CN106457946A

CN106457946A - 具有横向板簧的双横臂式悬架或麦弗逊式悬架及其定尺寸方法

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Publication number: CN106457946A
Application number: CN201580018301.XA
Authority: CN
Inventors: 费德里科·皮亚斯科; 洛伦佐·阿尔基泰托
Original assignee: Iveco SpA
Current assignee: Iveco SpA
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-04-02
Also published as: EP3126165A1; BR112016022843A2; CN106457946B; EP3126165B1; BR112016022843B1; WO2015151064A1

Abstract

一种用于对具有横向板簧(LS)的四边形悬架或麦弗逊式悬架(S)确定尺寸的方法，其中，横向板簧限定与由悬架(S)限定的对称车轴平行地布置的纵向延伸线(Y)，并且横向板簧具有中央基准点(M)、连接至悬架的下臂(AL)的端点(L/2)以及在中央基准点与端点的中间的约束至固定部分(C)的约束点(I/2)，所述方法包括对从所述中央基准点(M)开始沿着所述纵向延伸线(Y)测得的下述距离进行定义的步骤：‑P＝下臂(AL)与轮毂(SP)之间的连接部(X2)的距离，‑L/2＝距板簧(LS)的端点(L/2)的距离，‑H＝下臂的所述第一部分与所述固定部分(C)之间的铰链的距离，‑I/2＝所述中间约束点(I/2)的距离；并且所述方法包括下述步骤：‑定义H与L/2之间的差/距离为d以及H与P之间的差/距离为b，‑定义R＝b/(b‑d)，‑定义ks＝ksosp*R²[等式1]，其中，ks是板簧的在对称竖向载荷情况下的刚度，并且ksosp是悬架的在对称竖向载荷情况下的刚度，‑根据以下等式限定所述板簧(LS)的厚度h：‑在所述中央基准点(M)与I/2之间，h＝h0，‑在I/2与L/2之间，h(Y)＝2*((Y‑(cost₁))/(cost₂))^0.5，其中，Y是自变量，cost₁＝1015.00942，并且cost₂＝‑8.51224，并且其中，所述板簧的材料的杨氏模量在195GPa与210GPa之间。

Description

具有横向板簧的双横臂式悬架或麦弗逊式悬架及其定尺寸方法

技术领域

本发明涉及车辆悬架的领域，具体地涉及具有横向板簧的四边形悬架或麦弗逊式悬架的定尺寸方法，并且涉及通过该方法获得的悬架。

背景技术

具有横向板簧的四边形悬架已经应用了许多年，特别地用于工业车辆的前悬架。

为了确保最佳的动力特性，这些独立的车轮悬架通常由防倾杆进行补充，该防倾杆将底盘连接至悬架的部件——比如下摆臂、减震器等——以限制车辆的侧倾运动。

当同一车轴的悬架经受对称的竖向荷载时，防倾杆不起作用。另一方面，防倾杆与悬架以与作用在同一车轴的悬架上的竖向载荷之间的差相称的方式配合。

考虑由下摆臂施加至横向板簧的端部的载荷：

-板簧的“对称载荷情况下的竖向刚度”定义为：在板簧的两个相反端部负载有方向相同的相等竖向载荷的情况下、施加至板簧的一个端部的每单位面积上的竖向载荷与该端部的竖向位移之间的比值；

-板簧的“非对称载荷情况下的竖向刚度”定义为：在板簧的两个相反端部负载有方向相反的相等竖向载荷的情况下、施加至板簧的一个端部的每单位面积上的竖向载荷与该端部的竖向位移之间的比值。

当板簧抵抗侧倾，在非对称竖向载荷情况下的竖向刚度为对称竖向载荷情况下的竖向刚度的至少两倍时，实现了最佳的车辆动力学性能。

根据现有技术，上述结果必须通过利用防倾杆来实现，其中，防倾杆的相关元件将该杆连接至车体并且连接至悬架部件，因此使重量和尺寸增大。

另一方面，这种杆的移除降低了车辆的性能，特别是在弯曲方面的性能。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服所有上述缺点并且指出一种用于对具有横向板簧的四边形悬架或麦弗逊式悬架确定尺寸的方法，该方法使得能够实现与配备有防倾杆的类似悬架相同的性能。

