CN108394244A - 机动车辆的车轮悬架装置的弹簧控制臂单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的车轮悬架装置的弹簧控制臂单元(10)，该弹簧控制臂单元(10)包括：具有用于容纳车轮悬架装置的螺旋弹簧(56)的弹簧座(26)的基体(12)；在基体(12)上形成的第一端部区域(14)，第一端部区域(14)能够可机械操作地连接到机动车辆的簧载部件；和在基体(12)上形成的第二端部区域(16)，第二端部区域(16)能够可机械操作地连接到机动车辆的非簧载部件。根据本发明，基体(12)具有由钢构成的第一部分壳体(34)和由复合材料构成的第二部分壳体(40)，第一部分壳体(34)和第二部分壳体(40)至少在弹簧座(26)的一个区域中不可拆卸地固定地彼此连接。

Description

机动车辆的车轮悬架装置的弹簧控制臂单元

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的机动车辆的车轮悬架装置的弹簧控制臂单元，弹簧控制臂单元具有带弹簧座的基体、以及在基体上形成的第一端部区域和第二端部区域，其中第一端部区域可以可机械操作地连接到簧载部件，并且第二端部区域可以可机械操作地连接到机动车辆的非簧载部件。

背景技术

在作为簧载物品的车辆的车身、与作为非簧载物品的车辆的车轮之间插入弹性弹簧元件，凭借将不平坦的地面引起的冲击不直接传递到车身而提高车辆乘员的驾驶舒适性，这在汽车工程领域是已知的。而且，即使在地面不平坦的情况下，也可以确保传递力所需的车轮与地面的接触。通过使用设置在车身与车轮轴之间的减振器，以熟悉的方式衰减由地面不平坦造成的车身振动。在此，弹性弹簧元件可以由弹性螺旋弹簧形成并且是减振器的整体部分。

用于在机动车辆的车轮悬架上引导车轮的弹簧控制臂在汽车工程领域中也是已知的。弹簧控制臂通常具有用于支撑弹簧或弹簧/减振器装置的部分，该弹簧/减振器装置本身支撑在车身上。

在车辆行驶过程中，由于车身和车辆乘员的重量，弹簧控制臂处于较高的(特别是动态的)载荷下，因此必须具有足够的刚性。另一方面，在汽车工程领域持续存在这种压力：在至少保持功能性的同时减轻重量，以便例如能够遵守由未来的法律排放规定产生的二氧化碳限制。

因此，现有技术中已知的方案旨在用较轻的材料代替机动车辆的一部分车轮悬架，但是这种较轻的材料在机械强度方面与传统材料相比应当尽可能地没有任何缺陷。

因此，DE 10 2013 217 769 A1描述了一种用于弹簧(尤其是板簧)的保持元件，保持元件具有用于将弹簧固定在保持元件上的弹簧固定区域、用于将车轮支架固定在弹簧上的车轮支架固定区域，其中保持元件具有腹板和凹部穿过以将力从弹簧固定区域传递到车轮支架固定区域的变形区域。腹板和凹部相对于保持元件的纵向轴线镜像对称地形成。

板簧可以包括一种或多种材料，特别是金属和/或塑料材料。板簧和/或横向板簧优选由纤维增强复合材料(纤维/塑料复合材料)制成，优选地由玻璃纤维增强塑料制成。保持元件也可以用于具有车轮导向的横向板簧或纵向板簧、以及弹簧控制臂或其他底盘部件或特别是由复合材料(特别是纤维复合材料，例如纤维增强塑料部件)制成的部件的车轴设计。

US 2015/0343875 A1描述了一种用于车辆悬架的悬架总成。悬架总成包括由纤维增强热塑性聚合物构成的上控制臂/弹簧装置，该装置包含控制臂部分和弹簧元件部分。由纤维增强的热塑性聚合物构成的上控制臂/弹簧装置包括热塑性基体材料，该热塑性基体材料由嵌入该装置的基体中、并在该装置的基体中定向的纤维增强。还描述了具有热塑性基体材料的复合板簧。

