CN106256569B - 用于机动车辆的车轮悬架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的车轮悬架(1)，至少包含–轮架(2)，该轮架(2)限定用于车轮(3)的旋转轴线(8)，–弹簧(5)，–减振器(4)，其中弹簧(5)和减振器(4)将轮架(2)与车辆车身至少间接地连接、支撑在轮架(2)上并且沿机动车辆的X轴(X)相对于旋转轴线(8)设置在相对侧上。为了使其中轮架的可旋转振动行为相对于车辆的Y轴最佳化的车轮悬架可用，根据本发明规定的是，弹簧(5)的力作用线(10.1、10.2、10.3、10.4)偏离弹簧(5)的中心线(7)。

Description

用于机动车辆的车轮悬架
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于机动车辆的车轮悬架。
背景技术
在现代机动车辆中，所有的车轮通过悬架与车身或各自与车辆的底盘连接。各个车轮和接收车轮的轮架在这里是簧下质量的一部分，该簧下质量或多或少地遵循各个运行表面的竖直轮廓，而车身和底盘形成簧上质量的一部分，该簧上质量至少很大程度上与簧下质量的突然运动相解耦。各种形式的弹簧在现有技术中是已知的。在当今的车辆中，尤其是螺旋弹簧(例如，由钢制成)或气动弹簧被使用。弹簧的效果通过减振器补充，该减振器将簧上和簧下质量之间的运动的能量转化为热量，从而防止不期望的振动行为。由于簧上质量相对于簧下质量的运动主要是竖直方向，所以通常弹簧和减振器也大体上竖直地对准。此外，轮架用或多或少水平延伸的控制臂(例如，横向控制臂或纵向控制臂)连接到底盘。除了车轮悬架之外——其中弹簧与轮架至少间接地连接，弹簧接合在控制臂上的结构类型也是已知的。对于减振器同样适用。
在一种类型的轮系系统中——该轮系特别是在后轮或四轮驱动中使用，减振器设置(相对于车辆的X轴)在驱动轴的前方，并且弹簧设置在驱动轴的后方，或反之亦然，即，弹簧和减振器相对于X轴——即纵向轴线——位于驱动轴的相对侧上。弹簧以及减振器在这里与轮架连接。在这里出现的问题是围绕着车辆的横向轴线(Y轴)的轮架的振动行为的调整。这通常被弹簧力、弹簧的位置、减振器力和减振器的位置影响。然而，弹簧力和减振器力只能改变到有限程度，因为这些尤其通过驾驶安全性和驾驶舒适性方面来确定。此外，弹簧和减振器的位置，更精确地它们距车轮的旋转轴线的距离，可以经常几乎不由于结构原因而改变。
US 4,903,985 A示出了具有弹簧支柱的车轮悬架，该车轮悬架包含减振器和缠绕减振器的螺旋弹簧。弹簧支柱在这里设置在轮架的内侧上并且与其连接。为了防止在弹簧支柱的极端倾斜位置的情况下减振器和弹簧之间的接触，规定的是，弹簧的力作用线在车辆的Y-Z平面内相对于其中心线偏移和/或倾斜。
US 3,573,880 A示出了用于机动车辆的悬架，该悬架具有减振器和设置在其上的螺旋弹簧，其中减振器设置在车辆的车架和轮架之间，螺旋弹簧围绕减振器相对于其偏心地设置并且在上端与车架连接。减振器和弹簧设置在横梁的内侧上。在下端，弹簧设置在底座中，底座相应地安装在减振器上以使它可以相对于此偏心地旋转。在一些实施例中，弹簧被紧固在车架上以使在正常负载的情况下其向外弯曲。
