CN107000519A - 用于双辙机动车的车轮的轴和具有这样的轴的双辙机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于双辙机动车的车轮的轴，所述轴在每个车辆侧具有轮架、减振器支柱、横向导臂和至少部分地沿侧向和/或沿车辆纵向引导车轮的横向板簧，其中，减振器支柱具有减振器管和在减振器管中沿减振器纵轴线可运动的减振器活塞，其中，减振器支柱以减振器管连接在轮架上并且在有效的第一运动学点中支承在轮架上，其中，横向导臂具有轮架侧的端部区域并且以所述轮架侧的端部区域连接在轮架上并且在有效的第二运动学点中支承在轮架上，并且所述横向板簧大致沿车辆横向方向延伸并且具有至少一个轮架侧的端部区域。横向板簧以其轮架侧的端部区域连接在减振器支柱上并且在有效的第三运动学点中支承在减振器支柱上。此外本发明涉及一种具有这样的轴的双辙机动车。

Description

用于双辙机动车的车轮的轴和具有这样的轴的双辙机动车
技术领域
本发明涉及一种用于双辙机动车的车轮的轴，所述轴在每个车辆侧具有轮架、减振器支柱、横向导臂和至少部分地沿侧向和/或沿车辆纵向引导车轮的横向板簧，减振器支柱具有减振器管和在减振器管中沿减振器纵轴线可运动的减振器活塞，减振器支柱以减振器管连接在轮架上并且在有效的第一运动学点中支承在轮架上，横向导臂具有轮架侧的端部区域并且以所述轮架侧的端部区域连接在轮架上并且在有效的第二运动学点中支承在轮架上，并且所述横向板簧关于所述轴在双辙机动车中的符合功能的安装状态大致沿车辆横向方向延伸并且具有至少一个轮架侧的端部区域。
背景技术
由现有技术一般已知、例如由DE 41 40 236 A1、DE-OS 25 41 841或DE 10 2007051 470 A1已知用于双辙机动车的轴，其包括横向板簧、即大致沿车辆横向方向伸展的板簧、尤其是如下横向板簧，所述横向板簧的弹簧片关于在车辆中的符合功能的安装状态沿车辆竖直方向相叠地设置。
原则上在此区分引导车轮的横向板簧(即支承出现的力的横向板簧)以及不引导车轮的横向板簧(即相应挠性支撑的横向板簧)。尤其是区分沿侧向引导车轮的或沿侧向不引导车轮的横向板簧和沿车辆纵向引导车轮的或沿车辆纵向不引导车轮的横向板簧，即支承出现的横向力或者说侧向力或沿车辆横向方向被挠性支撑的横向板簧和支承出现的纵向力或者说沿车辆纵向被挠性支撑的横向板簧。
如下横向板簧表示为部分引导车轮(沿侧向或沿纵向方向)，即，这些横向板簧只接收或支承沿侧向或沿纵向方向作用的引导车轮的力的一部分和/或只在确定的行驶状况中支承沿侧向或沿纵向方向作用的力。即(沿侧向或沿纵向方向)部分地引导车轮的横向板簧被这样支撑，尤其是被这样连接在车辆结构和车轮悬架上，使得通过横向板簧只可以支承力(侧向力或纵向力)的一部分和/或只在确定的行驶状况中可以支承力(侧向力或纵向力)。
由最先提到的DE 41 40 236 A1以及由DE-OS 25 41 841分别已知一种用于双辙机动车的横向板簧轴，其具有沿侧向并且沿纵向方向引导车轮的、在两个彼此间隔开的点上支承在车辆结构上的横向板簧。在此，横向板簧以其端部(即在轮架侧)分别刚性、尤其是形状刚性地连接在下横向导臂上，即横向板簧连接左下方的横向导臂和右下方的横向导臂。
由DE 10 2007 051 470 A1已知，侧向力在车辆结构上的支承可以例如通过横向板簧实现，其方式为，横向板簧为了支承作用的侧向力而通过两个偏心的、沿车辆横向方向几乎刚性的支撑件连接在车辆结构上并且另一方面这样刚性地连接或支承在轮架上，例如通过借助一个或多个螺钉来固定的螺栓连接或通过以相应构成的橡胶支撑件形式的耦合元件，使得该横向板簧类似于横向导臂起作用并且因此沿侧向引导车轮。基于板簧也沿车辆纵向的刚性连接，该板簧也沿纵向方向引导车轮地起作用。
这样的横向板簧轴在此尤其是适合用于按照弹簧支柱轴原理构造的轴，尤其是适用于按照麦克弗森(MacPherson)弹簧支柱轴原理构造的轴，即所述轴具有分别在轮侧支承在轮架上的减振器支柱，然而所述轴代替弹簧支柱仅具有减振器支柱，即所述轴不具有围绕减振器支柱设置的螺旋弹簧。弹簧功能在该情况下可以由横向板簧承担。即可以取消经常也称为支承弹簧的螺旋弹簧。
然而相对于传统的麦克弗森弹簧支柱轴，螺旋弹簧的取消原则上具有缺点，即，由于出现的轮载而作用到减振器支柱上的横向力不再可以被补偿，因为横向力补偿通常如下实现，即，螺旋弹簧沿也称为支承弹簧轴线的纵轴线轻微倾斜地相对于减振器轴线定位，从而减振器活塞在弹入和弹出时，至少在确定的行驶状况中可以几乎无横向力并且因此能够以比没有横向力补偿时较少的摩擦在减振器管中沿减振器轴线运动。
在具有至少部分地(沿侧向和/或沿纵向方向)引导车轮的横向板簧(所述横向板簧以其端部分别基本上刚性地连接在下横向导臂上)的轴中的另一个原则上的问题在于，在车轮的弹入和/或弹出时，横向板簧连接在横向导臂上的铰接连接部在运动学上不仅跟随横向板簧的运动而且跟随下横向导臂的运动，尽管横向导臂和横向板簧端部本来在不同的轨道曲线上运动(这是因为横向导臂和横向板簧分别围绕不同的连接点旋转)。横向导臂在弹入和弹出时围绕其车辆结构侧的连接点运动并且横向板簧围绕车辆结构上的处于最近的连接点运动，所述处于最近的连接点不与下横向导臂的车辆结构侧的连接点重合。
