CN107074051A - 具有在中央处枢转的横向板簧的车轮悬挂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于具有纵向方向(2)、横向方向(4)和竖直方向(5)的车辆的车轮悬挂装置。该车轮悬挂装置包括用于支撑车轮(3)的车轮保持器(20)。车轮保持器(20)的第一竖直端部区域通过刚性控制臂(22)以可枢转方式附接到车辆支撑结构(21)，并且车轮保持器(20)的第二竖直端部区域通过板簧(23)附接到车辆支撑结构(21)。板簧(23)的纵向方向大致布置在车辆的横向方向(4)上。板簧(23)在车辆的横向中央区域处以可枢转方式附接到车辆支撑结构(21)，并且板簧(23)在横向方向上的中心被定位成相对于板簧(23)的枢转附接位置(25)竖直偏移。板簧(23)的枢转附接位置(25)朝向刚性控制臂(22)的侧面竖直偏移。

Description

具有在中央处枢转的横向板簧的车轮悬挂
技术领域
本发明涉及一种车轮悬挂装置，其用于具有纵向方向、横向方向和竖直方向的车辆。该车轮悬挂装置包括用于支撑车轮的车轮保持器，其中车轮保持器的第一竖直端部区域通过刚性控制臂以可枢转方式附接到车辆支撑结构，并且其中，车轮保持器的第二竖直端部区域通过板簧附接到车辆支撑结构。板簧的纵向方向大致布置在车辆的横向方向上。板簧在车辆的横向中央区域处以可枢转方式附接到车辆支撑结构，并且板簧被定位成相对于板簧的枢转附接位置竖直偏移。
本发明适用于应用到重型车辆，例如，卡车和公共汽车。虽然针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是还可用于其它车辆，例如，公共汽车和小汽车。
背景技术
存在能够用于道路车辆的多种不同车轮悬挂装置，例如，非独立悬挂装置，其具有连接车辆的横向相对的车轮的刚性或半刚性梁，或独立车轮悬挂装置，例如，麦弗逊设计(MacPherson Design)和双横臂设计。车轮悬挂装置主要在车轮如何连接到车辆的底盘方面不同，并且车轮悬挂运动在悬挂运动路径、悬挂运动长度和悬挂运动的阻尼方面受到控制。每一种车轮悬挂装置在制造成本、重量、鲁棒性、所需维护成本、车辆操控、轮胎磨损等方面与某些优点和缺点相关联。文献US2149895(图3)示出车辆的悬挂设计，其目标是车辆的弹跳的效果的改进。
发明内容
车轮悬挂装置是弹簧、减震器和连杆的布置结构，其将车辆连接到其车轮并允许两者之间进行相对运动。已知的是，双横臂悬挂设计通常提供极好的车辆操控，并提供用于根据每一种具体车辆类型而实现相关布置的构造的许多不同悬挂参数。然而，双横臂悬挂设计通常还被认为因连杆和弹性安装件的高复杂性而具有相对高的制造和维护成本。
双横臂设计还在车身侧倾时的变化的车轮外倾角方面具有缺陷，所述车身侧倾通常在车辆转弯期间发生。外倾角是当从车辆的前方或后方观察时车轮的竖直轴线与车辆的竖直轴线之间的角。变化的外倾角通常是不期望的，因为这会在某些车辆运行条件下导致相对于期望的最佳外倾角偏移的外倾角。以相对于期望外倾角偏移的外倾角驾驶车辆通常导致降低的车辆操控性能以及增加的轮胎磨损。
因此，本发明的目标是提供一种车轮悬挂装置，该车轮悬挂装置在避免昂贵且复杂的设计解决方案的同时在车辆驾驶期间提供了小变化的外倾角。根据本发明的一个方面，该目标至少部分通过根据权利要求1所述的装置实现。
根据本发明的示例实施例，该车轮悬挂装置包括用于支撑车轮的车轮保持器，其中车轮保持器的第一竖直端部区域通过刚性控制臂以可枢转方式附接到车辆支撑结构，其中车轮保持器的第二竖直端部区域通过板簧附接到车辆支撑结构，其中板簧的纵向方向大致布置在车辆的横向方向上，其中板簧在车辆的横向中央区域处以可枢转方式附接到车辆支撑结构，其中板簧的中心被定位成相对于板簧的枢转附接位置竖直偏移，并且其中板簧的枢转附接位置朝向刚性控制臂的侧面竖直偏移。
通过向车轮保持器提供附接到车辆支撑结构的两个竖直偏移的附接，具有类似于双横臂设计的车轮运动几何结构的悬挂设计得以实现。然而，将横向板簧用作车轮保持器与车辆支撑结构之间的一个连杆由于板簧的固有弹簧常数而导致减震方面的额外功能性。板簧的额外弹簧刚度功能性能够省去盘簧或空气弹簧的常规弹簧刚度能力或至少减少其能力，使得车轮悬挂装置的较紧凑且较成本有效的设计得以实现。
与通过常规双横臂悬挂设计的杆式连杆提供的运动几何结构相比，板簧提供略不同的车轮保持器运动几何结构。然而，差异相对小，并且在转弯期间的板簧几何结构能够根据另一车轮保持器连杆的连杆设计来调适，使得板簧能够相对准确地模拟常规双横臂悬挂设计的运动几何结构。
此外，通过提供朝向刚性控制臂的侧面竖直偏移的板簧的枢转附接位置，在车身侧倾期间，车轮的减小的外倾变化得以实现，使得改进的车辆操控和减小的轮胎磨损在车身侧倾期间得以实现。