DE 202 21 473 U1公开了一种具有车轮承载弹簧支柱的车轮悬架，该车轮悬架包含减振器和围绕减振器设置的螺旋压缩弹簧。对于横向力的补偿，这里规定的是，弹簧的力作用线倾斜于减振器的中心线延伸。弹簧的中心线在横向于车辆方向的平面中在无应力的状态下这里是S形的且在纵向于车辆方向的平面中是S形的或C形的。
GB 1 198 713A示出了具有弹簧支柱的车轮悬架，该车轮悬架具有减振器和围绕减振器同中心设置的螺旋弹簧。为了对作用在减振器上的车轮的部分补偿弯曲力矩，规定的是，该弹簧在松弛状态下是稍微弯曲的。因此，当它被安装在紧固在减振器上的两个平行底座之间时，它将补偿减振器上的弯曲力矩。
DE 10 2006 010 054 A1示出了具有弹簧位移的车轮悬架。这里，螺旋压缩弹簧——其设置在车辆车身和轮架之间——设置在两个弹簧板之间，两个弹簧板中的至少一个具有相对于垂直于弹簧中心线延伸的平面倾斜的接触区域。此外，弹簧的力作用线平行于中心线移动，从而总体上产生力作用线的倾斜和横向移动的结合。两个弹簧板可旋转地设置，以使通过这，力作用线的三维位置可以被调整并且因此车轮悬架的弹簧刚度可以被设置。
CN 201982554 U的摘要描述了特别是用于车轮悬架的螺旋弹簧。弹簧的中心部分具有较大直径的绕组，该直径朝向两端减少。此外，绕组的中心相对于中心部分朝向端部横向偏移。
DE 10 2004 058 698 B3公开了一种车轮悬架和车辆车身和车轮，车轮悬架通过控制臂装置与轮架可移动地铰接在其上。螺旋压缩弹簧一方面支撑在车辆车身上并且另一方面支撑在轮架上或控制臂装置上，其中车辆车身支撑件的弹簧刚度相对于车轮的接触点能够以控制的方式改变。这例如因为使用螺旋压缩弹簧而实现，其中力作用线偏离几何弹簧中心线并且弹簧能够以控制的方式扭曲。这里，特别是S形螺旋压缩弹簧可以被使用。
EP 0 852 188 B1示出了具有固定部分和移动部分且具有波纹筒的筒式悬架支柱，该波纹筒具有与封闭部分连接的腔室区域且具有卷形波纹筒区域，其中腔室区域相应地安装在固定部分上，卷形波纹筒区域安装在移动部分上的偏心偏移活塞的一端。封闭部分相对于固定部分的纵向轴线倾斜。从相应的倾斜位置，卷形波纹筒区域在纵向轴线的方向上通过活塞拉伸，从而产生剪切力。这被使用以便补偿可以作用在支柱上的横向力。
EP 2 374 639 B1公开了具有两个拉伸纵向摆动臂的复合控制臂轴，其通过轮廓连接，其中螺旋弹簧与每个纵向摆动臂相关联，该螺旋弹簧通过其下端支撑在纵向摆动臂上并且通过其上端支撑在车辆车身上。螺旋弹簧以倾斜的方式安装在上部和下部弹簧轴承之间并且被设置为使得压缩部和延伸部上的力作用线具有不同的倾斜角度。通过上部弹簧轴承的力作用线的上穿透点设置为更靠近相对于通过下部弹簧轴承的力作用线的下穿透点，其中两个穿透点相对于弹簧中心线相对设置并且在拐角的外侧上在转弯时的力作用线在压缩部上比在延伸部上的拐角的内侧上更强烈地倾斜。
KR10 2004 0012 400 A的摘要公开了用于车辆中悬架的螺旋弹簧。这里，用于螺旋弹簧的材料的直径在第一和第二直径之间交替。具有第一直径的材料被定位在弹簧的一侧上并且具有第二直径的材料被定为在另一侧上。据此，螺旋弹簧的中心轴线可以被调整到负载车轴。
鉴于所提出的现有技术，具有绕车辆的Y轴的轮架的改进振动行为的车辆悬架的发展仍提供改进的空间。
发明内容
本发明基于使其中相对于车辆的Y轴的轮架的旋转振动行为最佳化的车轮悬架可用的问题。
根据本发明，该问题通过具有权利要求1的特征的车轮悬架来解决，同时从属权利要求与本发明的有利实施例有关。