然而因为横向板簧和横向导臂刚性地连接并且横向导臂的刚度沿其纵向方向、即在其长度上通常显著大于横向板簧的刚度，所以在弹入和弹出时出现的力通常引起横向板簧的变长，从而将横向板簧强制性地沿横向导臂的轨道曲线引导。由此出现横向板簧的拉紧，所述拉紧随着弹入或弹出行程增加而变大，这是因为随着弹入和弹出行程增加，实际的轨道曲线差别变大。然而对于优化的行驶特性重要的是，横向板簧在弹入和弹出时可以尽可能无拉紧地运动，尤其是可以尽可能无拉紧地弯曲。因此，如下的轴不具有优化的弯曲特性，在所述轴中，横向板簧为了支承出现的侧向力而刚性地与下横向导臂连接。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种用于双辙车辆的具有至少部分地沿侧向和/或沿车辆纵向引导车轮的横向板簧的轴以及一种具有对应的轴的双辙车辆，该轴一方面具有尽可能优化的弯曲特性，即该轴的横向板簧在弹入和弹出时尽可能少地被拉紧，并且该轴相对于由现有技术已知的轴能够实现对作用到减振器支柱上的并且提高该减振器支柱摩擦的横向力的改善的补偿。
该任务通过具有权利要求1的特征的轴以及通过具有权利要求10的特征的双辙机动车解决。本发明有利的以及优选的设计是其他权利要求的技术方案并且接着进一步解释。权利要求的原文通过明确的参考引入为说明书内容。
按照本发明的轴的特征在于，横向板簧以其轮架侧的端部区域连接在减振器支柱上并且在有效的第三运动学点中支承在减振器支柱上。
即，在按照本发明的轴中，左边的减振器支柱和右边的减振器支柱通过横向板簧相互耦合，尤其是通过横向板簧相互连接。大致沿车辆横向方向、即y方向延伸的横向板簧在此可以在其长度上一件式地构成，即，几乎从左边的轮架延伸直至右边的轮架，或以由现有技术已知的方式多件式地构成，即，沿车辆横向方向由多个横向板簧部件组装而成。
按照本发明的轴在此原则上如弹簧支柱轴那样构造，尤其是如麦克弗森弹簧支柱轴那样构造，然而可以取消在弹簧支柱轴中围绕减振器支柱设置的螺旋弹簧。即，按照本发明的轴优选在每个车辆侧仅具有减振器支柱。由此，这样的轴通常较不复杂并且在许多情况下比类似的弹簧支柱轴要求较少结构空间。此外，横向板簧轴经常相对于弹簧支柱轴具有重量优点。
当然理论上也可设想，按照本发明的轴在每个车辆侧代替减振器支柱而设置弹簧支柱。当然为了这样的轴的优化的弹簧特性，各个弹簧元件彼此间的谨慎协调是必需的。
按照本发明的轴的横向板簧在此至少部分地沿侧向引导车轮和/或至少部分地沿车辆纵向引导车轮地构成。即，通过按照本发明的轴的横向板簧可以支承侧向力的至少一部分和/或纵向力的至少一部分和/或可以在确定的行驶状况中支承侧向力或纵向力。
但横向板簧也可以构成用于沿侧向引导车轮和/或构成用于沿车辆纵向引导车轮，即这样构成，使得可以通过横向板簧支承全部的出现的侧向力和/或全部的出现的纵向力。
通过横向板簧可以怎样连接在车辆结构上和横向板簧怎样连接在减振器支柱上、即横向板簧的相应连接怎样构成，横向板簧作为沿侧向和/或沿车辆纵向引导车轮的横向板簧或作为沿侧向和/或沿车辆纵向部分地引导车轮的横向板簧起作用。
按照本发明的轴在此可以不仅构成为前桥而且构成为后桥，所述轴可以相应构成为可转向的或不可转向的轴。
如果按照本发明的轴构成为可转向的轴，则第一和第二运动学点优选这样设置，使得所述第一和第二运动学点限定一个撑开轴线，即限定如下轴线，在转向运动时车轮围绕该轴线旋转。
按照本发明的轴的横向板簧可以具有一个弹簧片或多个弹簧片或者一个或多个弹簧层，其中，横向板簧优选具有多个、尤其是平行相叠地设置的弹簧片，所述弹簧片特别优选形成板簧组。优选横向板簧在此这样设置，使得弹簧片关于在车辆中的符合功能的安装状态大致沿车辆竖直方向相叠地设置。即，优选各个弹簧片大致沿z方向堆叠，优选相叠平行。但横向板簧也可以轻微倾斜地设置，即，围绕y轴倾斜一点，从而不仅竖直力引起横向板簧的弯曲，而且纵向力也引起横向板簧的弯曲，虽然优选只以显著较小的份额。
各个弹簧片的几何结构、尤其是其形状以及其厚度和其沿车辆横向方向的横截面变化在此优选这样选择并且板簧组这样彼此协调地组装，使得得到希望的弹簧特性。
弹簧片在此可以由通常的弹簧钢制造，但也可以由纤维增强的塑料或类似物制造。当然，板簧组或所有的横向板簧也可以由不同材料制成的多个弹簧片组装而成。
按照本发明的轴一方面可以相对于由现有技术已知的横向板簧轴(在这些横向板簧轴中横向板簧支承在下横向导臂上)减少了作用到减振器支柱上的并且不利地影响摩擦的横向力。此外可以通过横向板簧与横向导臂的解耦，尤其是通过将横向板簧代替连接在横向导臂上而连接在减振器支柱上，在弹入和弹出时避免了横向板簧的拉紧，即使在沿侧向和/或沿车辆纵向引导车轮的横向板簧中也如此。
在本发明的一种优选的设计中，横向板簧以其轮架侧的端部区域在减振器管的区域中连接在减振器支柱上，优选在减振器管的下端部的区域中或在减振器管的上端部的区域中。
因为通过第一运动学点(减振器支柱在该第一运动学点中连接在轮架上)施加到减振器支柱上的横向力在符合功能的安装状态(在该安装状态中减振器支柱以其上端部连接在车辆结构上)中不仅在减振器活塞的上端部上支承而且通过横向板簧支承，所以作用到减振器活塞上的并且提高摩擦的横向力的大小依赖于横向板簧在减振器支柱上的连接的高度或位置。即考虑，第三运动学点处于减振器支柱的什么高度上，即在减振器支柱上在其长度的哪里，在所述第三运动学点中横向板簧连接在减振器支柱上。
即，按照横向板簧在什么地方连接在减振器支柱上，作用到减振器支柱上的横向力以或多或少的份额通过横向板簧支承，代替通过在符合功能的安装状态中以其上端部连接在车辆结构上的减振器活塞支承。在此，第一运动学点越接近第三运动学点，则作用到减振器活塞上的横向力越小，因为较大的份额可以通过横向板簧支承，即横向力补偿越好。
