CN106457943A - 弹簧‑导杆‑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的弹簧‑导杆‑装置(1)，其具有由带有分别在带(2)的纵向上取向的纤维(6)的第一纤维复合材料(4)制成的、两个彼此间隔开地布置的带(2)。此外，弹簧‑导杆‑装置(1)具有使带(2)相连接的、由带有相对于带(2)的纵向(5)以正角取向的纤维(8)的第二纤维复合材料(7)制成的接片(3)。弹簧‑导杆‑装置(1)在彼此相对的端部区域(15)中可作为车轮悬挂部(27)的一部分固定在车辆部件处。端部区域(15)包括两个带(2)的彼此相关联的端部区段(14)和接片(3)的分别使带(2)的端部区段(14)相连接的端部区段(9)。可经由带(2)传递分别在纵向(5)上经由端部区域(15)被引入弹簧‑导杆‑装置(1)中的力。带(2)利用弹簧力与通过在接片(3)的法向方向(16)上作用的力引起的弹簧‑导杆‑装置(1)的形变相反地作用。由接片(3)将在横向(13)上作用到弹簧‑导杆‑装置(1)上的力传递到端部区域(15)上。

Description

弹簧-导杆-装置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的弹簧-导杆-装置。此外，本发明涉及一种带有至少一个弹簧-导杆-装置的车轮悬挂部。
背景技术
用于机动车的车轮悬挂部通常具有弹簧装置，以用于实现，机动车的布置在车轮悬挂部的车轮架处的车轮依从车道不平度，且如此负责用于尽可能均匀的地面附着，其中，弹簧装置最大程度地使车轮与车辆的剩余部分断开联结，从而使车辆的剩余部分尽可能不会通过地面不平度被置于上下运动中。在现代的机动车中通常使用由弹簧钢制成的螺旋弹簧来用于弹簧装置，其布置在在车轮架之上布置的拱顶中并且支撑抵靠该拱顶。
传统的车轮悬挂部附加地具有所谓的导杆。导杆是在最简单的情况中设计成棒形的牵杆，其中，该牵杆可摆动地铰接在车轮架处和底盘处。经由该导杆将作用到车轮上的制动力和转弯力传递到底盘上。
传统的车轮悬挂部通常由钢制成并且由于多个组件需要很大的结构空间。
发明内容
本发明的目的是，提供一种弹簧-导杆-装置，其将车轮悬挂部的弹簧装置的功能和导杆的功能结合在一个或多个相同类型的构件中。
该目的通过一种用于机动车的弹簧-导杆-装置实现，其具有由带有分别在带的纵向上取向的纤维的第一纤维复合材料制成的、两个彼此间隔开地布置的带和使带相连接的、由带有相对于带的纵向以正角取向的纤维的第二纤维复合材料制成的接片，其中，弹簧-导杆-装置在彼此相对的端部区域中可作为车轮悬挂部的一部分固定在车辆部件处，其中，端部区域包括两个带的彼此相关联的端部区段和接片的分别使带的端部区段相连接的端部区段，从而可由带分别在纵向上传递经由端部区域被引入弹簧-导杆-装置中的力，从而使带利用弹簧力与通过在接片的法向方向上作用的力引起的弹簧-导杆-装置的形变相反地作用并且从而由接片将在横向上作用到弹簧-导杆-装置上的力传递到端部区域上。
不仅带而且接片可由商业通用的预浸料坯制成。以该方式，实现了尤其成本适宜地制造弹簧-导杆-装置。由于纤维复合材料的与钢组件相比明显更小的重量，与传统的钢弹簧装置和传统的导杆相比也显著减小了根据本发明的弹簧-导杆-装置的重量。由于弹簧装置和导杆的功能被集成到弹簧-导杆-单元中，此外可显著减小用于车轮悬挂部所需的结构空间。
带设计成棒形，即，长延伸的部件，其具有在纵向上伸延的纤维。如果这些带在其彼此相对的端部区段中被夹紧并且使这些端部区段相对于彼此平行地移动，则使带弹性变形。单向伸延的纤维利用回位力与所述变形相反地作用，该回位力基本上与带的尺寸以及所使用的纤维复合材料相关。因此，通过带提供用于车轮悬挂部的弹簧装置。由于带的纤维的取向，带也适合用于在纤维方向上将经由端部区域引入带中的力、例如转弯力从车轮架传递到底盘上。然而，带同样由于其纤维取向仅仅有限地适合用于，将在机动车制动的情况中在横向上作用到带上的制动力以及在带处所存在的制动力矩从车轮架传递到车辆框架上。
