CN107206857A - 车辆行走机构中的板簧配置组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆行走机构中的板簧(5)配置组件，板簧在车身(3)与车辆的至少一个车轮(1)之间起作用的弹力特性是可改变的，其方式是：板簧(5)能够以其端部按下述方式固定在行走机构中，使它能被固定在至少两个不同的旋转位置中，这些旋转位置随该板簧(5)绕沿着其纵向延伸方向延伸的轴线的至少微小的扭转而产生。在双轮辙车辆上，沿着车辆横向延伸的且关于车轴设置在中央的板簧(5)的端部能够分别经由耦联元件(7)与一个延长臂(6)连接，车轴的车轮(1)支撑在该延长臂的另一端部上，而车身(3)则在耦联元件(7)上或紧邻耦联元件支撑在由板簧(5)连同两个延长臂(6)所构成的板簧配置组件上。在此，各耦联元件(7)设计为，将板簧(5)在所述至少两个不同的旋转位置中固定在延长臂(6)上，其中可以设置有致动器(10)，借助该致动器，板簧(5)能够相对延长臂(6)以所述的方式扭转。

Description

车辆行走机构中的板簧配置组件
技术领域
本发明涉及一种车辆行走机构中的板簧配置组件，板簧在车身与车辆的至少一个车轮之间起作用的弹力特性是可改变的。关于现有技术，除了EP 2 639 087 B1之外，还可参阅DE 10 2012 107 205 A1或DE 10 2011 085 145 B4。
背景技术
在机动车车身(＝车体)与机动车车轮或(一根车轴的)多个车轮之间起支承弹簧作用的板簧以极其不同的构造和设置方式为人所知。板簧的最简单结构形式是通过一个优选由弹簧钢制成的扁平矩形状型材构成的，该型材呈弧形地被预加应力并且受到弯曲负荷作用，所以板簧体现为一个弯曲弹簧。具有多个相同宽度的弹簧片的结构形式是已知的，这些弹簧片以不同的长度和预应力上下相互叠置地分层堆迭成一个弹簧组并且例如通过弹簧夹保持在一起。此外还已知只有一个弹簧片的抛物线弹簧，该抛物线弹簧的厚度可以向着端部递减，在此常常使用纤维增强塑料作为其材料。双曲线弹簧也是同样情况，该双曲线弹簧的横截面轮廓通常在宽度方面向着端部递增，而其高度可以递减，以便在该板簧的长度上实现尽可能均匀的材料应力。
此外，在权利要求1前序部分中提到一种可改变的弹力特性，这实际上意味着，板簧的弹性刚度或者说弹簧刚性(或者，在弹力与弹簧行程之间为线性关系的情况下亦即弹簧常数)通过某种措施是可以改变的。文首在第二和第三处述及的文献示出了具有可改变的弹力特性的板簧的应用实例，这些实例也适合于或者特别适合于在双轮辙车辆中用作摆动稳定装置，用于车身的水平调节。
发明内容
对此，现在应该指明另一种有益的如权利要求1前序部分所述的板簧配置组件，该板簧配置组件能够以微少花费实现弹力特性的显著改变(＝本发明的目的)，其中，概念“改变”或者“可改变的”完全不必包含：可以主动地在车辆运行中进行改变。更确切地说，由此还应该包括一种实际上仅仅一次的可能性：能够将板簧配置组件调定到不同的弹簧特性，例如可以从两个可能的特性中选择其一。
上述目的的解决方案的特征在于：板簧能够以其端部按下述方式固定在行走机构中，使它能被固定在至少两个不同的旋转位置中，这些旋转位置随该板簧绕沿着其纵向延伸方向延伸的轴线的至少微小的扭转而产生。从属权利要求的内容是一些有益的构造和发展设计。