根据一些示例实施例，板簧可以通过刚性连接到板簧的弹簧保持器以可枢转方式附接到车辆支撑结构。该弹簧保持器可以在车辆的横向中央区域处绕大致水平轴线枢转地附接到车辆支撑结构，并且该板簧可以被定位成相对于弹簧保持器的枢转附接位置竖直偏移。使用弹簧保持器提供用于实现板簧到车辆支撑结构的期望的枢转连接的成本有效的解决方案。
根据一些示例实施例，所述枢转附接位置与车辆横向中心处的控制臂延长线之间的第一竖直距离可以小于板簧与车辆横向中心处的该控制臂轴线之间的第二竖直距离的50％，尤其是，第一距离可以小于第二距离的25％，更尤其是，第一距离可以小于第二距离的10％，再尤其是，所述枢转附接位置大致与车辆横向中心处的控制臂延长线重合。在车身侧倾期间，所述枢转附接位置与车辆横向中心处的控制臂延长线之间的减小的距离导致减小的外倾角情况变化。
根据一些示例实施例，车轮悬挂装置还包括车身侧倾阻尼器单元和/或车身侧倾弹簧单元，所述车身侧倾阻尼器单元和/或车身侧倾弹簧单元被安装成使得板簧围绕该枢转附接位置的枢转运动受车身侧倾阻尼器单元和/或车身侧倾弹簧单元影响。车身侧倾弹簧单元帮助现有车轮悬挂减震构件改进车辆抗侧倾行为。另外或单独地，车身侧倾阻尼器单元能够被设定成在短持续力(例如，在颠簸道路上笔直地行驶时发生的短持续力，其中每一个不对称的凸块产生板簧的枢转动量)期间提供板簧的相对刚硬的枢转连接。因此，在笔直驾驶期间，板簧将保持相对固定在其角枢转位置，并且车轮悬挂装置将以类似于双横臂悬挂系统的方式操作。然而，在车辆转弯期间，长期不对称力将作用在车身侧倾阻尼器单元上，使得板簧将围绕其枢转连接件枢转，以提供所期望的外倾补偿。此外，由于车身侧倾悬挂和/或车身颠簸悬挂能够在较高程度上被单独地针对，提供车身侧倾弹簧单元和/或车身侧倾阻尼器单元以控制车身侧倾运动行为能够提高调谐车轮悬挂装置的可能性。
根据一些示例实施例，车身侧倾阻尼器单元和/或车身侧倾弹簧单元可以连接到车辆支撑结构并连接到如下项中的至少一个：所述板簧、所述弹簧保持器、或者与所述板簧或弹簧保持器直接或间接刚性连接的另一构件。
根据一些示例实施例，车身侧倾阻尼器单元可以是旋转阻尼器。该旋转阻尼器提供紧凑的解决方案。
根据一些示例实施例，车轮保持器的第一竖直端部区域可以对应于车轮保持器的上部竖直端部区域，并且车轮保持器的第二竖直端部区域可以对应于车轮保持器的下部竖直端部区域。在下部位置处提供板簧在整车包装方面可以是有利的，这是因为板簧需要一些空间来减震。
根据一些示例实施例，车轮保持器的第一竖直端部区域可以对应于车轮保持器的下部竖直端部区域，并且车轮保持器的第二竖直端部区域可以对应于车轮保持器的上部竖直端部区域。在上部竖直端部区域处提供板簧在车辆侧倾刚性方面是有利的，这是因为在此实施例中，车辆支撑结构的侧倾中心在侧倾运动期间被定位得较高，并且车辆侧倾刚性是侧倾中心与车辆重心之间的竖直距离的函数。
根据一些示例实施例，板簧的罗斯线(Ross line)的横向长度可以大致对应于刚性控制臂在其内侧枢转附接位置与外侧枢转附接位置之间测量的横向长度。罗斯线的横向长度确定板簧的端部在车辆的悬挂运动期间的几何运动。通过将罗斯线的横向长度选择为大致对应于刚性控制臂的横向长度，相关联的车轮的竖直运动期间的大致是零的外倾变化或至少极小的外倾变化得以实现。当车辆在颠簸道路上笔直地行驶时，通常发生竖直车轮运动。
根据一些示例实施例，所述刚性控制臂的附接到车辆支撑结构的内侧枢转附接位置可以与板簧的罗斯点位于相同的纵向延伸竖直平面内。此悬挂装置结合先前限定的罗斯线的长度一起帮助在相关联的车轮的竖直运动期间实现所期望的大致为零的外倾变化或至少极小的外倾变化。
根据一些示例实施例，所述刚性控制臂的附接到车轮保持器的外侧枢转附接位置可以与板簧的附接到车轮保持器的附接位置位于相同的纵向延伸竖直平面内。此悬挂装置结合先前限定的罗斯线的长度一起帮助在相关联的车轮的竖直运动期间实现所期望的大致为零的外倾变化或至少极小的外倾变化。
根据一些示例实施例，如从车辆的前方所观察的，板簧的罗斯线可以平行于在所述刚性控制臂的内侧枢转附接位置与外侧枢转附接位置之间延伸的直线。此悬挂装置结合先前限定的罗斯线的长度和内侧或外侧枢转附接位置一起在相关联的车轮的竖直运动期间实现所期望的大致为零的外倾变化或至少极小的外倾变化。
根据一些示例实施例，板簧的每一个横向端部区域均可以连接到单独的车轮保持器。在板簧的每一侧处的与车轮保持器的直接连接提供了紧凑且成本有效的悬挂设计。
根据一些示例实施例，弹簧保持器可以在单个中央位置处刚性地连接到板簧。单点中央连接提供了在板簧的左侧和右侧上的相等地分布力以及成本有效的设计。
根据一些示例实施例，弹簧保持器可以至少部分围绕板簧的一部分，以建立刚性连接。这种刚性连接的设计提供了高稳健性和可靠性。
根据一些示例实施例，所述弹簧保持器可以在沿横向方向延伸至少50毫米的部分上、尤其在沿横向方向延伸至少75毫米的部分上、更尤其在沿横向方向延伸至少100毫米的部分上夹持所述板簧，以建立刚性连接。该夹持部分的长度是影响可以在弹簧保持器与板簧之间传递的转矩水平并且在板簧与弹簧保持器之间具有高内部角度稳定性的参数。这在阻尼单元和/或减震单元连接到弹簧保持器时是特别期望的。