为了该目的，带通过接片相互连接。接片是设计成面式的带有在不同的方向上取向的纤维的部件，经由这些纤维可在弹簧-导杆-装置的端部区域之间传递制动力，从而避免了弹簧-导杆-装置的扭转。那么，接片是用于传递在横向上作用的力和用于将绕纵向作用的力矩从车轮架传递到车辆框架上的推力区域。为了该目的，所需的是，第二纤维复合材料的纤维不是平行于带的纤维来取向，而是相对于第一纤维复合材料的纤维成角度地伸延。
有利地，接片主要具有与带相同的长度并且有利地比带显著更宽，以实现弹簧-导杆-装置所需的扭转强度。在此，接片的厚度匹配成，使得接片可将最大出现的制动力和制动力矩从车轮架传递到车辆框架上。
为了匹配弹簧-导杆-装置的弹簧作用，根据本发明还设置成，在带之间在接片的区域中布置其它带。适宜地，这些带在接片的外面处贴靠在接片处，从而使得接片不会通过附加的带断开。
有利地，根据本发明设置成，带具有均匀的或与应力曲线相匹配的超过接片的彼此相对的接片面的超出部。超出部可匹配到应力曲线上，在相对的法向方向上通过压缩或拉伸带边缘层被缩紧的情况中，该应力曲线在纤维纵向上在带边缘层中产生。在端部区域相对于彼此的平行移动的情况中，弹簧-导杆-装置的第一侧面被压缩，而弹簧-导杆-装置的与第一侧面相对的第二侧面被拉伸。通过该压缩和拉伸，在带中产生引起弹簧作用的回位力。由于带的纤维在压缩或拉伸的方向上的纤维取向，带尤其地在这些负载方面是弹性的。相对地，由于第二纤维复合材料的纤维的取向，应避免接片的彼此相对的接片面的强拉伸或压缩，因为接片关于这样的负载的强度更小。
根据本发明，这通过带有均匀地或与应力走向相匹配地超过接片面伸出的带的弹簧-导杆-装置的设计方案实现。在弹簧-导杆-装置偏转的情况中，使彼此相对的带面拉伸或压缩，其中，沿着带的中心线的拉伸或压缩为零。通过使接片在该中心线的区域中布置在带处，实现了彼此相对的接片面的非常小的拉伸或压缩，因为在弹簧-导杆-装置的通过带面定义的且彼此相对的平面中出现了最大的拉伸或压缩。因此，根据本发明，接片适宜地布置在带的中心线的区域中，其中，该中心线也被称为中性纤维，因为在带的端部区段平行移动的情况中，沿着中心线通过带伸延的纤维相对于彼此既不拉伸也不压缩。
为了制造弹簧-导杆-装置，有利地使用预浸料坯。为了制造接片，首先从第二纤维复合材料的预浸料坯中切割出面式的部分件。有利地，带由两个带条组成，这两个带条同样通过从由第一纤维复合材料制成的预浸料坯中切割出来制成。由已准备的接片和已准备的带条来由此制成弹簧-导杆-装置，即带条在接片的边缘区域中布置在彼此相对的接片面处，从而分别两个带条彼此相对地布置在接片的边缘区域处。紧接着，将带条压到接片处，从而第一纤维复合材料和第二纤维复合材料的基体相互连接并且带条和接片形成完整的构件。
为了可经由接片传递出现在弹簧-导杆-装置处的制动力和制动力矩并且同时实现弹簧-导杆-装置的尽可能简单且成本适宜的制造，根据本发明设置成，第二纤维复合材料的纤维彼此交叉地伸延。通过这种彼此交叉地伸延的纤维，制动力和制动力矩可尤其有效地由车轮架传递到车辆框架上，并且相反地传递。此外，可商业通用地且因此成本适宜地将带有交叉的纤维的纤维复合材料例如用作所谓的45°预浸料坯。
也可行的是且根据本发明设置成，弹簧-导杆-装置在端部区域中不是完全被夹紧，而是例如点状地在带的端部区段中固定在车轮架和车辆框架处。为了在弹簧-导杆-装置的这种固定的情况中实现弹簧-导杆-装置的尽可能高的稳定性和在夹紧部位之间充分的力传递，根据本发明设置成，在接片的端部区段中布置有棒形地设计的支柱，其带有在支柱的纵向上或弹簧-导杆-装置的横向上单向地伸延的纤维。
有利地，根据本发明设置成，带和接片在预紧的位置中相互连接，从而使弹簧-导杆-装置在未被加载的状态中具有沿着使端部区域相连接的中轴线的S形轮廓的横截面。根据本发明，还设置成，使弹簧-导杆-装置预变形成使得其具有弧形的走向。以这种方式实现，装配在机动车中的弹簧-导杆-装置在机动车的重力作用下偏转到零位置中，在该零位置中，弹簧-导杆-装置具有基本上平的走向。由此，在机动车运行期间，为机动车的弹簧装置提供弹簧-导杆-装置的最大可能的偏转。