如前文详细说明的那样，板簧可以是一个弯曲弹簧，其具有至少大致呈矩形的面和例如至少大致为矩形的横截面或者说横截面轮廓。板簧的纵向延伸由矩形面的较长的边缘或延伸或尺寸定义并且与横截面轮廓垂直地延伸。板簧的主加载方向(板簧的弹力应该沿着该主加载方向作用)通常基本上与板簧的所述矩形面垂直地延伸。通常，例如矩形横截面轮廓的较长的边缘同时构成所述矩形面的较短的延伸或尺寸，而横截面轮廓的较短的边缘则沿着板簧的主加载方向延伸。如果现在使一个如此夹装的板簧围绕由其纵向延伸定义的且无论如何在板簧端部中优选在中心穿过其横截面轮廓延伸的旋转轴线旋转90°，那么板簧在于是经过旋转的位置(或者说旋转位置)中，在其他边缘条件不变的情况下，特别是在加载方向相同的情况下，当然就具备另一弹性刚度或弹簧特性，因为板簧的主加载方向然后是沿着该其横截面轮廓的较长的边缘的方向延伸。此外也可以利用伴随着板簧旋转位置的已经描述的变化所出现的平面惯性矩变化来说明这一点。
本发明相对已知现有技术的优点在于：为改变弹力特性而要施加的力(或者说相应的力矩)并不是处于车身与相应车轮之间传递的力的方向上，即车身在车轮上的支撑力的方向上，而是与之垂直地引入并且因此不必直接反作用于按份额分摊的支撑力。这便能够实现弹簧特性的特别有效的(由于利用微少花费可提供的)机动的可改变性。
如果板簧一方面在车轮或轮架上以及另一方面在车身上的端侧支撑或者说夹装构造得适当，也就是说，如果板簧可以适当地在不同旋转位置中一方面被固定在车轮或轮架上以及另一方面在车身(或轴架/车桥支架)上，则按前文所描述的一般方式，板簧为了按份额分摊地支撑车身可以在某一车轮上例如针对车轮个体地设置。在此可以规定：可以只一次性地，即在将板簧装配于车轮悬架装置中时，调定不同的旋转位置，并由此将板簧一次性地固定在某一确定的旋转位置中；在此情况下，若应该利用用于不同车型的、实际上相同的部件来实现不同的弹簧特性，这一点可能是有益的。然而作为备选方案，也可以规定：优选借助适当的致动器，以本发明提出的方式在安装状态中将根据本发明设置的板簧予以扭转，以便能够根据需要或根据某些边缘条件实现不同的弹性刚度或者说弹簧特性。
前面已经阐述了一种可能的应用情况，即具有本发明提出的可改变的弹簧特性的板簧为了按份额分摊地支撑车身而可以在某一车轮上例如针对车轮个体地设置。然而作为备选方案，具有本发明提出的可改变的弹性特性的板簧也可以在双轮辙车辆上作为原则已知的横向板簧设置在车辆的某一车轴的两个车轮之间，按份额分摊地支撑车身。弹力特性的改变然后还引起在车辆转弯行驶时车身摆动特性的改变；当然还可因此而影响车身的高度状态(水平)。
在用于横向板簧(亦即沿着车辆横向并因而在某一车轴之内在该车轴的两个车轮之间延伸的板簧)权利要求2中说明了：如何能够简单地实现将板簧适当地固定在(就围绕其纵向延伸的扭转而言)不同的旋转位置中，尽管同样的紧固原理也可以应用在仅为某一车轮设置的板簧中，该板簧于是例如可以沿着车辆纵向延伸。例如在文首最先提到的文献中示出了板簧通过紧固在其两个端部上的延长臂所实现的紧固结构，然而，本发明与此相比，不同之处在于：目前板簧可以固定在关于绕沿着其纵向延伸的方向或者说在板簧在耦联元件上的各紧固点之间延伸的轴线的扭转的不同旋转位置中。