在一个实施例中，描述了包括纵向延伸的主片的混合板簧。纵向主片由合适的材料(例如是金属(例如钢)但不限于金属)而形成。可替代地，主片可以由金属/基体复合材料制成，该金属/基体复合材料可以包括嵌入金属基体中的多种纤维。此外，主片可以由纤维增强聚合物复合材料(FRP)以及(在适用的情况下)额外添加增强材料而制成。

混合板簧通常通过将由复合材料构成的第一层和由复合材料构成的第二层连接至主片、并且使用加热的模具将装配的部件放置在冲压机中来制造，该加热的模具对应于完成的混合板簧的所需的空载的形状。然后，通过热量和压力的组合，将部件冲压在一起并且可以形成具有一致可再现的形状的混合式板簧。

DE 10 2014 103 014 A1描述了一种用于机动车辆的弹簧/控制臂装置，弹簧/控制臂装置将悬架的功能和车轮悬架的至少一个控制臂的功能组合在相同类型的一个或多个部件中。弹簧/控制臂装置包括由第一纤维复合材料构成的彼此分隔设置的两个带，第一纤维复合材料具有在带的纵向方向上各自对齐的纤维。弹簧/控制臂装置还具有腹板，该腹板将由第二纤维复合材料构成的带与相对于带的纵向成正角的纤维连接。弹簧/控制臂装置可以作为车轮悬架的一部分固定在相对的端部区域中的车辆部件上。端部区域包括分配给两个带彼此的端部，并且是分别连接带的端部的腹板的端部。可以通过带传递通过端部区域沿纵向引入弹簧/控制臂装置的各个力。这些带抵抗由沿具有弹性力的腹板的法线方向作用的力引起的、弹簧/控制臂装置的变形。在弹簧/控制臂装置上沿横向作用的力从腹板传递到端部区域。

在DE 10 2013 207 910 A1中，悬架和车轮悬架的至少一个控制臂的功能也组合在相同类型的一个或多个部件中。提出了一种车辆的单车轮悬架，该单车轮悬架具有构造为纤维复合材料的、并且从车辆的纵方向上看大体形成U形的弹簧/控制臂结构，其上部和下部支腿固定在车辆结构的端部侧部或与其连接的支架上，其中这些紧固件中的至少一个不具有围绕在车辆的纵方向上延伸的轴线旋转的旋转自由度，而U形弹簧/控制臂结构的底座连接有用于固定车轮的轮毂。

DE 10 2011 082 391 A1描述了一种具有用于驱动电动车辆的车轴的电机的电动车辆的驱动单元。驱动单元设置在壳体中，并且具有用于将扭矩从电机传递到电动车辆的车轴的驱动轴、以及用于将驱动单元存储在电动车辆的车身上的至少一个存储装置。驱动单元的壳体形成为用于在电动车辆的车身上存储驱动单元的存储装置，并且具有用于将电动车辆的至少一个(特别是弹性的)弹簧控制臂固定在壳体上的至少一个固定装置。在一个实施例中，第一固定装置由纤维/塑料复合物(FPC)制成的弹簧控制臂形成。通过由纤维/塑料复合物构成的弹性和轻质的弹簧控制臂的第一固定装置，在驱动单元上可以实现可靠的固定。

另一种减轻重量的方法是使用包括多种不同类型材料的混合部件。

例如，在US 9,302,707 B2中描述了用于车轮的多控制臂悬架的车轴支架，特别是机动车辆的后车轴支架。车轴支架具有用于分别驱动每个车轮的容纳装置。车轴支架包括两个纵向支架，两个纵向支架分别通过至少一个横向支架相互连接，其中在每个纵向支架上设置有容纳装置。与横向支架一体连接的、用于弹簧控制臂的支承点可以优选地位于第二横向支架上。纵向支架还具有弹簧支承板或接收件，该弹簧支承板或接收件特别地与纵向支架一体连接并且优选地通过铸造工艺制造，用于容纳对应的弹簧(特别是螺旋弹簧)。