在一种特别有利的设计中，横向板簧沿车辆竖直方向关于轴在机动车中的符合功能的安装状态在有效的第一运动学点的高度上连接在减振器支柱上，优选第三运动学点处于第一运动学点的高度上。在这样的布置结构中，作用到减振器支柱上的横向力几乎完全通过横向板簧支承，从而几乎没有横向力作用到减振器活塞上并且可以几乎避免在减振器支柱中的摩擦的提高。
尤其是当横向板簧不能在第一运动学点的高度上连接在减振器支柱上时，例如因为没有结构空间可供使用，那么可以有利的是，横向板簧关于轴在机动车中的符合功能的安装状态在预张紧下连接在减振器支柱上，优选在以围绕车辆纵轴线作用的倾翻力矩的预张紧下连接在减振器支柱上，所述倾翻力矩至少部分地反作用于通过出现的轮载产生的、朝车辆中心指向的、延伸通过有效的第一运动学点的并且作用到减振器支柱上的横向力。通过这样的倾翻力矩，在减振器活塞的连接点上产生相反于横向力指向的分力，从而结果是调节到较小的造成的横向力。在相应选择的限定的预张紧时，横向力可以在确定的情况下甚至被完全补偿。为此需要的预张紧在此另外依赖于横向板簧在减振器支柱上的连接点的位置。即依赖于第三运动学点的布置结构。
在一种优选的设计中，横向板簧铰接连接在减振器支柱上。特别优选借助活节。该活节在此优选是球铰或旋转活节，其能够实现预张紧下的连接，尤其是在以围绕车辆纵轴线作用的倾翻力矩的预张紧下的连接，所述倾翻力矩至少部分地反作用于通过出现的轮载产生的、朝车辆中心指向的、延伸通过有效的第一运动学点的并且作用到减振器支柱上的横向力。
横向板簧在减振器支柱上的连接在此分别根据要支承的力而构成。即这样构成，使得横向板簧至少部分地沿侧向和/或沿车辆纵向引导车轮地起作用。
在一种特别优选的进一步构成中，横向板簧本身形成活节，为此，横向板簧的轮架侧的端部区域构成为活节。为此，横向板簧例如可以在其端部区域中折角地构成，并且以其折角的端部支撑在减振器支柱上，从而横向板簧在该区域中近似形成一种铰链活节。利用这样的横向板簧或这样的连接，横向板簧能够特别简单地在预张紧下连接在减振器支柱上。但当然备选地也可以使用单独的铰链活节或类似物。
备选或附加地，作用到减振器活塞上的横向力可以通过如下方式减少，即，将减振器支柱关于轴在机动车中的符合功能的安装状态以减振器管在预张紧下连接在轮架上，优选在以围绕车辆纵轴线作用的倾翻力矩的预张紧下连接在轮架上，所述倾翻力矩至少部分地反作用于通过出现的轮载产生的、朝车辆中心指向的、延伸通过有效的第一运动学点的并且作用到减振器支柱上的横向力。减振器支柱在相应的预张紧下在轮架上的这种连接具有优点，即，甚至完全没有横向力引入减振器中，所述横向力应该由横向板簧尽可能完全地支承或应该通过横向板簧在减振器支柱上的连接中的相应的预张紧补偿。
如开头提到的那样，按照本发明的轴具有至少部分地沿侧向和/或沿车辆纵向引导车轮的横向板簧，其中，横向板簧可以怎样连接在车辆结构上并且横向板簧怎样连接在减振器支柱上、即横向板簧的相应的连接如何来设计决定了横向板簧是作为沿侧向和/或沿车辆纵向引导车轮的横向板簧起作用还是作为沿侧向和/或沿车辆纵向部分地引导车轮的横向板簧起作用。
因为横向板簧本身为了沿车辆横向方向的尽可能良好的和谐的弹簧特性而应该至少在一定的限定的界限内尽可能挠性地连接，即这样连接，使得横向板簧沿y方向的侧向补偿运动或侧向移动是可能的，这不利于对出现的侧向力进行支承，所以可能在一些情况下需要设置如下附加措施，所述附加措施一方面能够实现横向板簧在一定的限定的界限内的对于良好弹簧特性所需要的侧向移动，但同时至少在确定的行驶状况中能够实现通过横向板簧对出现的侧向力的支承。
在该情况下按照本发明的如下的轴证实为特别有利，所述轴在每个车辆侧分别具有一个轮架和一个减振器支柱并且所述轴具有与横向板簧耦合的并且与车辆结构可耦合的做功连杆，其中，两个减振器支柱通过横向板簧相互耦合，并且横向板簧通过至少一个支撑件可连接在车辆结构上。在此，所述支撑件构成用于沿车辆竖直方向支承横向板簧并且同时在弹入和/或弹出时能够实现横向板簧沿车辆横向方向的运动的补偿，其中，做功连杆构成为用于与横向板簧耦合并且与车辆结构可耦合，使得做功连杆在轴在双辙机动车中的符合功能的安装状态中阻止横向板簧沿车辆横向方向的由于作用到横向板簧上的力而引起的运动或将该运动界定至限定的最大的可允许的横向运动。
这样的做功连杆详细地在同一申请人申请的并在同一天递交的申请DE102014223600.2(EM27932)中得以描述，该申请就此明确地全面成为说明书内容。
如果做功连杆构成为用于与横向板簧耦合并且与车辆结构可耦合，使得做功连杆阻止横向板簧沿车辆横向方向的整体运动，则所述轴优选这样构成，尤其是做功连杆，使得作用到横向板簧上的侧向力支承在车辆结构上。即，在该情况下横向板簧沿侧向引导车轮地作用并且通过车轮引入到轴上的侧向力几乎完全支承在车辆结构上并且整体的横向运动和借此整个的横向板簧沿车辆横向方向的移动通过做功连杆几乎被完全锁止。仅支撑件(利用所述支撑件，横向板簧直接支承在车辆结构上)能够实现在支撑件内沿车辆横向方向的小的补偿运动，以便在弹入和弹出时能够实现横向板簧的尽可能无拉紧的弯曲。
相反，如果做功连杆构成为用于与横向板簧耦合并且与车辆结构可耦合，使得做功连杆将横向板簧沿车辆横向方向的整体运动界定至限定的最大可允许的横向运动，则轴优选这样构成，尤其是做功连杆，使得在达到横向板簧的限定的最大允许的横向运动之后，作用到横向板簧上的侧向力支承在车辆结构上。在该情况下，横向板簧只部分地沿侧向引导车轮地作用，尤其是当达到横向板簧的最大可允许的横向运动时。
横向板簧在该情况下可以优选这样连接在车辆结构上，使得在轴在双辙机动车中的符合功能的安装状态中确保沿y方向的足够的可移动性，优选这样确保，使得不妨碍横向板簧的弹簧作用，其中，横向板簧为此可以通过至少一个支撑件连接在车辆结构上。