其中优选可以实现在多个确定的板簧旋转位置中的固定，这些板簧旋转位置是优选的、在某些边缘条件下要实现的位置，各位置彼此间相差围绕沿着板簧纵向延伸方向延伸的轴线的一定扭转角度。例如，在这个意义上可以设置两个不同的板簧旋转位置，它们相差90°的旋转角。例如形状锁合地接纳板簧端部的耦联元件可以起到一种形状锁合连接元件的作用，原则上，该耦联元件为此可以在围绕板簧的所期望的旋转轴线经扭转的不同位置中固定在延长臂上。为此，在耦联元件与延长臂的对应端部区段之间的连接区域也可以针对于不同旋转位置构造为形状锁合的，例如按照端齿部的形式。
根据权利要求3，为了实现本发明板簧配置组件的弹簧特性在车辆运行中的上述“主动”改变而提出至少一个致动器，借助该致动器，板簧特别是可相对延长臂以所述方式扭转并且可以在至少两个不同的旋转角中固定在延长臂上。为此，沿着车辆横向延伸的且关于相应车轴设置在中央的板簧的端部也可以分别经由一个耦联元件类似于突起的凸台那样与一个延长臂相连接，车轴的一个车轮支撑在该延长臂的另一端部上，而车身则在耦联元件附近支撑在由板簧连同两个延长臂所构成的板簧配置组件上。在此，例如可以通过如下方式实现所期望的固定：致动器构造为具有自锁的蜗轮蜗杆传动装置的伺服电机；用于将板簧固定在某一所期望的(按照本发明的)旋转位置中的其他构造设计也是完全可能的。
根据所述致动器或者说相应致动机构的设计，因此可以实现车辆的一种主动的行走机构，该行走机构在水平调节的意义下适配于变化的边缘条件以及能够主动地适当调定车辆的竖向动力学特性(Fahrzeug-Vertikaldynamik)。在此，通过一种适当的电子控制单元来实施对致动机构的操控，该控制单元可以包含调节过程(闭环控制过程)。借助车辆的(通过设置本发明的横向板簧)可改变的摆动强度或者说可改变的摆动特性(如原则上已知的那样)，因此还可以对车辆的自行转向性能(Eigenlenkverhalten)并进而对横向动力学特性施加影响。
为了能够实现有针对性地确定的不同弹性刚度或弹簧特性，根据本发明设置的板簧的横截面或横截面轮廓可以具有一种非矩形形状的轮廓。例如，可利用U形型材或C形型材、但也可利用星形型材通过围绕一根与型材横截面垂直地、优选穿过其面形心(面积重心)延伸的旋转轴线的仅仅微小扭转来实现针对于无改变的(即在组装于车辆中的状态下基本上沿着垂直方向延伸的)加载方向而言的不同的弹性刚度。同样情况适用于下述的板簧构造，该板簧构造的特点是设有不同的(上下相互叠置的)层，这些层具备不同的刚性或强度，例如通过如下方式：采用一种由纤维增强塑料构成的三层式板簧，该板簧的(在可能的旋转角位置之一中)上部和下部的覆盖层由玻璃纤维增强塑料组成，而该板簧的位于它们之间的中间层以碳纤维增强塑料构造。在这个实例中，所述不同的层因而是涉及由不同材料构成的层。
附图说明
下文将借助简要概括示出的实施例进一步说明本发明，其中：
图1示出了轿车后轴车轮悬架装置的或者说行走机构的左半部的后视图，其具有按照本发明的处于第一旋转位置中的横向板簧，和
图2示出了沿着车辆横向延伸的板簧从图1所示情形扭转90°在第二旋转位置中的图示。
图3a以透视方式示出了在此处未示出的板簧之间的一种可能的连接，该板簧可插入耦联元件中，延长臂与该耦联元件相接，其中，在图3b中示出了延长臂的朝向耦联元件的端壁的俯视图。