横向支架和纵向支架可以有利地形成由塑料和轻质金属组成的混合轻质部件。纵向支架可以由塑料构成，并且横向支架可以由轻质金属构成，反之亦然。

纵向支架可以有利地通过注塑工艺连接到一个或多个横向支架。可以形成纵向支架和/或横向支架，使得在注塑成型过程中通过优选地配合形状而进行连接。一个或多个横向支架可以至少部分地由轻质材料制成，优选地由轻质金属、塑料、或轻质金属与塑料的复合材料制成。

在Kuch,I和Delonge-Immik,G撰写的“FRP后车轴部件的开发”(Development ofFRP Rear Axle Components)(SAE技术论文910888,1991,doi:10.4271/910888)的专家文章中，解释了装配后车轴的各个发展阶段。从对纤维增强塑料(FRP)在汽车领域的工业适用性的评估和单个部件的替代开始，专家文章解释了一体式复合后车轴的设计概念。

该专家文章介绍了由手糊成型工艺制造的CFP(碳纤维增强塑料)弹簧连接件的构造、生产、和测试，长纤维增强热塑性塑料的卷绕和热成型。所描述的发展阶段是将弹簧控制臂的承载功能、与螺旋弹簧的装有弹簧的特性相结合的板簧连接的设计。

鉴于突出的现有技术，在车轮悬架装置(特别是弹簧控制臂)领域仍有改进空间。

发明内容

本发明所基于的目的是提供一种弹簧控制臂单元，该弹簧控制臂单元具有足够的强度以及减轻的重量。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1特征的弹簧控制臂单元来实现。从属权利要求分别独立地进一步公开了本发明的特别有利的构造。

参考以下事实：在以下描述中单独列出的特征和措施可以以任何所需的、技术上适宜的方式彼此组合，并且进一步突出本发明的配置。该描述(特别是结合附图)额外地表征和说明了本发明。

根据本发明的机动车辆的车轮悬架装置的弹簧控制臂单元包括：具有弹簧座的基体，弹簧座用于容纳车轮悬架装置的螺旋弹簧；形成在基体上的第一端部区域，第一端部区域可机械操作地连接到机动车辆的簧载部件；和形成在基体上的第二端部区域，第二端部区域可机械操作地连接到机动车辆的非簧载部件。

在本发明的意义上，术语“可操作地连接”尤其应理解为：可操作地连接的物体以能在物体之间传递力和/或转矩和/或扭矩的方式机械地彼此连接。这种传递既可以通过直接接触进行也可以通过中间元件间接地进行。

在本发明的意义上，术语“螺旋弹簧”尤其应理解为以螺旋形式缠绕的弹簧丝形成的弹簧。在这种情况下、螺旋弹簧的外形可以是圆柱形、圆锥形、或桶形。

在本发明的意义上，术语“机动车辆”尤其应理解为作为汽车、重型货车、或公共汽车。

基体具有由钢构成的第一部分壳体和由复合材料构成的第二部分壳体，第一部分壳体和第二部分壳体在弹簧座的至少一个区域中不可拆卸地固定地彼此连接。

在本发明的意义上，术语“不可拆卸地固定地连接”尤其应理解为使得两个不可拆卸地固定地连接的物体仅能够在至少一个物体丧失结构完整性的情况下彼此分开。

以这种方式，可以提供弹簧控制臂单元，该弹簧控制臂单元在机械强度方面(特别是在屈曲载荷方面)满足汽车工程中的现有要求，并且在使用寿命期间与传统的弹簧控制臂单元相比重量显著降低。根据本发明的弹簧控制臂单元的另一个优点在于，由于使用了复合材料，在噪声、振动、和粗糙性(Noise,Vibration,Harshness，NVH)方面可以更容易地遵守汽车工程的现有要求。