在根据本发明的弹簧-导杆-装置的尤其有利的设计方案中设置成，带呈梯形地以梯形角彼此取向。以这种方式，可实现弹簧-导杆-装置的尤其高的稳定性。
为了当弹簧-导杆-装置装配在机动车中时实现机动车尽可能好的行驶性能，根据本发明设置成，弹簧-导杆-装置的弹簧特性曲线是线性的到递增的。相比钢弹簧，这可通过使用由第一纤维复合材料制成的带来尤其简单地实现。
本发明还涉及一种带有至少一个如以上说明的弹簧-导杆-装置的车轮悬挂部。根据本发明，弹簧-导杆-装置的端部区域固定在车轮悬挂部的车轮架处，其中，与固定的端部区域相对的端部区域可与机动车的底盘相连接。由于以该方式可省去附加的弹簧装置和其它导杆，根据本发明的车轮悬挂部尤其简单并且与传统的车轮悬挂部相比需要更少的结构空间。
有利地，车轮悬挂部具有两个弹簧-导杆-装置，其中，这两个弹簧-导杆-装置至少近似平行地彼此错位地布置在车轮架处。总地来说，所使用的弹簧-导杆-装置的侧面有利地在车轮架处布置且取向成，使得弹簧-导杆-装置的横向几乎相对于车辆纵向轴轴线平行地取向。在此，在机动车的静止位置中，在弹簧-导杆-装置的横向与机动车的纵轴线之间可设置一角度，其中，这种角度此外通过弹簧-导杆-装置的缩紧和弹回引起。但是，无论如何该角度都小于90度、通常小于45度并且有利地在0与20度之间的范围中。
在车轮悬挂部的尤其有利的设计方案中，根据本发明设置成，车轮悬挂部具有减振装置，其中，减振装置可摆动地支承地布置在车轮架处并且可与底盘相连接，其中，减振装置具有带有非线性的弹簧特性曲线的弹簧，该弹簧设计和布置成，使得减振装置在减振装置的端部止挡部处的撞击被避免。
车轮悬挂部的弹簧-导杆-装置有利地设计且在车轮架处布置成使得弹簧-导杆-装置用作横向稳定器和/或纵向稳定器。以这种方式，通过根据本发明的弹簧-导杆-装置附加地承担横向稳定器或纵向稳定器的功能，从而可进一步减小车轮悬挂部的重量、所需的结构空间和制造成本。
有利地，根据本发明设置成，车轮悬挂部具有两个弹簧-导杆-装置，其在车轮架处彼此间隔开地布置且设计成使得弹簧-导杆-装置用作纵导杆、上横导杆、下横导杆、稳定器和弹簧。为了相应地设计和布置弹簧-导杆-装置，在已知配备有车轮悬挂部的机动车的情况下，借助于已知的优化方法确定带厚度、带宽度、接片厚度、弹簧-导杆-装置在车轮架的区域中彼此的距离、梯形角度、在弹簧-导杆-装置的横向与车辆纵轴线之间的角度以及两个弹簧-导杆-装置的横向相对于彼此的角度。为了该目的，以已知的方式建模且在所给出的参数方面优化车轮悬挂部。在弹簧-导杆-装置在车轮架处的布置方案方面，也可设想其它优化参数，例如弹簧-导杆-装置的在弹簧-导杆-装置的相应的法向方向上取向的中轴线的距离。
附图说明
根据在附图中示出的实施例详细阐述根据本发明的弹簧-导杆-装置的其它有利的设计方案。
其中：
图1显示了部分剖切地示出的弹簧-导杆-装置的示意性示出的俯视图，
图2显示了部分剖切地示出的、梯形地设计的弹簧-导杆-装置的示意性示出的俯视图，
图3显示了两个彼此间隔开布置的、梯形地设计的弹簧-导杆-装置的示意性示出的视图，
图4显示了两个彼此间隔开地布置的弹簧-导杆-装置的示意图，其中，弹簧-导杆-装置设计成弧形，
图5显示了两个彼此间隔开地取向的弹簧-导杆-装置的示意图，其中，弹簧-导杆-装置设计成S形，
图6显示了两个彼此间隔开地布置的、梯形的弹簧-导杆-装置的示意图，其中，弹簧-导杆-装置设计成S形，
图7显示了布置在机动车处的车轮悬挂部的示意图，
图8显示了布置在机动车处的带有减振装置的车轮悬挂部的示意图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了部分剖切地示出的弹簧-导杆-装置1的俯视图。弹簧-导杆-装置1具有两个彼此间隔开地布置的带2，带2通过接片3相互连接。带2由带有分别在带2的纵向5上取向的纤维6的第一纤维复合材料4组成。接片3由带有相对于带2的纵向5成正角地取向的纤维8的第二纤维复合材料7组成。带2和接片3由预浸料坯制成。