根据一些示例实施例，所述弹簧保持器可以在横向部分上夹持所述板簧，并且，所述弹簧保持器的该横向夹持部分相比于所述板簧与枢转附接位置之间的距离的比值在1:0.5到1:5的范围内，尤其在1:2到1:4的范围内。如上所述，该夹持部分是可以影响在弹簧保持器与板簧之间传递的转矩水平的参数。
根据一些示例实施例，刚性控制臂可以包括与车辆支撑结构连接的至少两个纵向间隔开的枢转连接件。间隔开的位置提供用于在车轮保持器与车辆支撑结构之间传递提高水平的纵向稳定性的构件。这在被布置成例如在车辆制动或加速期间在车辆支撑结构与车轮保持器之间传输相对高水平的纵向力的车轮的悬挂处特别有利。
根据一些示例实施例，刚性控制臂可以被制造而形成单个实体。这与多单元控制臂相比导致了减小的制造成本。应理解，有可能除了额外刚性转向连杆之外，车轮悬挂装置仅包括一个刚性控制臂。
根据一些示例实施例，车轮保持器的第二竖直端部区域可以仅通过板簧附接到车辆支撑结构。这意味着，有可能除了额外刚性转向连杆之外，车轮保持器的第二竖直端部区域不含任何额外悬挂控制臂。
根据一些示例实施例，车轮悬挂装置可还以包括车身悬挂阻尼器单元和/或车身悬挂弹簧单元，所述车身悬挂阻尼器单元和/或车身悬挂弹簧单元被安装成使得车轮保持器的竖直运动受车身悬挂阻尼器单元和/或车身悬挂弹簧单元影响。
根据一些示例实施例，车身悬挂阻尼器单元和/或车身悬挂弹簧单元可以直接或间接安装在车辆支撑结构与如下项中的一个之间：所述刚性控制臂、所述车轮保持器或所述板簧。
根据一些示例实施例，所述车轮保持器可以形成主支柱，所述主支柱设有用于可转向轮的车轮主轴保持器。
根据一些示例实施例，所述车轮保持器可以设有用于驱动轮或非驱动轮、非可转向轮的轮毂。
根据一些示例实施例，可以提供一种车辆，该车辆包括根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置。
在本文中，术语“控制臂延长线”表示从车辆的前方观察的、在刚性控制臂的内侧枢转附接位置与外侧枢转附接位置之间延伸的直线的向内侧的延长线，其中该延长线在与所述直线相同的方向上延伸。
下文的描述和所附权利要求书中公开了本发明的其它优点和有利特征。
附图说明
参照附图，下文是作为示例给出的对本发明实施例的更详细描述。
在附图中：
图1示出卡车的侧视图，
图2示出车轮悬挂装置的示例实施例，
图3示出具有偏离竖直方向的车身侧倾角的卡车的前视图，
图4示出车轮悬挂装置的示例实施例，
图5示出车轮悬挂装置的示例实施例，
图6示出平行颠簸(parallel bump)期间的车轮悬挂装置的示例实施例，
图7示出车身侧倾期间的车轮悬挂装置的示例实施例，
图8示出车轮悬挂装置的示例实施例，
图9示出车身侧倾期间的车轮悬挂装置的示例实施例，
图10示出在底部处具有板簧的车轮悬挂装置的示例实施例，
图11示出其刚性控制臂处于自然倾斜状态下的车轮悬挂装置的示例实施例，并且
图12示出车轮悬挂装置的示例实施例的透视图。
具体实施方式
下文中将结合附图来描述本发明的各方面，以说明本发明而非限制本发明，其中，相同的附图标记表示相同的元件，且本发明的各个方面的变型不限于所具体示出的实施例，而是也适用于本发明的其它变型。
图1示意性地示出了适合使用根据权利要求1所述的车轮悬挂装置的车辆1。该车辆具有纵向方向2、横向方向4和竖直方向5，并且可以是具有车轮悬挂装置的任何类型的道路车辆，尤其是重型车辆(例如卡车、公共汽车)和施工车辆、以及小汽车或轨道车辆。图1所示的车辆1被图示为经由牵引座(fifth wheel)6连接到拖车的重型卡车。该卡车还包括车架7、驾驶室8、一对可转向前轮3和两对后轮3。所述一对前轮3和两对后轮3中的每一个均包括车轮悬挂装置。
所述一对前轮3和两对后轮3中的每一个均包括独立或非独立车轮悬挂装置，其中，该独立车轮悬挂装置的特征在于左侧车轮3和右侧车轮3的独立悬挂，而非独立车轮悬挂装置的特征在于左侧车轮和右侧车轮中的一个车轮的悬挂运动影响该一对车轮3中的另一个车轮的悬挂。麦弗逊或双横臂悬挂装置是独立悬挂装置的示例，并且连接左侧车轮和右侧车轮的悬挂刚性或半刚性车轴是非独立悬挂装置的示例。
图2示意性地示出了车轮悬挂装置的示例实施例，该车轮悬挂装置在其每一个横向侧上包括用于支撑车轮3的车轮保持器20。该示例性的车轮悬挂装置适用于承载驱动轮、非驱动轮、可转向轮或非可转向轮。车轮保持器20可以通常设有轮轴26，该轮轴26携载有被构造成紧固到车轮3的轮毂(未示出)。
根据一实施例，车轮保持器20形成主支柱(king post)，所述主支柱设有用于可转向轮3的车轮主轴保持器。
车轮保持器20的第一竖直端部区域通过刚性控制臂22以可枢转方式附接到车辆支撑结构21，且车轮保持器20的第二竖直端部区域通过板簧23附接到车辆支撑结构21。在图2的实施例中，车轮保持器20的第一竖直端部区域对应于车轮保持器20的下部竖直端部区域，而车轮保持器的第二竖直端部区域对应于该车轮保持器的上部竖直端部区域。