复合材料可以由例如纤维/塑料复合物(FPC)形成。特别地，复合材料可以包括碳纤维增强塑料(CFP)、玻璃纤维增强塑料(GFP)、和/或芳纶纤维增强塑料(AFP)。

第一部分壳体和第二部分壳体之间的不可拆卸地固定连接优选地实现成至少部分地为层状。在本发明的语境中，这应理解为表示第一部分壳体和第二部分壳体在至少一个连续的表面区域中不可拆卸地彼此连接。

第一部分壳体和第二部分壳体之间的不可拆卸地固定连接优选地通过粘合连接产生。然而，第一部分壳体和第二部分壳体之间的不可拆卸地固定连接也可以替代性地通过认为是合理的其他合适方法来实现。

机动车辆的非簧载部件可以例如通过车轮支架或车轴引导件形成。机动车辆的簧载部件可以例如由车辆车身或诸如底盘支架的辅助框架结构形成。

本申请中使用的术语“第一”、“第二”等仅用于区分的目的。特别地，使用所述术语不应当暗示与这些术语结合引用的对象的顺序或优先性。

第一端部区域和第二端部区域优选地相对于弹簧座彼此相对设置，因此可以在机动车辆的簧载部件与非簧载部件之间实现尤其有效的力传递。

在根据本发明的弹簧控制臂单元的实施例中，弹簧座在至少一个方向上比两个端部区域中的每一个更宽，该至少一个方向设置为垂直于端部区域之间的假想连接线。由此也可以为外径较大的螺旋弹簧提供在机动车辆的簧载部件和非簧载部件之间传递力的紧凑解决方案。

在根据本发明的弹簧控制臂单元的有利构造中，至少一个端部区域具有通过材料接合而连接到第一部分壳体的金属管。通过金属管能够结构简单地将弹簧控制臂单元连接到机动车辆的非簧载部件或簧载部件。

金属管与第一部分壳体之间的材料接合优选地由焊接连接生成。

如果提供至少一个金属管用于容纳气缸套或用于容纳球形接头，则可以通过标准的结构元件实现结构简单地将弹簧控制臂单元与机动车辆的非簧载部件或簧载部件相连接。

在本发明的意义上，术语“提供”尤其应理解为设计或设置。

优选地可以将气缸套或球形接头压入至少一个金属管中。

在根据本发明的弹簧控制臂单元的有利构造中，弹簧座具有适于待容纳的螺旋弹簧的弹性体支撑板。由于弹性体支撑板，待容纳的螺旋弹簧与弹簧控制臂单元之间传递的结构噪声可以降低，从而减少噪声和振动的产生，并且可以更容易地遵守汽车工程在NVH要求方面的现有需求。

另外，在根据本发明的弹簧控制臂单元的有利发展中，弹性体支撑板具有支承表面，该支承表面在螺旋弹簧的安装状态中与螺旋弹簧的表面部分相互支承，该表面部分面向螺旋弹簧的内部空间或外部空间。结果，可以在弹簧座中的(特别是在横向方向上的)待容纳的螺旋弹簧的所需位置上实现良好的粘附性。可以通过形状配合、或通过形状配合和摩擦连接的组合而将待容纳的螺旋弹簧保持在弹性体支撑板上。

在根据本发明的弹簧控制臂单元的实施例中，第一部分壳体和第二部分壳体具有至少在弹簧座的一个区域中彼此适配的U形轮廓。因此，可以在第一部分壳体和第二部分壳体之间实现特别大面积的不可拆卸地固定连接。此外，U形轮廓提高了弹簧控制臂单元的弯曲和扭转刚度。

如果第二部分壳体在至少一个端部区域中不可拆卸地固定地连接到第一部分壳体，则可以有利地进一步提高了弹簧控制臂单元的弯曲和扭转刚度。在一个端部区域中的第一部分壳体和第二部分壳体之间的不可拆卸地固定连接可以通过粘合连接或通过本领域技术人员认为合适的上述方法之一来生成。