在图4a至4c中仅仅示出了一个可能的板簧在按照本发明的不同旋转角位置中的横截面(亦即横截面轮廓)。
具体实施方式
首先参见图1，利用附图标记1标示双轮辙车辆的左侧(立在地面G上的)后轮，该后轮如同常规情形那样可旋转地紧固在一个轮架2上，该轮架以常规方式经由多个在此未示出的导引车轮的连杆被铰接在车身上或者说轴架3上(车身支撑于该轴架上)。同样如导引车轮的连杆一样未予图示，然而却存在着一个用于对车身或者说轴架3相对车轮1的(通常的且同样在图示中沿着垂直方向定向的)竖向运动进行阻尼的减震器，该减震器一端例如支撑在轮架2上，而另一端例如支撑在车身上。沿着车辆横向定向的板簧5起到用于车身相对车轮1的支承弹簧的作用，并且从一个配置给左侧车轮1的或者说在一个铰接位置A中支撑于左侧轮架2上的左侧延长臂6一直延伸到一个关于车辆中心(中心平面M)对称地设置的、未示出的右侧延长臂，该右侧延长臂的外侧(右侧)端部铰接在此处未示出的右侧车轮上。因此，这两个所述延长臂6实际上通过如下方式构成了板簧5的延长，即每个延长臂6以一个端部在铰接位置A中至少可微微转向活动地紧固于轮架2上，并且在其相对置的、朝向真正板簧5的端部区域中，至少可微微转向活动地在铰接位置B中紧固于轮架3上。其中，铰接位置A、B中的所述转向活动性应该允许轴架3相对车轮1发生一定的竖向运动，从而这个(或这些)延长臂6在轮架2上和轴架3上转向活动的铰接位置A、B中能够至少微小地绕沿着车辆纵向或者说垂直于图1、2绘图平面延伸的轴线发生扭转。
优选每个延长臂6构造为基本上抗弯的，也就是说，它特别是基于指向其端部的或者在所述铰接位置A、B中沿垂直方向取向的力应该实际上不弯曲或者至少尽可能少地弯曲。为了将延长臂6与真正的板簧5(所述板簧的特点在于显著的弯曲弹簧特性)相连接，(每个延长臂6)设置有一个在下文借助图3a、3b示例性说明的耦联元件7，该耦联元件建立延长臂6与板簧5之间的一种可固定的连接V。该连接V设计为，用于特别是将沿垂直方向作用于所述延长臂6上或每一延长臂上的力基本上原原本本地传递到板簧5上或者说导入该板簧中。
图3a在一种与图1、2实施方式不同的可能实施方式中原则上示出了：在图3a中未示出的板簧(5)与一个延长臂6之间的前述的、传递力的连接V是如何能够构成在其位于支撑点B附近的端部区段上。为此而设置有一个U形的耦联元件7，板簧(5)的一个端部嵌接于该耦联元件的两个臂7a、7b之间并牢固地与这个耦联元件7连接，例如通过如下方式：将紧固销栓(在图3a中未示出)垂直地引导穿过耦联元件7的两个臂7a、7b和位于它们之间的板簧区段。通过耦联元件的将两个臂7a、7b相连接的基底部7c，所述耦联元件7例如通过一个垂直于基底部7c定向的销轴8围绕该销轴8的轴线按照箭头方向9可扭转地与延长臂6的端部区段相连接，并且充分地面状支撑在该端部区段上，因此，耦联元件7位于(延长臂6在轴架3上的)设置在该延长臂6中的支撑点B附近。经由基底部7c的朝向延长臂6的端面，耦联元件7以及因此还有刚性地夹装在其臂7a、7b之间的并且由此刚性地与该耦联元件7连接的板簧(5)以所期望的传递力的方式支撑在延长臂6上，更确切地说是支撑在该延长臂的朝向耦联元件7的端侧上。如所述的那样，耦联元件7可以按照箭头9围绕销轴8相对延长臂6扭转，通过这种方式，紧固在耦联元件7中的板簧(5)由此也可以以这种方式扭转。然而需要锁定板簧(5)的至少一个确定的(根据箭头9的)旋转位置并因此防止板簧(5)或耦联元件7的非预期扭转。对于将板簧这样地锁定或者说固定在一个确定的旋转位置中(旋转位置是就板簧绕沿着其纵向延伸方向或者沿着说销轴8方向延伸的轴线的可能的扭转而言)，存在着不同的可能性，后文将对这些可能性中的两个加以详细阐述。