为了耦合横向板簧与车辆结构，支撑件应该在此为了实现相应希望的弹簧作用而构成用于沿车辆竖直方向支承横向板簧并且在弹入和/或弹出时能够实现横向板簧沿车辆横向方向的运动补偿。
根据是否应该支承纵向力，即，横向板簧是否应该沿纵向方向引导车轮，或者是否也希望沿车辆纵向、即x方向的挠性，按照本发明的轴的横向板簧可以沿车辆纵向刚性或者相应挠性地连接在车辆结构上。
在弹入和/或弹出时能够实现横向板簧沿车辆横向方向的运动的补偿并同时沿车辆竖直方向支承并且必要时具有沿x方向的相应挠性或刚度的这样的支撑件由现有技术原则上已知。
然而，对于按照本发明的轴的横向板簧在车辆结构上的连接，由同一申请人申请并在同一天递交的DE102014223576.6(ΕΜ28004)所说明的支撑件被证实为特别适合。DE102014223576.6(EM28004)就此通过明确的参考完全引入为说明书内容。
对于按照本发明的轴的横向板簧在车辆结构上的连接，同样在同日由同一申请人申请的DE102014223584.7(EM28029)说明的支撑件同样作为特别适合，其中，DE102014223584.7(EM28029)就此同样通过明确的参考完全引入为说明书内容。
然而优选横向板簧可以不是仅通过唯一的前述的支撑件与车辆结构耦合，而是通过至少两个这样的支撑件、尤其是两个偏心设置的支撑件、优选通过两个对称于车辆中心向外错开的支撑件。横向板簧在车辆结构上的由现有技术原则上已知的该连接类型具有优点，即，横向板簧在摆动运动时同时作为横向稳定器起作用。由此可以减少左边和右边的车轮的轮载差别并且所述轴的侧向力引导潜力会相对于具有只一个横向板簧支撑件的轴提高。当然，可以如由现有技术同样已知的那样也设置两个偏心的支撑件对。
按照本发明的双辙机动车的特点在于，该双辙机动车具有按照本发明的轴。
这些特征和其他特征除了由权利要求和说明书之外也由附图得出，其中，各个特征分别本身单独地或多个地以子组合的形式在本发明的实施形式中实现并且可以构成有利的以及对于本身可保护的实施方式，对此在这里要求权利保护。所有以上在说明书中以及接着在对附图的说明中结合按照本发明的轴所述的和/或在各图中单独示出的特征和特征组合在此分别不只适用于按照本发明的轴，而且也适用于按照本发明的双辙机动车，并且分别不只在所述特征组合中可使用，而是也以在其他技术上可实施的组合或单独可使用。
附图说明
接着借助五个实施例说明本发明，本发明为此在附图中示意性示出。图1至4在此为了较好的理解而示出由现有技术已知的轴设计，图5示出按照本发明的轴的第一实施例，图6示出按照本发明的轴的第二实施例，图7示出按照本发明的轴的第三实施例，图8示出按照本发明的轴的第四实施例并且图9示出按照本发明的轴的第五实施例。图10示出用于将按照本发明的轴的横向板簧连接在车辆结构上的支撑件在原始状态中的实施例的剖视图，图11示出用于将按照本发明的轴的横向板簧连接在车辆结构上的支撑件同样在原始状态中的另一个实施例的剖视图，并且图12示出用于将按照本发明的轴的横向板簧连接在车辆结构上的支撑件的布置实施例。在此，全部的进一步描述的特征可以对本发明是重要的。
具体实施方式
图1示出由现有技术已知的弹簧支柱轴10，其具有用于接纳轴10的车轮30轮架20，包括减振器管42和减振器活塞41和螺旋弹簧43或支承弹簧43的减振器40支承在该轮架上，减振器40利用所述螺旋弹簧或支承弹簧形成弹簧支柱。在此，减振器40可以通过其在减振器活塞41上的上连接点连接在车辆结构上。在该减振器的下面的区域中，减振器40以其减振器管42支承在轮架20上。
下横向导臂50同样支承在轮架20上，所述下横向导臂以其轮架侧的端部借助活节52连接在轮架上。减振器40的上连接点和铰接连接部52在此在可转向的轴中限定撑开轴线SA，即车轮30在转向运动时围绕其旋转的轴线。
横向导臂以其另一端部可以通过活节51连接在车辆结构上，从而轮架20在轴10在双辙车辆中的符合功能的安装状态中通过弹簧支柱或者说减振器40以及下横向导臂50支承在车辆结构上。
在图1中示出的弹簧支柱轴中，出现的竖直轮载FR引起车轮30的弹入。在此，减振器活塞41沿减振器轴线DA移动到减振器管42中。
对于尽可能小的摩擦和优化的减振器特性而言在此重要的是，减振器活塞41尽可能无横向力地在减振器管42中引导。为了补偿由轮载FR产生的围绕连接点52的力矩MFR，螺旋弹簧43通常倾斜于撑开轴线SA安装，所述力矩基于杠杆x产生并且产生在减振器40的上连接点上的横向力。即，螺旋弹簧43的纵轴线TA不与撑开轴线SA重合，而是为了实现相应的横向力补偿而相对于该撑开轴线倾斜。
弹簧支柱轴然而具有缺点，即，弹簧支柱轴要求高的重量以及具有并非不显著的结构空间需求。弹簧支柱轴的备选方案是横向板簧轴。横向板簧轴由现有技术同样原则上已知，其中，图2示出由现有技术原则上已知的横向板簧轴11。所述横向板簧轴同样具有用于引导车轮30的轮架20以及包括减振器管42的减振器40或者说减振器支柱40和在活塞杆41上的减振器活塞，其中，减振器40同样在减振器管42的下面的区域中支承在轮架20上。轮架20同样可以通过下横向导臂50也借助活节51连接在车辆结构上，所述横向导臂通过铰接连接部52连接在轮架上。
然而区别于在图1中示出的弹簧支柱轴，这里的轴不具有螺旋弹簧43，而是具有横向板簧60，所述横向板簧借助铰接连接部62连接在下横向导臂50上。通过支撑件61，横向板簧60连接在车辆结构上。