在本发明的另一方面中，提出了一种机动车辆的车轮悬挂装置，其中该车轮悬挂装置包括至少一个根据本发明并如上述公开的弹簧控制臂单元。

附图说明

在从属权利要求和以下附图描述中公开了本发明的其他有利的配置。在图中：

图1示出了根据本发明的弹簧控制臂单元的示意性俯视图；

图2示出了根据图1的截面A-A的弹簧控制臂单元的端部区域的示意性截面侧视图；以及

图3示出了根据图1的截面B-B的弹簧控制臂单元的基体的示意性截面侧视图。

在各个示图中，相同的部件总是提供有相同的附图标记，因此这些部件通常也仅描述一次。

具体实施方式

图1以示意性俯视图示出了根据本发明的弹簧控制臂单元10的可能实施例。提供弹簧控制臂单元10用作以汽车形式的机动车辆的车轮悬架装置。

弹簧控制臂单元10包括基体12，基体12具有由钢构成的第一部分壳体34(图3)和由复合材料构成的第二部分壳体40。复合材料例如由玻璃纤维增强塑料(GFP)或碳纤维增强塑料(CFP)形成。

基体12具有形成在基体12上的第一端部区域14(图1)和形成在基体12上的第二端部区域16，其中第一端部区域14和第二端部区域16相对于通过基体12的中心20的垂直中心轴线22彼此相向设置，垂直中心轴线22也称为整个弹簧控制臂单元10的垂直中心轴线。

第一部分壳体34连续地构造成在附图的平面中向上开口的U形轮廓的形式，并且第一部分壳体34在基体12的中央区域18(图1)中的开口宽度具有最大尺寸(图3)并且在两个端部区域14、16的方向上均匀地减小到最小尺寸(图2)。

从图3的平面B-B截面的侧视图中也可以看出，第二部分壳体40也具有大体U形轮廓，第二部分壳体40在设置在基体12的两个端部区域14、16之间的中央区域18中向上开口，其中在基体12的中央区域18中的第一部分壳体34的U形轮廓和第二部分壳体40的U形轮廓以如下方式彼此适配：在中央区域18中，第一部分壳体34的U形轮廓的内侧36和第二部分壳体40的U形轮廓的外侧42彼此抵靠地定位。第二部分壳体40的U形轮廓的上边缘区域44以直角向外成形，位于第一部分壳体34的U形轮廓的上腹板表面的下侧，并与第一部分壳体34的U形轮廓的外侧38相齐平地终止。

在基体12的整个中央区域18中，第一部分壳体34的U形轮廓的内侧36和第二部分壳体40的U形轮廓的外侧42通过使用粘合工艺而不可拆卸地固定地彼此连接。第一部分壳体34和第二部分壳体40在基体12的中央区域18中形成具有大体为圆形的支撑表面28的弹簧座26。

从图1可以看出，弹簧座26在垂直于端部区域14、16之间的假想连接线设置的方向上比两个端部区域14、16中的每一个更宽，并且该假想连接线由弹簧控制臂单元10的较长的对称轴线24提供。端部区域14、16之间的假想连接线位于图1的绘图平面中。

弹簧座26用于容纳车轮悬架装置的圆柱形螺旋弹簧56(图3)，并且包括适于待容纳的螺旋弹簧56的圆环形弹性体支撑板30，该弹性体支撑板30中心固定在圆形支撑表面28上。弹性体支撑板30具有支承表面32，该支承表面32在图3所示的螺旋弹簧56的安装状态中与螺旋弹簧56的表面部分相互支承，该表面部分面向螺旋弹簧56的内部空间58。弹性体支撑板30和螺旋弹簧56彼此匹配，使得螺旋弹簧56在安装状态下由形状配合和摩擦连接的组合而保持在弹性体支撑板30上。