换句话说，本发明的目的是提供一种用于对具有横向板簧的四边形悬架或麦弗逊式悬架确定尺寸的方法，该方法使得能够移除防倾杆。

本发明的目的是提供一种对具有横向板簧的四边形悬架确定尺寸的方法。

另外，本发明的目的是提供一种通过以上方法确定尺寸的具有横向杆的四边形悬架。

该悬架特别适用于轻型工业车辆和商用车辆的领域。

权利要求描述了本发明的优选实施方式并且构成了本说明书的组成部分。

附图说明

根据对本发明的实施方式(及其变型)的以下详细描述并且根据仅作为说明性的而非限制性的示例给出的附图，本发明的更多目的和优点将变得明显，在附图中：

图1示出了设置有具有横向板簧的四边形悬架的半轴的正视图；

图2示出了图1的半轴的俯视图；

图3示出了图2中示出的车轴的纵向截面的正视图；

图4a、图4b和图4c示出了横向板簧的分别为静置、大致水平的下臂承受对称的竖向载荷以及大致水平的下臂承受非对称的竖向载荷的可能情况；

图5示出了从图4a获得的尺寸参数；

图6示出了本发明的应用至麦弗逊式布置的优选实施方式。

在附图中，相同的附图标记和字母指的是相同的元件或部件。

在本说明书中，术语“第二”部件并不意味着存在“第一”部件。这些术语实际上只是为了清楚起见并且不意于作为限制。

具体实施方式

图1示出了通过本发明的方法确定尺寸的具有横向板簧的四边形悬架。本发明的方法还适用于麦弗逊式布置。

由于车轴关于轴线M对称，因此仅示出了半轴。

固定部分C限定车身的结构部件，同一车轴的悬架连接至该结构部件。

示出了总体上呈大致V形或Y形的下臂AL，下臂AL的两个叉状端部借助于铰链X1铰接至固定部分C。下臂的与上述叉状端部相反的顶点V1借助于球接头X2连接至轮毂SP的下部部分。

还示出了同样总体上呈大致V形或Y形的上臂AU，上臂AU的两个叉状端部借助于铰链X1上方的铰链X3铰接至固定部分C。上臂AU的顶点V2借助于球接头X4连接至轮毂SP的上部部分。

减震器SG具有两个相反端部，所述两个相反端部中的第一端部借助于铰链X3上方的铰链X5铰接至固定部分C，而第二端部借助于铰链X6在所述顶点V1附近铰接至下臂AL。

图1示出了横向板簧LS的小部分，该横向板簧LS具有两个相反端部，其中第一端部连接至图1中示出的下臂AL，而另一端部连接至车轴的相对于轴线M的相反侧的悬架的下臂(未示出)。

应该指出的是，定语“横向”涉及将包含该车轴的车辆的竖向延伸线。因此，板簧LS具有与图中示出的车轴的纵向延伸线Y平行的纵向延伸线。

还应该指出的是，板簧的相反两个端部被约束成在其形成各自的座部B1上蠕动(crawl)，座部B1形成在悬架的下臂上。

参照图2，其示出了由上臂AU限定的V形或Y形。还示出了减震器SG、轮毂SP和转向连杆的一部分，其中，转向连杆在车轴不转向时可能不显现。在这种情况下，球接头X2和X4是不必确保轮毂SP绕与延伸线Y垂直的轴线旋转的简单的铰链。