如果现在出现轮载FR，则该轮载基于杠杆x而产生围绕活节52的力矩MFR，所述活节通过减振器40的上连接点被以横向力FQ支承，从而横向力FQ作用到减振器支柱40上。即，利用在图2中所述的由现有技术已知的横向板簧轴不可以避免、尤其是不可以补偿对减振器支柱40的横向力加载，如这在图1中所述的弹簧支柱轴10中通过螺旋弹簧43的斜置可以实现。
在图2中所述的轴的另一个问题在于，在车轮30的弹入和/或弹出时，铰接连接部62在运动学上不仅跟随横向板簧60的运动而且跟随下横向导臂50的运动，尽管横向导臂50和横向板簧60端部本来在不同的轨道曲线S1和S2上运动(因为横向导臂50和横向板簧60分别围绕不同的连接点旋转)。横向导臂50在弹入和弹出时围绕活节51沿轨道曲线S2运动而横向板簧60围绕支撑件61由于其弯曲而在这里以虚线表示的轨道曲线S1上运动。然而连接点61不与横向导臂50的车辆侧的连接点51重合。
然而因为横向板簧60与横向导臂50通过铰接连接部62刚性或坚硬地连接并且横向导臂50的刚度通常大于横向板簧60的刚度，所以在弹入和弹出时出现的力通常引起横向板簧60的变长，从而将所述横向板簧强制性沿轨道曲线S2引导，由此会出现横向板簧60的拉紧并且部分地也出现车辆结构的拉紧，所述拉紧随着弹入或弹出行程增加而变大，因为在该情况下在轨道曲线S2和S1之间的轨道曲线差别ΔS变大。然而为了优化的行驶特性以及为了横向板簧60以及支撑件连接部61和62的尽可能长的使用寿命而重要的是，横向板簧60在弹入和弹出时可以尽可能无拉紧地运动。
为了在弹入和弹出时减少横向板簧60的归结于横向板簧60和横向导臂50的在铰接连接部62区域中的不同轨道曲线走向S1和S2导致的拉紧，铰接连接部62可以更确切地说较少刚性或挠性地构成。然而这导致侧向力支承的负载。
因此，利用该轴在没有附加措施的情况下不可能：同时实现横向板簧60的优化的弹性或弯曲特性、相应支承出现的侧向力并且补偿作用到减振器支柱40上的横向力。
图3示出由现有技术已知的横向板簧轴12的一种备选的实施例，其中，该轴12与在图2中示出的轴11如下区分，即，下横向导臂50在轮架20上的连接点52进一步处于车辆外部，从而杠杆x显著较小，由此可以几乎完全补偿作用到减振器活塞41上的横向力。所述轴12因此更确切地说能够实现横向力补偿。然而侧向力的支承在没有附加的措施或在没有横向板簧60的拉紧的情况下也不可以利用该轴12实现。此外，经常由于结构空间缺少而不可能将连接点52这样远地向外偏移。
图4示出由现有技术已知的轴13的另一个示例，所谓的Revo-Knuckle轴13，其中，减振器40或者说弹簧支柱借助球铰21、22围绕撑开轴线SA可旋转地紧固在轮架20上。由于减振器40经由两个球窝铰接连接部21和22连接，因此减振器更确切地说不再必须可旋转地连接在车辆结构上，这是因为该减振器可旋转地支撑在轮架上。然而，利用Revo-Knuckle轴13在没有螺旋弹簧的斜置的情况下也不可以减少减振器40上出现的横向力并且不可以实现横向板簧轴的结构空间和重量优点。
图5示出用于双辙机动车的车轮130的按照本发明的轴100的第一实施例，其中，轴100在每个车辆侧具有轮架120、包括减振器管142和沿减振器纵轴线DA可运动的具有活塞杆的减振器活塞141的减振器支柱140、下横向导臂150以及横向板簧160。
减振器支柱140在第一运动学点KP1中铰接地连接在轮架120上并且可以以其上端部通过铰接连接部145连接在车辆结构上。减振器支柱140在此在有效的第一运动学点KP1中支承在轮架120上。
下横向导臂150在此如由现有技术已知的那样通过铰接连接部152连接在轮架120上并且可以通过铰接连接部151铰接在车辆结构上。铰接连接部152在此限定有效的第二运动学点KP2，横向导臂150在所述第二运动学点中支承在轮架120上。
在减振器支柱140的下端部上同样借助铰接连接部162在第三运动学点KP3中铰接横向板簧160，所述横向板簧相反于由现有技术已知的轴不支承在轮架120上或在横向导臂150上，而是在第三运动学点KP3中支承在减振器支柱140上。
在横向板簧160连接在减振器支柱140上时，出现的车轮负载FR尤其是在弹入和/或弹出时基于总是还存在的杠杆x而更确切地说总是还引起力矩MFR，并且更确切地说围绕第一运动学点KP1的力矩，所述杠杆在该情况下通过第一运动学点KP1与车轮中心平面的距离而限定。但由此造成的横向力FQ不再必须完全支承在减振器支柱140的上连接点上、即活塞杆的上端部145上，而是横向力FQ可以不仅通过连接点162(在该连接点中，横向板簧160支承在减振器支柱140上)而且通过连接点145支承。由此可以总体上减少减振器支柱140中的横向力加载，从而减振器摩擦通过这样的布置结构即使在横向板簧轴中也会减少。示例性地在这里设想，横向力FQ大致减少至一半。这当然依赖于通过各个连接点的布置结构限定的杠杆比。
按照本发明的轴100的另一个优点是，基于横向板簧160与横向导臂150的解耦，现在横向板簧160端部区域和下横向导臂150在没有在横向板簧中产生拉紧的情况下可以在不同轨道曲线上运动。由此可以显著改善横向板簧160的弹簧特性和借此尤其是轴100的舒适特性。
在图5中示出的实施例中，横向板簧160通过沿y方向刚性的、但围绕沿车辆纵向的轴线可被倾翻力矩MK预紧的活节162连接在减振器支柱140上。当然在这里也可设想其他连接可能性，例如在图6中示出的那样，在其中，横向板簧260折角地实施并且铰链活节本身通过横向板簧的折角的端部区域形成。