应当指出的是，在下面的说明书中各自具体说明的特征和措施可以以任何期望的、技术上有利的方式彼此结合并且表明本发明的另外的实施例。此外，说明书特别是结合附图表征且具体说明本发明。
通过本发明，使用于机动车辆的车轮悬架可用。作为机动车辆，特别是乘用车或重型货车在这里加以考虑。可以关注前轮或后轮的车轮悬架。特别地，它可以是从动后轮的车轮悬架。车轮悬架包含限定用于车轮旋转轴线的轮架、弹簧和减振器。轮架或车桥轴头以已知的方式设置为接收车轮，车轮因此在安装状态下相对于轮架可转动地安装。弹簧用于车辆的簧上质量——即，总体上车身和底盘——与簧下质量——轮架是簧下质量的一部分——的分离。可以基本上采用现有技术中已知的任何结构形式。减振器以已知的方式用来吸收黃上质量对簧下质量的振动。还可以基本上采用现有技术中已知的任何已知的结构形状，例如，它可以被构造为液压减振器。
弹簧和减振器将轮架与车辆车身至少间接地连接。“车辆车身”在这里用作用于车体、底盘且如果适用的副车架的总称。所有这些部件将属于簧上质量。可以分别直接或间接提供连接，即至少一个另外的部件的插入。可以提供所述连接以使弹簧支撑在车辆车身上或各自支撑在轮架上并且在操作状态下通过其预应力保持在那里，其中它例如以弹簧板的方式被接收，其相应地被紧固到车辆车身或被紧固到轮架。连接因此可以通过插入的弹簧底座(例如弹簧板)间接提供。弹簧和/或减振器铰接地安装在车辆车身上或各自安装在轮架上也是可能的，以使某些枢转运动是可能的。根据本发明，弹簧和减振器支撑在轮架上，其中，支撑相应地可以通过插入的底座元件比如弹簧板来提供。
在不同情况下，弹簧和减振器沿机动车辆的X轴相对于车轮旋转轴线设置在相对侧上。这意味着减振器设置为沿X轴在车轮旋转轴线的前方且弹簧在车轮旋转轴线的后方，或者减振器设置在车轮旋转轴线的后方且弹簧在车轮旋转轴线的前方。这里，通过弹簧和减振器作用到轮架上的力引起相对于车轮的旋转轴线的扭矩，其总体上可以导致相对于该旋转轴线的轮架的(有限的)旋转。
根据本发明，弹簧的力作用线偏离弹簧的中心线。这意味着总体上力作用线可以相对于中心线移动和/或倾斜。中心线或各自弹簧中心线相当于圆柱形螺旋弹簧中的圆柱轴线。在非圆柱形弹簧中，其中例如各个绕组具有不同的直径和/或彼此偏移，通常每个绕组的一种类型的中心点被解释并且所述中心点通过虚线连接，其然后形成中心线。然而中心线在无应力状态下可以是弯曲的，如果适用的话，现有技术中已知的弹簧通常被构造以使在无应力状态下产生直的中心线。然而，本发明没有明确限制为螺旋弹簧，而也可以使用其它类型的弹簧，例如气动弹簧。
在如所描述的偏离中心线的力作用线的情况下，实现通过弹簧生成的扭矩的改变而不改变弹簧的安装位置或尺寸是可能的。因此，一方面，静态扭矩改变，轮架通过弹簧经历该静态扭矩改变。然而，从动态方面，轮架的振动行为也被影响。在所描述的悬架系统中，减振器一方面和弹簧另一方面将力施加于导致扭矩的轮架上。相应地，这些影响振动行为，特别是相对于绕车轮的旋转轴线的旋转振动的轮架的谐振频率(或各自固有频率)。因此，改变谐振频率是可能的，其中仅使用具有不同的力作用线的弹簧。据此，比例如通过弹簧的位置变化的大体上更好的协调是可能的。如已经表明的，极限也相对于用于结构原因的位置的这样的变化经常进行设置，其因此也相对于扭矩的影响而存在。随着描述偏离力作用线，这些限制可以被克服。
通常，由弹簧引起的扭矩计算为