在第一端部区域14和第二端部区域16中，第二部分壳体40分别形成为平板46(图2)的形式。平板46的下侧48的外部区域抵靠第一部分壳体34的U形轮廓的上腹板表面而定位，并且通过接合工艺不可拆卸地固定地连接到这些上腹板表面上。第一部分壳体34和第二部分壳体40以这种方式在端部区域14、16中不可拆卸地固定地彼此连接。因此，在第一端部区域14和第二端部区域16的第一部分壳体34和第二部分壳体40分别形成具有大体为矩形横截面的开口50。

端部区域14、16中的每个开口50用于分别部分地容纳钢管52、54(图1)，钢管52、54通过焊接工艺以材料接合的方式连接到第一部分壳体34。

提供设置在第一端部区域14的钢管52，以容纳能够压入到钢管52中的气缸套(未示出)。通过压入的气缸套，第一端部区域14可以可机械操作地连接到机动车辆的簧载部件，即底盘支架。

提供设置在第二端部区域16处的钢管54，以容纳能够压入钢管54的球形接头(未示出)。通过压入的球形接头，第二端部区域16可以可机械操作地连接到机动车辆的非簧载部件，即车轮支架。

附图标记列表：

10 弹簧控制臂单元

12 基体

14 第一端部区域

16 第二端部区域

18 中央区域

20 中心

22 垂直中心轴线

24 较长的对称轴线

26 弹簧座

28 支撑表面

30 弹性体支撑板

32 支承表面

34 第一部分壳体

36 内侧

38 外侧

40 第二部分壳体

42 外侧

44 上边缘区域

46 平板

48 下侧

50 开口

52 钢管

54 钢管

56 螺旋弹簧

58 内部空间

Claims (9)

1.一种用于机动车辆的车轮悬架装置的弹簧控制臂单元(10)，具有：

-具有用于容纳所述车轮悬架装置的螺旋弹簧(56)的弹簧座(26)的基体(12)；

-形成在所述基体(12)上的第一端部区域(14)，所述第一端部区域(14)能够可机械操作地连接到所述机动车辆的簧载部件；

-形成在所述基体(12)上的第二端部区域(16)，所述第二端部区域(16)能够可机械操作地连接到所述机动车辆的非簧载部件；

其特征在于

所述基体(12)具有由钢构成的第一部分壳体(34)和由复合材料构成的第二部分壳体(40)，所述第一部分壳体(34)和所述第二部分壳体(40)在所述弹簧座(26)的至少一个区域中不可拆卸地固定地彼此连接。

2.根据权利要求1所述的弹簧控制臂单元(10)，

其特征在于所述弹簧座(26)在设置为垂直于所述端部区域(14、16)之间的假想连接线(24)的至少一个方向上比所述两个端部区域(14、16)中的每一个都更宽。

3.根据权利要求1或2所述的弹簧控制臂单元(10)，

其特征在于至少一个所述端部区域(14、16)具有金属管(52、54)，所述金属管(52、54)通过材料接合连接到所述第一部分壳体(34)。

4.根据权利要求3所述的弹簧控制臂单元(10)，

其特征在于至少一个所述金属管(52、54)被设置以容纳气缸套或球形接头。

5.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧控制臂单元(10)，

其特征在于所述弹簧座(26)具有适于待容纳的所述螺旋弹簧(56)的弹性体支撑板(30)。

6.根据权利要求5所述的弹簧控制臂单元(10)，

其特征在于所述弹性体支撑板(30)具有在所述螺旋弹簧(56)的安装状态下与所述螺旋弹簧(56)的表面部分相互支承的支承表面(32)，所述表面部分面向所述螺旋弹簧(56)的内部空间(58)或外部空间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧控制臂单元(10)，

其特征在于所述第一部分壳体(34)和所述第二部分壳体(40)具有在所述弹簧座(26)的至少一个区域中彼此适配的U形轮廓。

8.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧控制臂单元(10)，

其特征在于所述第二部分壳体(40)在至少一个所述端部区域(14、16)中不可拆卸地固定地连接到所述第一部分壳体(34)。

9.一种机动车辆的车轮悬挂装置，

其特征在于

具有根据权利要求1至8中任一项所述的至少一个弹簧控制臂单元(10)。