如果横向板簧260在此附加地在预张紧下、尤其是在以倾翻力矩MK(其至少部分地反作用于通过出现的轮载FR产生的、朝车辆中心指向的、延伸通过有效的第一运动学点KP1的并且作用到减振器支柱140上的横向力FQ)的预张紧下连接在减振器支柱140上，则作用到减振器活塞142上的横向力FQ还可以进一步减少。优选所述预张紧在此这样选择，使得在许多行驶状况中进行完全的横向力补偿。
图7示出按照本发明的轴300的第三实施例，其中，区别于按照本发明的轴100或200的在先的在图5和6中示出的实施例，横向板簧360这样借助活节362连接在减振器支柱140上，使得有效的第三运动学点KP3设置在有效的第一运动学点KP1的高度上，从而出现的轮载FR和由此造成的横向力FQ可以直接通过横向板簧360支承并且无须通过减振器支柱140的活塞杆支承。由此可以按简单的方式允许直接的横向力补偿。
图8示出按照本发明的轴400的一种特别优选的实施例，其中，在图8中示出的轴在此基本上对应于图5中的轴，然而具有沿车辆横向方向挠性地连接在车辆结构上的横向板簧460并且为了通过横向板簧460支承出现的侧向力而附加地还具有做功连杆464。
做功连杆464具有一个中间杆464c和两个支承杆464a和464b并且可以通过支撑件466可旋转地围绕沿车辆纵向的轴线连接在车辆结构上。支承杆464a和464b在此分别通过球铰与中间杆464c连接。通过支撑件465，做功连杆464与横向板簧460铰接连接。横向板簧可以分别通过两个支撑件461同样连接在车辆结构上，所述两个支撑件允许横向板簧460沿车辆横向方向的运动补偿，但沿车辆竖直方向支承横向板簧460。
做功连杆464或轴400在此这样构成，使得作用到轴400上的侧向力不会引起横向板簧460的侧向移动。即，做功连杆464的运动学这样构成，使得做功连杆464锁止横向板簧460的整体的横向运动、即侧向移动，从而作用到横向板簧460上的侧向力可以通过做功连杆464支承在车辆结构上。
做功连杆464的锁止例如可以通过如下方式实现，即，铰链活节具有相应的止挡部或这样构成，使得横向板簧460不可能横向运动，中间杆464c借助所述铰链活节与支承杆464a和464b连接。
按照本发明的轴400相对于在图5至7中所述的轴100、200和300具有优点，即，在一定的界限中，在弹入和弹出时横向板簧460基于横向板簧460的弯曲导致的运动可以得以补偿，然而实现通过做功连杆464对侧向力的支承。这在行驶动力学上特别有利地起作用。
图9示出按照本发明的轴500的另一个实施例，其同样包括做功连杆464，在该实施例中，做功连杆464不同地连接或可以连接在横向板簧560以及车辆结构上。在该实施例中，做功连杆464的中间杆464c借助活节566可围绕沿车辆纵向的轴线旋转地连接在横向板簧560上并且没有像在图8中所描述的按照本发明的轴400那样连接在车辆结构上。
此外，中间杆464a和464b可旋转地并且铰接地通过支撑件565连接在车辆结构上而不连接在横向板簧560上。但横向板簧560同样通过支撑件461构成用于连接在车辆结构上，其中，支撑件461同样能够实现沿车辆竖直方向、而非沿车辆横向方向出现的力的支承，而且能实现横向板簧560沿车辆横向方向的补偿运动。
对所述做功连杆的工作原理的详细解释参阅同一申请人申请并在同一天递交的DE102014223600.2(EM27932)，其在开头通过明确的参考引入为说明书内容。
如在符合功能的安装状态中指向的那样，图10示意性示出前述支撑件461的示例性的实施形式的剖视图(参考图8和9)，所述支撑件特别良好地适合用于将按照本发明的轴的横向板簧460连接在车辆结构上并且所述支撑件详细地在开头提到的由同一申请人申请并在同一天递交的并且通过明确的参考引入为说明书内容的DE102014223576.6(EM28004)中得以说明。
为了较好的理解而将示例性地示出的该支撑件461在图10中在原始状态中表示，即没有沿纵向和横向作用到支撑件461上的剪切力FQ。该支撑件具有最上面的和最下面的金属制支撑件层170，该金属在该情况下是钢，钢关于支撑件461在车辆中的符合功能的安装状态中沿竖直方向、纵向方向和横向方向是刚性的。此外，支撑件461具有两个中间层171作为支撑件层，其同样由金属制成并且同样沿垂直方向、纵向方向和横向方向是刚性的。设置在金属制支撑件层170、171之间的支撑件层172由弹性体形成并且挠性或柔韧地沿横向方向并且柔韧地沿纵向方向构成。金属制支撑件层170、171在此分别牢固地与相邻的弹性体层172连接。各个支撑件层的层厚度在此这样选择，使得在所有三个空间方向上调节到希望的刚度。
通过包括金属制的支撑件层170、171和弹性体制的支撑件层172的支撑件461的层状构造，支撑件461沿横向方向(y方向)和纵向方向(x方向)具有高的弹性并且同时沿竖直方向(z方向)是刚性的，所述各支撑件层夹层状交替相叠地设置并且如弹性的滑移面那样起作用。在金属层170、171之间设置的弹性体层172能够实现剪切运动，并且与弹性体层172固定连接的金属层170、171引起沿竖直方向的相应刚度。
在此，示例性地描述的支撑件461基本上面状地构造并且具有在所有三个空间平面中几乎大致矩形的横截面。由于支撑件461能够实现沿纵向和横向的剪切运动，因此可以在支撑件461的符合功能的安装状态中补偿横向板簧460沿车辆纵向和车辆横向方向的运动。由此可以避免在弹入和弹出时横向板簧460由于弯曲导致的拉紧，并且因此实现横向板簧460的改善的弹簧特性和借此实现改善的驾驶感觉。
图11示出支撑件461的一种备选的实施例沿车辆横向方向的剖视图，所述支撑件同样特别良好地适合用于将按照本发明的轴的横向板簧460连接在车辆结构上并且详细地在上面提到的、由同一申请人申请、在同一天递交的并且通过明确的参考引入为说明书内容的DE102014223584.7(EM28029)中得以说明。