接片3具有布置在接片3的彼此相对的端部区段9中的支柱10，其中，支柱10由第三纤维复合材料11制成。支柱10的纤维12单向地在弹簧-导杆-装置1的横向13上取向。
由接片3的端部区段9以及带2的分别彼此相对的端部区段14定义弹簧-导杆-装置1的两个彼此相对的端部区域15。在端部区域15中，弹簧-导杆-装置1可固定在车辆部件处，例如车轮架和车辆框架处。当弹簧-导杆-装置1的端部区域15相对于彼此在法向方向16上或者与法向方向16相反地平行移动时，则带2和接片3形变。带2利用回位力与该形变相反地作用，从而使得由带2引发弹簧作用。
图2显示了部分剖切地示出的梯形地设计的弹簧-导杆-装置1的示意性示出的俯视图。弹簧-导杆-装置1的带2呈梯形地以梯形角17彼此取向。
与在图1中示出的弹簧-导杆-装置1相反地，在图2中示出的弹簧-导杆-装置1不具有支柱。只要弹簧-导杆-装置1在端部区域15中完全地、例如以夹持的方式固定在车辆部件处，则可省去支柱。
在以下说明的图3至6中，示例性地以一种附图标记分别表示多个相同类型的组件中的一个组件。
在图3中示意性地示出了两个彼此间隔开地布置的、梯形地设计的弹簧-导杆-装置1的视图。弹簧-导杆-装置1的带2分别具有超过接片3的彼此相对的接片面19的超出部18。接片3分别布置在中心线20或中性纤维的区域中。在弹簧-导杆-装置1的端部区域15的相对地平行移动的情况中，分别使带2的彼此相对的带面21和22剧烈拉伸或压缩。在端部区域15的该平行移动的情况中，沿着相应的中心线20伸延的中性纤维既不被压缩也不被拉伸。因此，通过接片3在中心线20的区域中的布置以及通过超出部18实现接片面19仅仅稍微被拉伸或压缩。
带宽度23、带厚度24、接片厚度25以及弹簧-导杆-装置1固定在未示出的车轮架处的距离26可作为已知的优化方法的目标参数用于确定用于预定的机动车应用的实际参数。
两个弹簧-导杆-装置1的所示出的布置方案原则上相应于在车轮架和车辆框架处的可能的布置方案，其中，弹簧-导杆-装置1的侧(在其中由于梯形的设计方案而具有较小宽度)关联于车轮架。弹簧-导杆-装置1有利地并且对于所有实施形式在车轮架与车辆框架之间布置成使得接片面19至少在弹簧状态中大致水平地取向。
在图4,5和6中示出了分别两个彼此间隔开地布置的弹簧-导杆-装置1。弹簧-导杆-装置1分别具有预紧力，其选择成并且与机动车重量匹配成，使得弹簧-导杆-装置1在机动车中的安装位置中在由机动车质量引起的且作用到弹簧-导杆-装置1上的重力的影响下变形成基本上平的形状。以这种方式，在安装方式中提供弹簧-导杆-装置1的最大可能的弹簧行程。
在图4中示出的弹簧-导杆-装置1被预紧成弧形，并且在图5和6中示出的弹簧-导杆-装置1被预紧成S形。此外，在图6中示出的弹簧-导杆-装置1设计成梯形。
图7显示了车轮悬挂部27的示意图，该车轮悬挂部27布置在弹簧-导杆-装置1上的车辆框架的横梁28处。弹簧-导杆-装置1在一端部区域15中固定在车轮悬挂部27的车轮架29处并且在相对的端部区域15中固定在横梁28处。图示显示了弹簧-导杆-装置1(在行驶方向上的)示意性侧视图。
图8显示了带有两个弹簧-导杆-装置1的车轮悬挂部27的示意图，其中，车轮悬挂部具有减振装置30，其以可摆动支承地布置在车轮架29处并且与车辆支架的横梁28相连接。减振装置30具有带有非线性的弹簧特性曲线的弹簧31，其中，弹簧31设计和布置成使得减振装置30在止挡部32处的撞击被避免。

Claims (11)