Figure BDA0001014787080000061
或各自地M＝r·F·sin α
这里，M是扭矩，F是由弹簧引起的力，r是力的起始点与旋转轴线的距离且α是F和r之间的角度。如可以从上面的等式看出的，只有垂直于距离矢量延伸的力分量，或各自地只有垂直于力延伸的距离矢量的分量，计数为扭矩的总和。如将在下面进一步解释的，通过力作用线的偏离，然而，一方面距离r，另一方面角度α也被改变。两者均影响扭矩。
根据实施例，力作用线相对于中心线沿X轴移位。这意味着沿车辆的纵向轴线的力作用线的位置偏离中心线的位置，然而如果适用的话力作用线的对准保持与中心线平行。与弹簧——其具有中心的力作用线——相比，这具有力的起始点距车轮旋转轴线的距离改变的结果。因此，以相应的方式，扭矩改变(假设的力的量保持相同)。在一种情况下，力作用线可以比中心线距车轮旋转轴线更远，从而杆臂且因此扭矩增加。在另一种情况下，力作用线比中心线位于更靠近车轮旋转轴线，从而杆臂且因此扭矩降低。
根据另外的实施例，力作用线相对于在X-Z平面中的中心线倾斜或各自地偏斜。换句话说，到X-Z平面上的力作用线的投影与中心线的投影成角度延伸。数学上，这也可以理解为绕Y轴的旋转。这也对相对于旋转轴线由弹簧生成的扭矩有影响。这里，一方面，与其中力作用线与中心线一致的弹簧相比，产生改变的杆臂，另一方面，杆臂和杠杆之间的角度也改变。后者甚至可以导致扭矩增加，尽管杆臂缩短。如果，例如，在轮架上的车轮旋转轴线的下方开始的弹簧的情况下，力作用线倾斜以使其上端远离旋转轴线倾斜，其下端——在下端力作用在轮架上——可以接近旋转轴线，这表明更小的扭矩。然而，同时，力和杆臂(即距旋转轴线的距离矢量)之间的角度急剧变小，以使总体上实际上产生更大的扭矩。相应地反之亦然，尽管更长的杆臂这里具有朝向旋转轴线倾斜的力作用线，但产生更小的扭矩。因此，这些考虑当然仅应用于弹簧在车轮旋转轴线下方开始的情况，在旋转轴线高度或高度上方开始的弹簧，不同的条件适用，其在这里不被详细地讨论。
然而关于扭矩的设置，倾斜的力作用线启用与移位的力作用线相似的设置，斜位置导致沿X轴改变的力分量。根据车轮悬架的其它部件的结构，这可能是所需的效果或者一个希望避免的效果。
应当指出的是，原则上力作用线可以同时在X方向上偏移且在X-Z平面中倾斜。
上面所描述的实施例，即，移动和倾斜，涉及X-Z平面内的位置的偏离。尽管根据本发明这是不必要的，但是这可以包括X-Z平面外的位置的其它偏离。因此，例如，力作用线可以另外地也沿Y轴移位或相对于中心线在Y-Z平面内倾斜。
根据实施例，弹簧的下端和/或减振器的下端沿Z轴设置在车轮的安装位置的高度。换句话说，相应的下端设置为邻近车轮的安装位置。因此，它被定位在低的位置。据此，一方面，可以使用相对长的弹簧。这意味着在操作状态下最大可能的弹簧行程相对于弹簧的总长度更小。特别地，防止弹簧在操作状态下完全压缩在这里更容易。如果更大的安装空间可用于此，则在减振器的情况也可以是有利的。
根据另外的实施例，弹簧的下端和/或减振器的下端设置为比车轮的旋转轴线更低。以这种方式，即使当弹簧或各自地减振器相对低设置在车辆车身上时，足够的空间存在用于所述元件的安装，其中弹簧或各自地减振器的不期望的大倾斜也通常可以被避免。太大的倾斜可以一方面削弱垂直力的接收，另一方面通过弹簧传输的横向力将可能太大。在本实施例中，轮架可以具有一种类型的下部支架，弹簧的下端和/或减振器的下端支撑在下部支架上。