同样如在符合功能的安装状态中那样指向地示出的以滚子支撑件形式的支撑件461的实施例具有由金属(在该情况下硬化的钢)制成的上面的支撑件板181和同样由硬化的钢制成的下面的支撑件板182以及以滚子183形式的圆柱形的滚动体183，所述滚动体设置在两个支撑件板181和182之间并且同样由硬化的钢构成。在此，上面的支撑件板181和下面的支撑件板182分别具有朝向滚动体183的接触面181a或182a，滚动体183分别可以在所述接触面上滚动。
不同于在图10中示出的支撑件，包括作为滚动体183的圆柱形滚子183的该滚子支撑件是可运动的线支撑件，在该线支撑件中，滚动体183将关于机动车中的符合功能的安装状态分别沿竖直方向、即z方向或车辆竖直方向出现的力分别沿在该情况下垂直于图平面或沿x方向伸展的接触线支承在上面的支撑件板181或下面的支撑件板182上。
因为在滚动体183在两个支撑件板181和182的接触面181a和182a上滚动时，所述接触线相应侧向运动，即在该情况下沿y方向或在机动车中的符合功能的安装状态中沿车辆横向方向运动，所以这样的支撑件也称为可运动的线支撑件。
在上面的支撑件板181以及下面的支撑件板182的与接触面181a或182a背离的一侧上，所述支撑件分别具有弹性体层184。弹性体层184在此这样构成，使得弹性体层在支撑件在机动车中的符合功能的安装状态中能够实现两个支撑件板181和182彼此距离变化的补偿并且借此能够实现补偿基于横向板簧460的运动和支撑件的由此造成的补偿运动而改变的支撑高度。
此外，所述支撑件分别在侧向具有弹性体185，所述弹性体在该实施例中硫化到滚动体183上，并且防止滚动体183脱出，尤其是防止侧向脱出。在此，弹性体185不是必须与滚动体183连接，然而这是特别有利的。
在该实施例中，弹性体层184和弹性体185一件式、即环绕地构成，所述弹性体层能够实现支撑高度变化的补偿，所述弹性体将两个支撑件板181和182相互连接并且防止滚动体183脱出。
在该实施例中，不仅上面的支撑件板181的接触面181a而且下面的支撑件板182的接触面182a平坦地构成。此外，所述支撑件具有相应的空心间隙186，从而滚动体183的滚动不被弹性体185妨碍并且能够实现支撑件的相应的补偿运动。
由于两个支撑件板181和182分别只通过弹性体15相互连接，因此支撑件板181和182此外可以彼此倾斜。如果所述支撑件以其下侧例如紧固在横向板簧上并且以其上侧紧固在车辆结构上，下面的支撑件板182可以在横向板簧弯曲时跟随横向板簧的倾斜。由此可以较好地补偿横向板簧的弯曲。
图12示出用于连接按照本发明的轴的横向板簧460的支撑件461的布置结构的实施例，其中，该布置结构以在图11中示出的支撑件461为例作进一步解释。当然，也可以这样设置其他支撑件，例如在图10中所述的支撑件或还有其他实施形式。
图12以放大图示出用于连接横向板簧460的支撑件461的示例性的布置结构的剖视图，包括具有两个相叠设置的支撑件461的支撑件对，其中，为了连接在车辆结构中而设置保持件90或保持弓形件90，所述保持件或保持弓形件C形地包围两个支撑件461和在它们之间延伸的横向板簧460并且可以紧固在未示出的车辆结构上。优选的是，C形的保持弓形件90相应有弹性或挠性地设计，以便补偿支撑件的在一些支撑件中、尤其是在前述的滚子支撑件中部分地出现的“泵吸”、即分别在上面的支撑件板181和下面的支撑件板182或其接触面181a和182a之间的距离变化。在保持弓形件90的相应的合适设计中，弹性体层184在一些情况下甚至可以完全取消。
当然，在不离开权利要求的内容的情况下，阐述的实施例的许多变型、尤其是结构变型也是可能的。
附图标记列表
10 现有技术中的麦克弗森弹簧支柱轴
11 由现有技术已知的横向板簧轴的第一实施例
12 由现有技术已知的横向板簧轴的第二实施例
13 Revo-Knuckle轴(现有技术)
20 轮架
21 弹簧支柱在轮架上的第一连接点
22 弹簧支柱在轮架上的第二连接点
30 车轮
40 减振器
41 减振器活塞
42 减振器管
43 螺旋弹簧或支承弹簧
50 下横向导臂
51 横向导臂的车辆结构侧的连接点
52 横向导臂的轮架侧的连接点
60 横向板簧
61 用于将横向板簧连接在车辆结构上的支撑件
62 横向板簧在横向导臂上的连接部
100、200，
300、400，
500 按照本发明的轴
120 轮架
130 车轮
140 减振器支柱
141 减振器活塞
142 减振器管
144 减振器支柱在轮架上的连接部
145 减振器支柱在车辆结构上的连接部
150 下横向导臂
151 横向导臂的车辆结构侧的连接点
152 横向导臂的轮架侧的连接点
160、260，
360、460，
560 横向板簧
461 用于将横向板簧连接在车辆结构上的支撑件
162、362，
462 横向板簧在减振器支柱上的连接部
464a 做功连杆的支承杆
464b 做功连杆的支承杆
464c 做功连杆的中间杆
465 支承杆在横向板簧上的连接部
466 中间杆在车辆结构上的连接部
565 支承杆在车辆结构上的连接部
566 中间杆在横向板簧上的连接部
DA 减振器纵轴线
FR 轮载
FQ 横向力
KP1 有效的第一运动学点
KP2 有效的第二运动学点
KP3 有效的第三运动学点
MFR 通过轮载引起的并且产生横向力的力矩
MK 倾翻力矩
TA 支承弹簧轴
S1 横向板簧端部的实际的轨道曲线
S2 横向导臂在连接点62中的轨道曲线