图2示出了该横向板簧LS的从一个悬架延伸至同一车轴的另一悬架的另一部分。特别地，图2示出了板簧的宽度B。

图3示出了图2中所示的车轴的纵向截面A-A。

为了更好地理解图3的示图，在下面复制了延伸线Y。零基准点0由延伸线Y与垂直于延伸线Y的对称轴线M的交点给出。

中间约束件B2优选地借助于橡胶块将板簧LS约束至固定部分C，而端部约束件B1优选地借助于橡胶块将板簧LS的一个端部约束至下臂AL。

延伸线Y上的点I/2是约束件B2的中间点(或重心点)在轴线Y上的投影，而点L/2是端部约束件B1的中间点(或重心点)的投影。

前述投影点还确定了距零点——即距轴线M——的距离。

点P是轮毂SP与下臂AL之间的连接部在轴线Y上的投影。

“d”是点H与点L/2之间的距离/差，并且b是H和点P之间的距离/差。H是每个下臂AL的铰接点(例如在图4中示出)。

“ksosp”是悬架S的“对称载荷情况下的竖向刚度”，ks是“板簧的在对称载荷情况下的竖向刚度”，并且“ka”是板簧的“在非对称载荷情况下的竖向刚度”。

图4a示出了下臂AL大致水平的情况。

图4b示出了具有相同方向的对称的竖向载荷U施加至同一车轴的板簧的两个相反端部的情况。

图4c示出了非对称竖向载荷U——即，具有相同的模值和相反的方向——施加至同一车轴的板簧的两个相反端部的情况。

板簧的端部在具有预定的轴向宽度的底座上蠕动。因此，板簧的端部是与底座B1的中间部分或重心部分对应的点。这些端部之间的距离表示为板簧的有效长度L，而板簧的总长度Ltot肯定会大于其有效长度L。这种对比参照与图4a的情况对应的图5很好地示出。

在下文中，将参照有效长度L。

板簧LS还具有宽度B和厚度h(Y)。

根据本发明的优选实施方式，L＝1365mm±20mm，B＝90mm±15mm，并且厚度h(Y)具有位于约束件B1之间(即在0与I之间)的恒定部分h0＝17mm±2mm、位于板簧的点L/2处——即在板簧的端部块B2的重心处测得的——的端部厚度‘he’，其中，he＝12.5mm±5mm、以及位于约束件B1与约束件B2之间——即在轴线Y上的I/2与L/2之间——的具有抛物面的部分(图2、图3和图5)。

因此，假设板簧的两个相反的面具有下述轮廓：该轮廓在0与B1之间是恒定的并且在B1与B2之间是抛物线状的。

此外，R＝b/(bd)＝1.4±0.15，该无量纲数形成悬架S的下摆臂的结构参数。

“E”表示板簧的材料的纵向弹性模量或杨氏模量，通常能够在195GPa与210GPa之间变化。

当：

ksosp＝74N/mm±20N/mm时，

可以得到：

ks＝ksosp*R²＝145N/mm±20N/mm [等式1]，

如以上所提到的，期望的是使

该结果可以通过对板簧的在两个约束件B1与B2之间的抛物线部中的厚度h(Y)适当地确定尺寸来获得，如对于距离I＝800mm±10mm有效的以下等式所描述的:

h(Y)＝2*((Y-(cost₁))/(cost₂))^0.5，Y在I/2与L/2之间变化，[等式2]，其中：

-cost₁＝1015.00942

-cost₂＝-8.51224

在这种情况下，Y还表示沿着轴线Y的自变量。

此外：

h0＝h(I/2)，并且he＝h(L/2)

所述定尺寸允许实现对称竖向载荷情况下的刚度与非对称竖向载荷情况下的刚度之间的前述期望比值，因此实现了与具有防倾杆的类似布置相同的性能。显然，这允许避免防倾杆的安装。

因此，所述定尺寸获得了先前在现有技术中没有见过的令人惊讶的效果。

更特别地，对于四边形悬架或麦弗逊式悬架，上述方法能够对板簧确定尺寸、以及对将板簧居中地限制在固定部分C内的块B1进行适当定位。

参照图6，其示出了具有麦弗逊式悬架的车轴的立体图，该麦弗逊式悬架不同于前述的四边形布置，这是因为该麦弗逊式悬架不存在上臂并且因为减震器与轮毂SP固定在一起。

如果本领域技术人员希望得到是ks的两倍的某一刚度ka，则板簧应该被简单地拉伸成具有等于h(Y)的可变厚度和等于B的宽度。

对本领域技术人员而言，可以在不偏离本发明的保护范围的情况下对所描述的非限制性示例作出多种实施方式，包括所有等效实施方式。

根据以上描述，本领域技术人员能够在不引入任何另外的构造细节的情况下实施本发明。可以在不背离本发明的保护范围的情况下将各个优选实施方式中示出的元件和特征进行结合。在对现有技术的描述中描述的内容，除非在详细描述中明确地排除，否则必须结合本发明的特征来考虑，从而构成本发明的组成部分。