基本上，弹簧可以通过不同的结构形式例如作为气动弹簧来实现。根据另一个实施例，弹簧被构造为螺旋弹簧。在这里它通常由弹簧钢或纤维复合塑料制成。螺旋弹簧——其中力作用线与中心线一致——通常在松弛状态下是直的且圆柱形的。在本发明的范围内，另一方面，结构形式加以考虑，其中，例如，各个绕组的曲率半径变化或者中心线在松弛状态下是弯曲的。
根据这样的实施例，弹簧构造为S形。这指的是在松弛状态下的弹簧的形状或各自地其中心线。如上面已经指出的，这种弹簧在张紧状态下通常配置为直的。然而，在张紧状态下它们具有不与中心线一致而与其成角度的力作用线。类似的效果也可以用具有纤维-橡胶复合材料的卷形波纹筒的气动弹簧来实现。这里，与气动弹簧的几何中心线成角度的力作用线通过卷形波纹筒的非对称结构来实现。
根据另一个实施例，弹簧构造为C形。这种叙述相应地也指的是在松弛状态的弹簧或其中心线。在张紧状态下，这样的弹簧通常也是直的。在这种类型的弹簧中，力作用线通常与中心线平行延伸，但横向偏移到其上。
附图说明
在附图中所示的不同示例实施例的帮助下，本发明的进一步的有利细节和效果在下面进一步详细地进行解释。其示出了
图1是根据本发明的第一车轮悬架的示意图；以及
图2是根据本发明的第二车轮悬架的示意图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部件始终给予相同的附图标记，因为这个原因，相同的部件通常也仅描述一次。
根据本发明，图1示出了机动车辆例如乘用车的车轮悬架1的示意图。附图的平面这里相当于车辆的X-Z平面。车轮3在这里绕旋转轴线8可旋转安装轮架2上。轮架2通过控制臂(这里未示出)在车辆侧上连接到底盘(同样未示出)。在轮架2的下部区域中，支架6被设置，其可以与轮架2以整体式构造或紧固(例如拧紧)到其上。
螺旋弹簧5——其例如由弹簧钢制成——通过上端11支撑在未在这里示出的车辆车身(底盘、车体或副车架)上。沿车辆的X轴观察，螺旋弹簧5这里设置在旋转轴线8的前方，并且与X轴成直角延伸。它通过下端12支撑在支架6上。气动或液压减振器4通过上端13同样地支撑在车辆车身上且通过下端14支撑支架6的一个上。沿X轴观察，减振器4这里设置在旋转轴线8的后方，并且同样地与X轴成直角延伸。下端12、14和支架6这里相对于所述Z轴位于车轮3的安装位置的高度并且明显设置为比它的旋转轴线8更低。
附图示出了通过减振器4发展的力的力作用线9，和相关的有效杆臂rD，即与车轮旋转轴线8的距离矢量的、垂直于减振器的力分量。由减振器4引起的扭矩相当于减振器力和有效杆臂rD的乘积。螺旋弹簧5的中心线7也在图中被输入。在传统的弹簧中，不根据本发明，这相当于力作用线。由弹簧引起的扭矩相当于弹簧力和有效杆臂rF0的乘积。
在本示例中，示出了螺旋弹簧5的力作用线10.1、10.2，其在松弛状态下是C形的。这导致相对于螺旋弹簧5的中心线7的力作用线10.1、10.2的移位，以使在螺旋弹簧5的合适取向的情况下，在一个实例中，力作用线10.1产生，其进一步远离车轮旋转轴线8，这导致更有效杆臂rF1。据此，扭矩也增加。在另一个实例中，产生力作用线10.2，其设置为更靠近旋转轴线8，这导致更小的杆臂rF2。在与减振器4的(不变)扭矩交互中，通过这些措施，轮架2的振动行为可以相对于旋转轴线8进行调整。这里，螺旋弹簧5的尺寸和位置基本上没有必要被改变，即，结构干预是最小的，因为大体上具有不同力作用线的螺旋弹簧5插入到现有系统中。基本上，不同的力作用线10.1、10.2可以用一个且相同的螺旋弹簧5来实现，螺旋弹簧5将必须分别旋转180°。