SA 撑开轴线
X 轮载杠杆臂
Δs 轨道曲线差别

Claims (10)

1.用于双辙机动车的车轮(130)的轴(100、200、300、400、500)，其中，所述轴(100、200、300、400、500)在每个车辆侧具有轮架(120)、减振器支柱(140)、横向导臂(150)和至少部分地沿侧向和/或沿车辆纵向引导车轮的横向板簧(160、260、360、460、560)，其中，减振器支柱(140)具有减振器管(142)和在减振器管(142)中沿减振器纵轴线(DA)可运动的减振器活塞(141)，其中，减振器支柱(140)以减振器管(142)连接在轮架(120)上并且在有效的第一运动学点(KP1)中支承在轮架(120)上，其中，横向导臂(150)具有轮架侧的端部区域并且以所述轮架侧的端部区域连接在轮架(120)上并且在有效的第二运动学点(KP2)中支承在轮架上，并且所述横向板簧(160、260、360、460、560)关于所述轴(100、200、300、400、500)在双辙机动车中的符合功能的安装状态大致沿车辆横向方向(y)延伸并且具有至少一个轮架侧的端部区域，
其特征在于，横向板簧(160、260、360、460、560)以其轮架侧的端部区域连接在减振器支柱(140)上并且在有效的第三运动学点(KP3)中支承在减振器支柱(140)上。
2.按照权利要求1所述的轴(100、200、300、400、500)，其特征在于，横向板簧(160、260、360、460、560)以其轮架侧的端部区域在减振器管(142)的区域中连接在减振器支柱(140)上，优选在减振器管(142)的下端部的区域中或减振器管(142)的上端部的区域中连接在减振器支柱上。
3.按照权利要求1或2所述的轴(300)，其特征在于，横向板簧(360)沿车辆竖直方向关于轴(300)在机动车中的符合功能的安装状态在有效的第一运动学点(KP1)的高度上连接在减振器支柱(140)上，优选第三运动学点(KP3)处于第一运动学点(KP1)的高度上。
4.按照上述权利要求之一所述的轴(100、200、300、400、500)，其特征在于，横向板簧(160、260、360、460、560)关于轴(100、200、300、400、500)在机动车中的符合功能的安装状态在预张紧下连接在减振器支柱(140)上，优选在以围绕车辆纵轴线(x)作用的倾翻力矩(MK)的预张紧下连接在减振器支柱上，所述倾翻力矩至少部分地反作用于通过出现的轮载(FR)产生的、朝车辆中心指向的、延伸通过有效的第一运动学点(KP1)的并且作用到减振器支柱(140)上的横向力(FQ)。
5.按照上述权利要求之一所述的轴(100、200、300、400、500)，其特征在于，横向板簧(160、260、360、460、560)铰接连接在减振器支柱(140)上。
6.按照权利要求5所述的轴(100、300、400、500)，其特征在于，横向板簧(160、360、460、560)借助活节(162、362、462)铰接连接在减振器支柱(140)上，其中，所述活节(162、362、462)优选是球铰或旋转活节，所述球铰或旋转活节能够实现在预张紧下的连接，尤其是在以围绕车辆纵轴线(x)作用的倾翻力矩(MK)的预张紧下的连接，所述倾翻力矩至少部分地反作用于通过出现的轮载(FR)产生的、朝车辆中心指向的、延伸通过有效的第一运动学点(KP1)的并且作用到减振器支柱(140)上的横向力(FQ)。
7.按照权利要求5所述的轴(200)，其特征在于，横向板簧(260)借助活节连接在减振器支柱(140)上，其中，横向板簧(260)本身形成活节，为此，横向板簧(260)的轮架侧的端部区域构成为活节。
8.按照上述权利要求之一所述的轴(100、200、300、400、500)，其特征在于，减振器支柱(140)关于轴(100、200、300、400、500)在机动车中的符合功能的安装状态以减振器管(142)在预张紧下连接在轮架(120)上，优选在以围绕车辆纵轴线(x)作用的倾翻力矩(MK)的预张紧下连接在轮架上，所述倾翻力矩至少部分地反作用于通过出现的轮载(FR)产生的、朝车辆中心指向的、延伸通过有效的第一运动学点(KP1)的并且作用到减振器支柱(140)上的横向力(FQ)。
9.按照上述权利要求之一所述的轴(400、500)，其特征在于，所述轴(400、500)在每个车辆侧分别具有一个轮架(120)和一个减振器支柱(140)并且所述轴具有与横向板簧(460、560)耦合并且与车辆结构可耦合的做功连杆，其中，两个减振器支柱(140)通过横向板簧(460、560)相互耦合，并且横向板簧(460、560)通过至少一个支撑件(461)可连接在车辆结构上，其中，所述支撑件(461)构成用于沿车辆竖直方向(z)支承横向板簧(160、260、360、460、560)并且同时在弹入和/或弹出时能够实现横向板簧(460、560)沿车辆横向方向(y)的运动补偿，其中，做功连杆构成为用于与横向板簧(460、560)耦合并且与车辆结构可耦合，使得做功连杆在轴(400、500)在双辙机动车中的符合功能的安装状态中阻止横向板簧(460、560)沿车辆横向方向(y)的由于作用到横向板簧(460、560)上的力而引起的运动或将该运动界定到限定的最大可允许的横向运动。
10.包括轴(100、200、300、400、500)的双辙机动车，其特征在于，所述轴(100、200、300、400、500)按照权利要求1至9之一构成。
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