Claims

1.一种具有横向板簧的四边形悬架或麦弗逊式悬架(S)，所述悬架(S)包括：

-下摆臂(AL)，所述下摆臂(AL)具有铰接至车辆的固定部分(C)的第一部分以及连接至轮毂(SP)的第二部分，

-轮毂(SP)，

-减震器(SG)，所述减震器(SG)具有铰接至所述车辆的所述固定部分(C)的第一端部以及与所述第一端部相反的铰接至所述轮毂(SP)或所述下摆臂(AL)的第二端部，

-板簧(LS)，所述板簧(LS)限定与由所述悬架(S)限定的对称的车轴平行地布置的纵向延伸线(Y)，所述板簧(LS)具有中央基准点(M)、连接至所述下臂(AL)的端点(L/2)以及在所述中央基准点(M)与所述端点(L/2)中间的约束至所述固定部分(C)的约束点(B2、I/2)，

其中，定义了从所述中央基准点(M)开始沿着所述纵向延伸线(Y)测得的下述距离：

-P＝所述下臂(AL)与所述轮毂(SP)之间的所述连接部(X2)的距离，

-L/2＝距所述板簧(LS)的所述端点(L/2)的距离，

-H＝所述下臂的所述第一部分与所述固定部分(C)之间的所述铰链(X1)的距离，

-I/2＝所述中间约束点(B2)的距离；

其中，I/2小于H，并且所述板簧(LS)包括在所述中央基准点(M)与I/2之间的具有恒定厚度的部分(h0)、以及在I/2与L/2之间的以指数方式减小的厚度。

2.一种对根据权利要求1所述的悬架(S)确定尺寸的方法，所述方法包括下述步骤：

-定义H与L/2之间的差/距离为d以及H与P之间的差/距离为b的步骤，

-定义R＝b/(b-d)的步骤，

-定义ks＝ksosp*R²[等式1]的步骤，

其中，“ks”是所述板簧的在对称竖向载荷情况下的刚度，并且“ksosp”是所述悬架的在对称竖向载荷情况下的刚度，

其中，I/2与L/2之间的指数变化的厚度由以下等式定义：

h(Y)＝2*((Y-(cost₁))/(cost₂))^0.5[等式2]，

其中，Y是自变量，cost₁＝1015.00942，并且cost₂＝-8.51224，并且其中，所述板簧的材料的杨氏模量在195GPa与210GPa之间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，当

-所述板簧(LS)的有效长度L＝1365mm±20mm，宽度(B)＝90mm±15mm，并且

-R＝1.4±0.15

-ksosp＝74N/mm±20N/mm

-ks＝145N/mm±20N/mm

-

-I＝800mm±10mm时；

则

h0＝17mm±2mm，并且he＝h(L/2)＝12.5mm±5mm。

4.一种具有横向板簧的四边形悬架或麦弗逊式悬架(S)，其中，所述悬架包括：

-轮毂(SP)，

-板簧(LS)，所述板簧(LS)限定与由所述悬架(S)限定的对称的车轴平行地布置的纵向延伸线(Y)，所述板簧(LS)具有中央基准点(M)、连接至所述下臂(AL)的端点(L/2)以及在所述中央基准点(M)与所述端点(L/2)中间的约束至所述固定部分(C)的约束点(I/2)；

所述悬架(S)限定从所述中央基准点(M)开始沿着所述纵向延伸线(Y)测得的下述距离：

-P＝所述下臂(AL)与所述轮毂(SP)之间的所述连接部距中心点的距离，

-L/2＝距所述板簧(LS)的所述端点(L/2)的距离，

-H＝所述下臂的所述第一部分与所述固定部分(C)之间的所述铰链的距离，

-I/2＝所述中间约束点(B2)的距离；

-所述悬架限定有I＝800mm±10mm、H与L/2之间的差/距离为“d”以及H与P之间的差/距离为“b”，并且参数R＝b/(b-d)＝1.4±0.15；

-所述板簧限定有：在对称竖向载荷情况下的刚度“ks”等于145N/mm±20N/mm，在非对称竖向载荷情况下的刚度“ka”约等于2*ks，并且其中，所述板簧(LS)的长度L＝1365mm±20mm，宽度(B)＝90mm±15mm，厚度h0＝17mm±2mm，并且端部厚度he＝12.5mm±5mm，

并且其中，所述板簧的材料的杨氏模量在195GPa与210GPa之间。