1.一种用于机动车的弹簧-导杆-装置(1)，其具有由带有分别在带(2)的纵向(5)上取向的纤维(6)的第一纤维复合材料(4)制成的、两个彼此间隔开地布置的带(2)和使所述带(2)相连接的、由带有相对于所述带(2)的纵向(5)以正角取向的纤维(8)的第二纤维复合材料(7)制成的接片(3)，其中，所述弹簧-导杆-装置(1)在彼此相对的端部区域(15)中能作为车轮悬挂部(27)的一部分固定在车辆部件处，其中，所述端部区域(15)包括所述两个带(2)的彼此相关联的端部区段(14)和所述接片(3)的分别使所述带(2)的端部区段(14)相连接的端部区段(9)，从而能由所述带(2)传递分别在纵向(5)上经由所述端部区域(15)引入所述弹簧-导杆-装置(1)中的力，从而使所述带(2)利用弹簧力与通过在所述接片(3)的法向方向(16)上作用的力引起的弹簧-导杆-装置(1)的形变相反地作用并且使得由所述接片(3)将在横向(13)上作用到所述弹簧-导杆-装置(1)上的力传递到所述端部区域(15)上。
2.根据权利要求1所述的弹簧-导杆-装置(1)，其特征在于，所述带(2)具有基本上均匀的或与应力曲线相匹配的超过所述接片(3)的彼此相对的接片面(19)的超出部(18)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的弹簧-导杆-装置(1)，其特征在于，所述第二纤维复合材料(7)的纤维(8)彼此交叉地伸延。
4.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧-导杆-装置(1)，其特征在于，在所述接片(3)的端部区段(9)中布置有设计成棒形的支柱(10)，其带有在所述支柱的纵向上或所述弹簧-导杆-装置(1)的横向(13)上单向地伸延的纤维(12)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧-导杆-装置(1)，其特征在于，所述带(2)和所述接片(3)在预紧的位置中相互连接，从而使所述弹簧-导杆-装置(1)在未被加载的状态中具有沿着使所述端部区域(15)相连接的中轴线的S形轮廓的横截面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧-导杆-装置(1)，其特征在于，所述带(2)梯形地以梯形角(17)彼此取向。
7.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧-导杆-装置(1)，其特征在于，所述弹簧-导杆-装置(1)的弹簧特性曲线是线性直至递增的。
8.一种带有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的弹簧-导杆-装置(1)的车轮悬挂部(27)，其中，所述弹簧-导杆-装置(1)的端部区域(15)固定在所述车轮悬挂部(27)的车轮架(29)处，并且，与固定的所述端部区域(15)相对的端部区域(15)能与车辆的底盘相连接。
9.根据权利要求8所述的车轮悬挂部(27)，其特征在于，所述车轮悬挂部(27)具有减振装置(30)，其中，所述减振装置(30)能摆动支承地布置在所述车轮架(29)处并且能与所述底盘相连接，其中，所述减振装置(30)具有带有非线性的弹簧特性曲线的弹簧(31)，所述弹簧设计和布置成使得所述减振装置(30)在所述减振装置(30)的端部止挡部(32)处的撞击被避免。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的车轮悬挂部(27)，其特征在于，所述弹簧-导杆-装置(1)用作横向稳定器和/或纵向稳定器。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的车轮悬挂部(27)，其特征在于，所述车轮悬挂部(27)具有两个弹簧-导杆-装置(1)，其在所述车轮架(29)处彼此间隔开地布置且设计成，使得所述弹簧-导杆-装置(1)作为纵导杆、上横导杆、下横导杆、稳定器和弹簧起作用。
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