中等速度，即处于30和100km/h之间，后桥框架1移动比低速下更小的角度α，其中后车轮6以与前车轮转向方向相反的方向转向。以这种方式，机动车辆在曲折的道路上的转向性能受到积极影响。

在高度，即高于100km/h，后桥框架1移动比中等速度下更小的角度α，其中后车轮6以与前车轮相同的转向方向转向。这确保机动车辆在高速的稳定性，尤其是在动态驾驶操纵期间。

通过图5中的图表示出了后车轮6的转向角度与机动车辆的行驶速度和前车轮的转向角度的相关性。在速度直到30km/h，后车轮6的转向角度大且后车轮6以与前车轮转向方向相反的方向转向。在速度处于30和100km/h之间，后车轮6的转向角度比低速时更小，且后车轮6以与前车轮转向方向相反的方向转向。在速度高于100km/h，后车轮6的转向角度比中等速度时更小，且后车轮6以与前车轮相同的转向方向转向。

对于本领域技术人员显而易见的本发明的衍生和变形落入本权利要求的保护范围内。

附图标记列表

1 后桥框架

2 衬套

2a 内管

2b 外管

2c 第一子腔

2d 第二子腔

3 衬套

3a 内管

3b 外管

3c 第一子腔

3d 第二子腔

4 衬套

4a 内管

4b 外管

4c 第一子腔

4d 第二子腔

5 衬套

5a 内管

5b 外管

5c 第一子腔

5d 第二子腔

6 后车轮

7 轮架

8 后车轮转动轴线

9 车轮控制臂

10 连接元件

11 弹簧元件

12 阻尼元件

13 机动车辆纵向轴线

13’ 后桥框架相对于机动车辆纵向轴线的移动

14 平行于车辆纵向轴线的后车轮的取向

14’ 后车轮相对于机动车辆纵向轴线的移动

X 机动车辆纵向轴线

Y 机动车辆横向

α 移动角度

Claims (17)

1.一种用于具有前车轮和后车轮(6)的机动车辆的后桥框架(1)，所述后桥框架(1)通过车轮控制臂(9)被连接到所述后车轮(6)的轮架(7)，所述车轮控制臂(9)利用连接元件(10)附接，并且所述后桥框架(1)通过若干衬套(2、3、4、5)连接到车身，

其特征在于

每个所述衬套(2、3、4、5)具有内管(2a、3a、4a或5a)和外管(2b、3b、4b或5b)以及设置在所述内管和所述外管之间且填充有磁流变弹性体材料的腔，并且每个所述腔被分成至少一个第一子腔(2c、3c、4c或5c)以及一个第二子腔(2d、3d、4d或5d)。

2.根据权利要求1所述的后桥框架(1)，其中所述子腔(2c、3c、4c、5c、2d、3d、4d、5d)通过外磁场的应用可主动地扩大。

3.根据权利要求1或2所述的后桥框架(1)，其中所述子腔(2c、3c、4c、5c、2d、3d、4d、5d)可被动地被压缩。

4.根据权利要求2或3所述的后桥框架(1)，所述后桥框架(1)通过改变所述子腔(2c、3c、4c、5c、2d、3d、4d、5d)的容积而相对于所述车身可移动。

5.根据权利要求2-4任一项所述的后桥框架(1)，所述后桥框架(1)可以通过改变所述子腔(2c、3c、4c、5c、2d、3d、4d、5d)的容积而移动到相对于车辆纵向成一角度，从而实现所述后车轮(6)相对于所述车辆纵向轴线的移动。

6.根据上述任一权利要求所述的后桥框架(1)，其中所述衬套(2、3、4、5)可以通过共同的控制单元被彼此独立地控制。

7.根据权利要求5所述的后桥框架(1)，其中所述子腔(2c、3c、4c、5c、2d、3d、4d、5d)的容积可以根据至少一个驾驶参数而被控制。

8.一种具有如权利要求1-6任一项所述的后桥框架的机动车辆。

9.一种通过移动后桥框架使具有前车轮和后车轮的机动车辆转向的方法，所述后桥框架通过车轮控制臂连接到所述后车轮的轮架，所述车轮控制臂利用连接元件被附接，并且所述后桥框架通过若干衬套被连接到车身，其中每个所述衬套具有内管和外管以及设置在所述内管和所述外管之间且填充有磁流变弹性体材料的腔，并且每个所述腔被分成至少一个第一子腔和一个第二子腔，其中所述后桥框架相对于所述车身的位置能够通过改变所述衬套的所述子腔的容积而移动。

10.根据权利要求9所述的方法，其中当所述后桥框架不移动时，全部所述衬套的所述子腔不被激活，并且其中，为了实现所述后桥框架的移动，每个所述衬套的一个子腔被激活且每个所述衬套的另一个子腔不被激活。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述后桥框架通过改变所述衬套的所述子腔的容积而绕机动车辆竖直轴线移动到相对于所述机动车辆的纵向轴线成特定角度，从而实现所述后车轮相对于所述机动车辆的纵向轴线成对应角度的转向运动。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中位于车辆左手侧的第一子腔和位于车辆右手侧的第二子腔主动扩大，且位于车辆左手侧的第二子腔和位于车辆右手侧的第一子腔被动地被压缩，从而实现所述后车轮朝向右侧的转向运动。

13.根据权利要求10-12任一项所述的方法，其中位于所述车辆左手侧的第二子腔和位于所述车辆右手侧的第一子腔主动扩大，且位于所述车辆左手侧的第一子腔和位于所述车辆右手侧的第二子腔被动地被压缩，从而实现所述后车轮朝向左侧的转向运动。

14.根据权利要求10-13任一项所述的方法，其中控制装置根据驾驶参数来控制在所述后桥框架和因此所述后车轮的转向运动中设置的相对于所述机动车辆纵向轴线的角度大小。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述控制装置根据车速来控制在所述转向运动中设置的相对于所述车辆纵向轴线的所述后车轮的角度大小。

16.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述第二子腔主动地扩大且所述第一子腔被动地被压缩，从而实现所述后桥框架相对于所述机动车辆车身朝向所述机动车辆纵向上的后方的运动。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述控制装置根据对前桥冲击的检测来控制所述后桥框架相对于所述机动车辆的车身朝向所述机动车辆纵向上的后方的运动。