图2示出了车轮悬架1的供选择的实施例，其大体上相当于图1中的车轮悬架1并且因此不再详细地说明。然而，在本实施例中，使用螺旋弹簧5，该螺旋弹簧5在松弛状态下是S形的，以使产生相对于在X-Z平面中的中心线7倾斜的力作用线10.3、10.4。该图通过举例的方式示出了力作用线10.3，其在上部区域中朝向旋转轴线8倾斜。据此，产生缩短的有效杆臂rF3，其(在量方面同样大的力)导致更小的扭矩。也示出了力作用线10.4，其在上部区域远离旋转轴线8倾斜。这导致加长的有效杆臂rF4且导致与此连接的增加的扭矩。这里，另外，不同的力作用线10.3、10.4可以用一个且相同的螺旋弹簧5来实现，螺旋弹簧5分别旋转180°。然而关于扭矩的设置，这里所示的力作用线10.3、10.4启用与图1中所示的移位的力作用线10.3、10.4相似的设置，倾斜导致沿X轴的力分量，根据实施例，这可能是令人期望的或不令人期望的。
在这里所示的每个实施例中，可以实现静态扭矩——其由螺旋弹簧5引起——以及相对于旋转轴线8的轮架2的振动行为的影响，而整个车轮悬架1的主要重新设置是没有必要的。相反地，选择各自合适的螺旋弹簧5并且在正确的方向安装该螺旋弹簧5是足够的。
附图标记列表
1 车轮悬架
2 轮架
3 车轮
4 减振器
5 螺旋弹簧
6 支架
7 中心线
8 旋转轴线
9、10.1-10.4 力作用线
11、13 上端
12、14 下端
rD、rF0、rF1、rF2、
rF3、rF4 有效杆臂
X X轴
Z Z轴

Claims (5)

1.一种用于机动车辆的车轮悬架(1)，至少具有
–轮架(2)，所述轮架(2)限定用于车轮(3)的旋转轴线(8)，
–弹簧(5)，
–减振器(4)，
其特征在于
其中所述弹簧(5)和所述减振器(4)将所述轮架(2)与车辆车身至少间接地连接、支撑在所述轮架(2)上并且沿所述机动车辆的X轴(X)相对于所述旋转轴线(8)设置在相对侧上以通过所述弹簧(5)和所述减振器(4)作用到所述轮架(2)上的力引起相对于所述车轮(3)的所述旋转轴线(8)的扭矩，
所述弹簧(5)的力作用线(10.1、10.2、10.3、10.4)偏离所述弹簧(5)的中心线(7)以相对于所述旋转轴线(8)调整所述轮架(2)的振动行为，并且所述弹簧(5)被构造成S形或C形螺旋弹簧，或者被构造成气动弹簧。
2.根据权利要求1所述的车轮悬架，
其特征在于
所述力作用线(10.1、10.2)沿所述X轴(X)相对于所述中心线(7)移位；或者所述力作用线(10.3、10.4)在X-Z平面中相对于所述中心线(7)倾斜。
3.根据权利要求1或2所述的车轮悬架，
其特征在于
不同的力作用线通过旋转一个且相同的螺旋弹簧来实现。
4.根据前述权利要求的任一项所述的车轮悬架，
其特征在于
所述弹簧(5)的下端(12)和/或所述减振器(4)的下端(14)沿Z轴(Z)设置在所述车轮(3)的安装位置的高度。
5.根据前述权利要求的任一项所述的车轮悬架，
其特征在于
所述弹簧(5)的下端(12)和/或所述减振器(4)的下端(14)设置为比所述旋转轴线(8)更低。
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