板簧23和刚性控制臂22的分别与车轮保持器20附接的上侧枢转附接件28和下侧枢转附接件27可以通过许多方式来实现，并且，在车轮3可转向的情况下，例如可通过安装在外壳中的圆柱形橡胶衬套或通过球形接头(ball joint)来实现。
板簧23的纵向方向大致布置在车辆1的横向方向4上。板簧23在车辆1的横向中央区域处以可枢转方式附接到车辆支撑结构21。板簧23可通过弹簧保持器29以可枢转方式附接到该车辆支撑结构。弹簧保持器29可以在单个中央位置处刚性地连接到板簧23。该弹簧保持器可以在车辆的横向中央区域处绕大致水平轴线枢转地附接到该车辆支撑结构。
可根据应用的具体需求来选择弹簧保持器29的尺寸、形状和外形。例如，弹簧保持器29可以至少部分地围绕板簧23的一部分，以建立刚性连接。根据另一示例，弹簧保持器29可以在沿横向方向4延伸至少50毫米的部分30上、尤其在沿横向方向4延伸至少75毫米的部分30上、更尤其在沿横向方向4延伸至少100毫米的部分30上夹持该板簧23，以建立刚性连接。
板簧23在横向方向4上的中心被定位成相对于板簧23的枢转附接位置25以距离31竖直偏移，其中，板簧23的枢转附接位置25朝向刚性控制臂22的侧面竖直偏移。
所述车轮保持器经由上部连杆和下部连杆以可枢转方式附接到车辆支撑结构的上述构造极其类似于双横臂悬挂设计，即，一种提供了极好的车辆操控的悬挂设计。然而，已通过将一个刚性控制臂替换为板簧来修改具有上部和下部以可枢转方式附接的刚性控制臂的常规双横臂设计。这种修改带来许多令人惊讶的良好技术效果，例如，较少的枢转安装件使得该悬挂装置更可靠，并且通过板簧来产生固有的内建弹簧力，使得额外的常规盘簧是多余的或可以制造得较小。
此外，通过板簧到车辆支撑结构的枢转附接，在板簧23的在横向方向4上的中心被定位成相对于板簧23的枢转附接位置25以距离31竖直偏移的情况下以及在板簧23的枢转附接位置25朝向刚性控制臂22的侧面竖直偏移的情况下，与常规的双横臂悬挂装置相比，车身侧倾期间的外倾角变化减小这一技术优点得以实现。
在一个或两个车轮3的竖直运动期间，该悬挂装置将起到类似于双横臂悬挂的作用，并且取决于板簧的设计和操作特性，其呈现大致零外倾变化(zero cambervariation)。然而，在车身侧倾运动期间，由于行驶经过弯道或出于相同原因而简单地使车辆转向，板簧的这种枢转安装减小了在车身侧倾时发生的外倾误差(camber error)。由该示例性车轮悬挂装置提供的外倾误差补偿取决于许多因素，例如，板簧的设计和操作特性、偏移的水平等。
根据示例，所述弹簧保持器可以在横向部分30上夹持板簧，并且弹簧保持器29的横向夹持部分30相比于所述板簧与枢转附接位置之间的距离31的比值在1:0.5到1:5的范围内，尤其在1:2到1:4的范围内。
枢转附接位置25与车辆横向中心处的控制臂延长线之间的第一竖直距离32小于板簧与车辆横向中心处的该控制臂轴线之间的第二竖直距离33的50％，尤其是，第一距离32小于第二距离33的25％，更尤其是，第一距离32小于第二距离33的10％，再尤其是，枢转附接位置25可以定位成大致与车辆1的横向中心处的控制臂延长线重合。能够用数学方式确定，通过减小第一竖直距离32来减小车身侧倾期间的外倾误差的水平。该悬挂几何结构在车轮悬挂装置经由车轮3将车辆的负载传输到地面40时适用，即，车轮悬挂装置的正常操作几何结构。
车辆支撑结构21通常包括车辆的车架7或底盘，并且已按简化方式在图1中示出。该车辆支撑结构是形成车辆的基础的刚性部分，并且其它部件(例如，动力系统、驾驶室8、货物集装箱等)安装在该车辆支撑结构上。在车身侧倾期间，例如，当驶过拐弯处时，车辆上产生的离心力将取决于地面40与车辆重心之间的距离而产生转矩动量。车辆支撑结构(包括与其附接的所有部件)将朝向横向侧偏离其自然角位置，如图3示意性地图示的。在图3中，当向前行驶经过左弯道时，从前方示意性地图示车辆1。转矩动量将导致弯道外侧上的悬挂弹簧被压缩，使得车辆支撑结构(包含驾驶室8)朝向弯道的外侧倾斜。车辆支撑结构的角位置此处被图示为以角73(此处被称为车辆侧倾角73)偏离自然静止状态。此处，假设驾驶室8具有与车辆支撑结构相同的角位置。左侧车轮3与右侧车轮3两者与基础支撑结构40接触。作为比较，在笔直行驶时因道路颠簸等所致的较小车辆竖直运动期间，车辆侧倾角73将保持基本固定在自然未偏离状态。
用于将车轮保持器20连接到车辆支撑结构21的刚性控制臂22可以被制造而形成单个刚性实体。根据图2的示例实施例，该刚性控制臂在内侧枢转附接位置44处以可枢转方式连接到车辆支撑结构21并在外侧枢转附接位置27处以可枢转方式连接到车轮保持器，其中在此实施例中，外侧枢转附接位置27与车轮保持器的下侧枢转附接件27重合。该刚性控制臂的角位置被定义为下支撑表面40与直线45之间的角度，如从车辆的前方所观察的，该直线45在刚性控制臂的内侧枢转附接位置与外侧枢转附接位置之间延伸。