回到图1、2上，从中可以看到耦联元件7以及不完整地看到在端侧牢固地安装在该耦联元件中的、处于两个不同旋转位置中的板簧5，也就是说，在图2中板簧5相对在图1中示出的位置围绕轴线A扭转了90°。其中，在这两个图1、2中还示出之前在对图3a的阐述中抽象述及的、而在这里构成为螺栓状的紧固销栓11，板簧5借助这些紧固销栓与耦联元件7刚性连接。
目前所示出的板簧5是一个弯曲弹簧，其具有至少大致呈矩形的面F(参见图2)和例如至少大致为矩形的横截面或者说具有边缘K(参见图1)和N(参见图2)的横截面轮廓。板簧5的纵向延伸L由矩形面F的较长的边缘L或延伸或者说尺寸定义并且与例如同样呈矩形的横截面轮廓垂直地延伸。板簧5的主加载方向(板簧5弹力应该沿着该主加载方向作用)通常基本上与板簧5的所述矩形面F垂直地(或者说与其边缘K平行地)延伸，所以通常板簧是如此地组装在车辆行走机构中，亦即正如目前板簧5的在图1中示出的旋转位置那样。通常，例如矩形横截面轮廓的较长的边缘N同时构成了所述矩形面F的较短的延伸或尺寸，而该横截面轮廓的较短的边缘K则沿着板簧5的通常的载荷导入方向延伸(如在图1所示的板簧旋转位置的情况中那样)。
如果现在使一个或者说按照图1如此夹装或定位的板簧5围绕一根或者说由其纵向延伸L定义的且无论如何在板簧5的端部中优选在中心穿过该板簧横截面轮廓延伸的旋转轴线A旋转90°，那么板簧5在于是经过旋转的且在图2中示出的位置(或者说旋转位置)中，在其他边缘条件不变的情况下，特别是在加载方向相同且(通过车身)加载力相同的情况下，当然就具备另一不同的弹性刚度或弹簧特性，因为那时板簧5的主加载方向或者说载荷导入方向是沿着该板簧的横截面轮廓的较长的边缘N的方向延伸。尽管板簧5的反作用于按份额分摊的车身重量的力在图2所示位置中高于在图1所示位置中，使得轴架3与铰接位置B一起在图2中必定比在图1中略微高一些，然而支承在铰接位置A、B中的延长臂6的位置在这两个图1、2中基本上没有变化。
此外，在图1、2中简要概括地示出了一个适当紧固在延长臂6上的致动器10，该致动器包括例如构造为电动机的、带有接于下游的蜗杆传动10b的伺服电机10a。该蜗杆传动10b的从动小齿轮承载有用于耦联元件7的一个形状锁合的接纳座10c并且因此与在图1、2中当然同样如板簧5那样在按照本发明的不同旋转位置中示出的耦联元件7如此地牢固连接，即：借助该致动器10，板簧5根据本发明可以定位在不同的旋转角位置中。当然，为此板簧5的右侧端部也可以通过一个耦联元件相对右侧的延长臂扭转；此时不必在那里设置另外的致动器用以实施扭转。