如果所述板簧被布置成将必要的水平的纵向力传输到车轮保持器，则该控制臂不需要也执行此任务，且因此能够被设计成仅在控制臂的纵向方向上传输力。然而，如果该控制臂被构造成将纵向力传输到车轮保持器，则该控制臂可以包括到车辆支撑结构的两个纵向间隔开的枢转连接件。
根据示例实施例，为了提供成本有效的、紧凑且可靠的解决方案，通过板簧附接到车辆支撑结构的该车轮保持器的竖直端部区域不具有与车辆支撑结构连接的任何额外的连接件。类似地，该控制臂优选由单个零件制成，但也可替代地实施多零件控制臂系统。
该板簧的板梁(leaf beam)可以包括多个细长金属部分，例如，柔性钢板金属棒，所述多个细长金属部分堆叠在一起并夹持在一起以形成单个实体。该板簧的单独的金属棒可以具有单独的长度、厚度、宽度和材料组成。此外，成品板簧可以在板簧的长度上包括变化的外部尺寸，例如，越接近车轮悬挂装置的中心越厚。替代地，该板簧可以包括单个柔性构件，其被制造为具有与多单元板簧类似的操作特性。图中的板簧23已被示意性地描绘，并且可以是单一单元部件或多单元部件。
为了促成类似于双横臂设计的运动几何结构，图2中的板簧的罗斯线47的横向长度46大致对应于该刚性控制臂的在其内侧枢转附接位置与外侧枢转附接位置之间测量的横向长度。
此外，也为了促成类似于双横臂设计的运动几何结构，刚性控制臂22的附接到所述车辆支撑结构的内侧枢转附接位置44与板簧的罗斯点48位于相同的纵向延伸竖直平面49内。
此外，也为了促成类似于双横臂设计的运动几何结构，刚性控制臂22的附接到所述车辆支撑结构的外侧枢转附接位置27与板簧23的附接到车轮保持器20的附接位置28位于相同的纵向延伸竖直平面50内。
此外，也为了促成类似于双横臂设计的运动几何结构，如从车辆的前方所观察的，板簧23的罗斯线47平行于在刚性控制臂22的内侧枢转附接位置44与外侧枢转附接位置27之间延伸的直线45。
此外，也为了促成类似于双横臂设计的运动几何结构，刚性控制臂22的内侧附接位置44与罗斯点48之间的竖直距离52应大致等于车轮保持器20的上侧枢转附接位置27与下侧枢转附接位置28之间的竖直距离53。
术语“罗斯点”和“罗斯线”对于弹簧领域的技术人员来说是熟知的。这些参数能够例如使用市售的计算机程序针对每一个具体板簧构造用数学方式计算。这些参数能够可替代地通过进行板簧的一些试验测试来确定。简单地说，板簧的罗斯点和罗斯线可参照图2来描述，其中图2中提供了具有罗斯点48和罗斯线47的悬臂悬挂板簧23。板簧的外侧远端的运动几何结构(即，板簧23到车轮保持器20的附接位置28)将在板簧上的变化的负载下紧密遵循具有等于罗斯线47的长度的半径并且被定位成中心位于罗斯点48处的圆形的圆弧51的圆周。悬臂悬挂板簧表示一侧附接到刚性结构而另一侧自由的板簧。
外倾角在此被定义为从车辆的前方或后方所观察到的、车轮相对于竖直定向55的偏离角。
图2的车轮悬挂装置表示通过板簧的弹簧常数具有一定水平的竖直刚度能力的相对不复杂的布置。然而，在多数情况下，车轮悬挂装置将另外设有车身悬挂阻尼器单元和车身悬挂弹簧单元的组合，所述车身悬挂阻尼器单元和车身悬挂弹簧单元被安装成使得车轮保持器的竖直运动受车身悬挂阻尼器单元和/或车身悬挂弹簧单元影响。图4中示出了具有这些额外部件的示例实施例。
根据图4的示例实施例，车身悬挂弹簧单元60和车身悬挂阻尼器单元61二者被安装在车辆支撑结构21与车轮保持器20之间。车辆支撑结构的不同部分之间的固定联接未在示意图中示出，但它们容易被本领域的技术人员理解。板簧与车身悬挂弹簧单元60二者一起提供总车辆悬挂能力的事实允许调谐弹簧部件以提供改进的性能。例如，板簧与车身悬挂弹簧单元60二者将一起吸收笔直行驶期间不平整的道路所导致的车轮的竖直运动。然而，由于板簧与车辆支撑结构21的枢转附接，板簧将不在弯道行驶期间主动对抗车身的侧倾行为。
车身悬挂阻尼器单元61和车身悬挂弹簧单元60已被公开为直接安装到车轮保持器20的一部分。然而，其它设计是可能的，例如，车身悬挂阻尼器单元61和车身悬挂弹簧单元60直接或间接连接到刚性控制臂22或板簧23。
根据图5所示的又一示例实施例，车轮悬挂装置还包括车身侧倾阻尼器单元63和车身侧倾弹簧单元64，所述车身侧倾阻尼器单元63和车身侧倾弹簧单元64被安装成使得板簧23围绕枢转附接位置25的枢转运动受车身侧倾阻尼器单元63和车身侧倾弹簧单元64影响。
这允许了更进一步调谐车轮悬挂装置，因为车身侧倾阻尼器单元和车身侧倾弹簧单元主要与控制车身侧倾运动有关。车身侧倾阻尼器单元63优选被设定成在道路上笔直行驶期间(即，仅当由于不平整的道路表面而发生一个或两个车轮3的竖直运动时)抵抗弹簧保持器29的枢转运动。因此，在此行驶模式中，该车轮悬挂装置通过板簧23而基本上起到具有额外减震能力的双横臂悬挂装置的作用。然而，在转弯行驶(corner driving)期间，车身将倾向于侧倾，并且车身侧倾阻尼器单元63将使弹簧保持器枢转以使其角位置适应于车身侧倾，因此导致原本在车身侧倾运动期间发生的自动外倾误差补偿。
车身侧倾阻尼器单元63和车身侧倾弹簧单元64连接到车辆支撑结构21并连接到弹簧保持器29的接合部65，其中，为了实现到弹簧保持器29的扭矩传输，接合部65相对于弹簧保持器29的枢转附接位置25偏移。该接合部65例如可以在与板簧23相反的一侧从弹簧保持器29延伸。然而，车身侧倾阻尼器单元63和车身侧倾弹簧单元64能够可替代地连接到板簧或连接到与弹簧保持器直接或间接刚性连接的另一构件。
根据示例实施例，可以省去车身侧倾弹簧单元64，并且将仅提供车身侧倾阻尼器单元63。根据又一示例实施例，车身侧倾阻尼器单元63被设计为用于实现紧凑设计的旋转阻尼器单元。
图6图示了平行颠簸运动期间的图2的示例实施例。右车轮3和左车轮3此处被示出为由于道路上的升高的凸块而竖直向上抬升一定距离。车辆支撑结构21尚未适应于车轮的新竖直位置，并且被示出为在箭头70的方向上向下移位。此图示出了车轮悬挂装置在车轮的竖直运动期间的行为。板簧23的罗斯线47和罗斯点48被选择成对应于刚性控制臂22的尺寸和安装，以便提供极其类似于双横臂设计的车轮悬挂装置。因此，竖直运动期间的车轮外倾变化极小或大致为零，至少处于接近悬挂装置在静止时的位置的操作范围内。因此，在图6中，车轮3相对于竖直定向55的偏离角大致是零。
图7图示在车身侧倾运动期间的图2的示例实施例，如弯曲的箭头71所示。这可能通常在行驶经过道路上的弯道期间发生，使得车辆支撑结构相对于竖直轴线倾斜。与常规双横臂悬挂设计相比，根据图7的示例实施例的车轮悬挂装置提供了车轮的减小水平的外倾角变化。此外倾误差补偿方面的改进通过板簧23与车辆支撑结构21的枢转附接以及在板簧23的刚性控制臂的一侧上提供枢转附接位置25来实现。如图7所示，在板簧相对于车辆支撑结构21的枢转运动期间，车轮悬挂装置的侧倾中心位于枢转附接位置25处。此外，控制臂22的内侧枢转附接位置44沿着具有处于枢转附接位置25处的中心的圆弧74移位。存在内侧枢转附接位置44在横向方向4上的一定水平的平移，但由于板簧23的枢转附接，板簧的罗斯点48并不具有与控制臂的内侧枢转附接位置在使用双横臂的情况下的移位相同程度的移位。出于此原因，外倾误差没有随着该相同程度的移位而增大，因此，与常规双横臂设计相比，车轮3相对于竖直定向55的最终偏离角72减小了。实际上，板簧几何结构在车辆侧倾期间未过多改变，并且被描绘为大致与车辆的非侧倾状态相同。然而，在实践中，由于在驾驶经过弯道时车轮悬挂装置的弯曲外侧部分上的增大的负载，在车身侧倾期间，将发生板簧23的一定水平的左右不对称性。在图7的示意性且简化的图示中，左侧车轮3和右侧车轮3将在一定车身倾斜角71期间展现大致相同的所得偏离角72，并且两个车辆将在与车辆支撑结构相同的方向上倾斜。
图8图示了枢转附接位置25大致与车辆1的横向中心处的控制臂延长线重合的示意性示例实施例。这意味着偏移距离31大致与第二竖直距离33相同。此布局在车身侧倾期间提供比图7的设计更好的外倾误差补偿。如对应于图8中的布局的图9所示，在车辆侧倾运动期间，控制臂22的内侧枢转附接位置44沿着具有处于枢转附接位置25处的中心的圆弧74移位，但内侧枢转附接位置44仅在横向方向4上在极有限的程度上移位。这是使枢转附接位置25大致与车辆1的横向中心处的控制臂延长线重合的结果。内侧枢转附接位置44在车身侧倾期间围绕枢转附接位置25以圆形方式移动，并且横向方向4上的移位应最小化，以便在车身侧倾运动期间减小外倾角的变化。如图9示意性地示出的，虽然车身侧倾角71相当大，但两个车轮3的最终偏离角都大致为零。这实现了在避免昂贵而复杂的设计解决方案的同时、在车辆驾驶期间提供外倾角的小变化的车轮悬挂装置。
图10示出板簧23位于车轮悬挂装置的下侧并且控制臂22位于上侧的可替代示例实施例。因此，车轮保持器的第一竖直端部区域对应于车轮保持器的上部竖直端部区域，并且车轮保持器的第二竖直端部区域对应于车轮保持器的下部竖直端部区域。车轮悬挂装置的此布局在减小水平的车辆侧倾方面是有利的。这因为在车辆侧倾期间，对应于枢转附接位置25的车辆侧倾中心被定位成接近车辆的重心而得以实现。侧倾中心与重心之间的减小的距离自动导致作用在车辆支撑结构上的减小的侧倾转矩。
图11示意性地图示了类似于图10的示例实施例，不同之处在于刚性控制臂22在车轮悬挂装置的自然状态下倾斜。类似地，板簧23的罗斯线47以基本上与刚性控制臂22相同的角度倾斜，使得罗斯线47平行于刚性控制臂22的纵向延长线。为了在车身侧倾期间获得良好外倾误差补偿，如从车辆的前方所观察的，枢转附接位置25被定位成使得大致与在刚性控制臂的内侧枢转附接位置44与外侧枢转附接位置28之间延伸的直线45重合。