在图1、2的实施方式中，板簧5在组装于车辆中的状态下借助致动器10可主动扭转，其中，例如通过蜗杆传动10b的自锁实现了或者可以实现在相应旋转位置中的固定，而图3b则又仅仅在原理上示出：在板簧5或者整个板簧配置组件在车辆中或者说在车轴中的装配过程期间，如何可以在一定程度上最终在某一旋转位置中实现所述的固定。在此，图3b示出了耦联元件7基底部7c的朝向延长臂6的端侧的面的俯视图，或是延长臂6的朝向耦联元件7基底部7c的端侧的俯视图。除了已经提到的销轴8之外，耦联元件7应该可围绕该销轴或者说围绕其轴线首先一次(也就是说在装配过程结束之前)扭转，还可以看到在可视面上的一种成型形貌，其形式上为(垂直于绘图平面突起的)端齿部或端面齿(Stirn-oderHirth-Verzahnung)。该成型形貌可以构成为，使得耦联元件7并因此使得板簧5可以例如只在两个确定的按照本发明的旋转角位置中被刚性地(例如通过将螺栓-螺母-连接与销轴8拧紧)紧固在延长臂6上。
优选的是，板簧5以纤维增强塑料构造。在图4a至4c中示出了根据本发明设置的板簧5的一种可能实施方式处于不同的(按照本发明的)旋转角位置中的横截面轮廓(具有边缘K和N)。在此示出的板簧5由三个片层组合而成或者说包括三个层，其中，图4a中上部和下部的覆盖片层或者层由玻璃纤维增强塑料(GFK)构成，而位于它们之间的中间片层或者说层则以碳纤维增强塑料(CFK)构造。在图4a所示的状态中，中间的CFK片层位于中性区内；在图4c所示的位置中，CFK片层的上部和下部区域也位于板簧5的受压或者受拉区中。

Claims (9)

1.车辆行走机构中的板簧(5)配置组件，板簧在车身(3)与车辆的至少一个车轮(1)之间起作用的弹力特性是可改变的，其特征在于：所述板簧(5)能够以其端部按下述方式固定在行走机构中，使它能被固定在至少两个不同的旋转位置中，这些旋转位置随该板簧(5)绕沿着其纵向延伸方向延伸的轴线的至少微小的扭转而产生。
2.如权利要求1所述的板簧配置组件，该板簧配置组件在双轮辙车辆上，其中，沿着车辆横向延伸的且关于相应车轴设置在中央的板簧(5)的端部分别经由耦联元件(7)与一个延长臂(6)连接，车轴的车轮(1)支撑在该延长臂的另一端部上，而车身(3)在耦联元件(7)附近支撑在由所述板簧(5)连同两个延长臂(6)构成的板簧配置组件上，并且，各耦联元件(7)设计为，将板簧(5)在所述至少两个不同的旋转位置中固定在各延长臂(6)上。
3.如权利要求1或2所述的板簧配置组件，包括至少一个致动器(10)，借助该致动器，板簧(5)特别是能够相对延长臂(6)以所述的方式扭转并且能够在至少两个不同的旋转角中固定在延长臂上。
4.如前述权利要求之任一项所述的板簧配置组件，其中，所述耦联元件(7)构造为形状锁合的连接元件。
5.如前述权利要求之任一项所述的板簧配置组件，其中，形状锁合地接纳板簧(5)端部的耦联元件(7)能够在围绕该板簧(5)的所期望的旋转轴线经扭转的不同位置中固定在延长臂(6)上。
6.如权利要求5所述的板簧配置组件，在所述耦联元件(7)与所述延长臂(6)的对应端部区段之间设有形状锁合的、按照端齿部形式构造的连接区域。
7.如前述权利要求之任一项所述的板簧配置组件，其中，致动器(10)构造为带有伺服电机(10a)的蜗轮蜗杆传动装置(10b)。
8.如前述权利要求之任一项所述的板簧配置组件，其中，板簧(5)的横截面具有非矩形形状的轮廓。
9.如前述权利要求之任一项所述的板簧配置组件，其中，板簧(5)具有刚性或强度不相同的不同层(GFK，CFK)。
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