图12示意性地图示了车轮悬挂装置的透视图，所述车轮悬挂装置包括：车辆支撑结构21；刚性控制臂22，所述刚性控制臂22在内侧枢转附接位置44和外侧枢转附接位置27处将车轮保持器20以可枢转方式连接到车辆支撑结构21；板簧23，所述板簧23从一个车轮保持器20延伸到在横向方向上处于相反侧的车轮保持器20；以及通过弹簧保持器29实现的板簧23到车辆支撑结构21的枢转附接，所述弹簧保持器29以可枢转方式安装在枢转附接位置25处。刚性控制臂21中的每一个包括附接到车辆支撑结构21的两个枢转附接位置44以及附接到车轮保持器20的一个枢转附接位置。所述板簧包括附接到每个车轮保持器20的单个枢转附接件28。
应理解，本发明不限于上文所述以及附图所示出的实施例；实际上，本领域的技术人员应认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和改变。例如，可以提供用于将车轮悬挂装置的车轮转向的转向连杆。车轮悬挂装置可以用于前轮、后轮或拖车车轮、转向轮、非转向轮、驱动轮或非驱动轮。

Claims (25)

1.一种用于车辆的车轮悬挂装置，所述车辆具有纵向方向(2)、横向方向(4)和竖直方向(5)，所述车轮悬挂装置包括用于支撑车轮(3)的车轮保持器(20)，其中所述车轮保持器(20)的第一竖直端部区域通过刚性控制臂(22)以可枢转方式附接到车辆支撑结构(21)，其中所述车轮保持器(20)的第二竖直端部区域通过板簧(23)附接到所述车辆支撑结构(21)，其中所述板簧(23)的纵向方向大致布置在所述车辆的所述横向方向(4)上，其中所述板簧(23)在所述车辆的横向中央区域处以可枢转方式附接到所述车辆支撑结构(21)，并且其中，所述板簧(23)在所述横向方向上的中心被定位成相对于所述板簧(23)的枢转附接位置(25)竖直偏移，其特征在于，所述板簧(23)的所述枢转附接位置(25)朝向所述刚性控制臂(22)的侧面竖直偏移。
2.根据权利要求1所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述板簧(23)通过刚性连接到所述板簧(23)的弹簧保持器(29)以可枢转方式附接到所述车辆支撑结构(21)，所述弹簧保持器(29)在所述车辆的横向中央区域处绕大致水平轴线枢转地附接到所述车辆支撑结构(21)，并且所述板簧(23)被定位成相对于所述弹簧保持器(29)的枢转附接位置(25)竖直偏移。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述枢转附接位置(25)与所述车辆的横向中心处的控制臂延长线(45)之间的第一竖直距离(32)小于所述板簧(23)与所述车辆的横向中心处的所述控制臂延长线(45)之间的第二竖直距离(33)的50％，尤其是，所述第一竖直距离(32)小于所述第二竖直距离(33)的25％，更尤其是，所述第一竖直距离(32)小于所述第二竖直距离(33)的10％，再尤其是，所述枢转附接位置(25)大致与所述车辆的横向中心处的所述控制臂延长线(45)重合。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述车轮悬挂装置还包括车身侧倾阻尼器单元(63)和/或车身侧倾弹簧单元(64)，所述车身侧倾阻尼器单元(63)和/或所述车身侧倾弹簧单元(64)被安装成使得所述板簧(23)围绕所述枢转附接位置(25)的枢转运动受所述车身侧倾阻尼器单元(63)和/或所述车身侧倾弹簧单元(64)影响。
5.根据权利要求4所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述车身侧倾阻尼器单元(63)和/或所述车身侧倾弹簧单元(64)连接到所述车辆支撑结构(21)并连接到如下项中的至少一个：所述板簧(23)、所述弹簧保持器(29)、或者与所述板簧(23)或所述弹簧保持器(29)直接或间接刚性连接的另一构件。
6.根据前述权利要求4到5中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述车身侧倾阻尼器单元(63)是旋转阻尼器。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述车轮保持器(20)的所述第一竖直端部区域对应于所述车轮保持器(20)的上部竖直端部区域，并且所述车轮保持器(20)的所述第二竖直端部区域对应于所述车轮保持器(20)的下部竖直端部区域。
8.根据前述权利要求1到6中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述车轮保持器(20)的所述第一竖直端部区域对应于所述车轮保持器(20)的下部竖直端部区域，并且所述车轮保持器(20)的所述第二竖直端部区域对应于所述车轮保持器(20)的上部竖直端部区域。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述板簧(23)的罗斯线(47)的横向长度(46)大致对应于所述刚性控制臂(22)的在所述刚性控制臂(22)的内侧枢转附接位置(44)与外侧枢转附接位置(27、28)之间测量的横向长度(46)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述刚性控制臂(22)的附接到所述车辆支撑结构(21)的内侧枢转附接位置(44)与所述板簧(23)的罗斯点(48)位于相同的纵向延伸竖直平面(49)内。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述刚性控制臂(22)的附接到所述车轮保持器(20)的外侧枢转附接位置(44)与所述板簧(23)的附接到所述车轮保持器(20)的附接位置位于相同的纵向延伸竖直平面(50)内。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，从所述车辆的前方观察时，所述板簧(23)的罗斯线(47)平行于在所述刚性控制臂(22)的内侧枢转附接位置(44)与外侧枢转附接位置(27、28)之间延伸的直线(45)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述板簧(23)的每一个横向端部区域均连接到单独的车轮保持器(20)。
14.根据前述权利要求2到13中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述弹簧保持器(20)在单个中央位置处刚性地连接到所述板簧(23)。
15.根据前述权利要求2到14中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述弹簧保持器(29)至少部分地围绕所述板簧(23)的一部分，以建立刚性连接。
16.根据前述权利要求2到15中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述弹簧保持器(29)在沿所述横向方向(4)延伸至少50毫米的部分上、尤其在沿所述横向方向(4)延伸至少75毫米的部分上、更尤其在沿所述横向方向(4)延伸至少100毫米的部分上夹持所述板簧(23)，以建立刚性连接。
17.根据前述权利要求2到16中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述弹簧保持器(29)在横向部分(30)上夹持所述板簧(23)，并且，所述弹簧保持器(29)的横向夹持部分(30)相比于所述板簧(23)与所述枢转附接位置(25)之间的距离(31)的比值在1:0.5到1:5的范围内，尤其在1:2到1:4的范围内。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述刚性控制臂(22)包括与所述车辆支撑结构(21)连接的至少两个纵向间隔开的枢转连接件(44)。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述刚性控制臂(22)被制造成单个实体。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述车轮保持器(20)的所述第二竖直端部区域仅通过所述板簧(23)附接到所述车辆支撑结构(21)。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述车轮悬挂装置还包括车身悬挂阻尼器单元(61)和/或车身悬挂弹簧单元(60)，所述车身悬挂阻尼器单元(61)和/或车身悬挂弹簧单元(60)被安装成使得所述车轮保持器(20)的竖直运动受所述车身悬挂阻尼器单元(61)和/或所述车身悬挂弹簧单元(60)影响。
22.根据权利要求21所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述车身悬挂阻尼器单元(61)和/或车身悬挂弹簧单元(60)直接或间接安装在所述车辆支撑结构(21)与如下项中的一个之间：所述刚性控制臂(22)；所述车轮保持器(20)；或所述板簧(23)。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述车轮保持器(20)形成主支柱，所述主支柱设有用于可转向轮(3)的车轮主轴保持器。
24.根据前述权利要求1到22中的任一项所述的车轮悬挂装置，其特征在于，所述车轮保持器(20)设有用于驱动轮或非驱动轮、非可转向轮(3)的轮毂。
25.一种车辆，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的车轮悬挂装置。
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