CN109664703A - 轴悬架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的轴悬架(1)，包括具有纵向板簧(3)和连接臂(4)的弹簧组件(2)，其中纵向板簧(3)承载车轴，并且在端侧一方面可枢转地连接到车辆结构(20)，另一方面可枢转地连接到连接臂(4)，连接臂(4)可枢转地连接到车辆结构(20)。为了提供具有两级悬架的优化的轴悬架，根据本发明，可以设置为，弹簧组件(2)在连接臂(4)的区域中包括第一止动元件(3.2、4)并且车辆结构(20)包括第二止动元件(21)，在车辆的正常载荷下，止动元件(3.2、4、21)彼此隔开并且在超过极限载荷时能够彼此接触，由此至少一个止动元件(3.2、4、21)可弹性变形。

Description

轴悬架

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的轴悬架，其包括具有纵向板簧和连接臂的弹簧子组件，其中纵向板簧承载车轴并且在端侧上一方面可枢转地连接到车辆结构，另一方面可枢转地连接到连接臂，其中连接臂可枢转地连接到车辆结构。

背景技术

在现代机动车辆的车轮悬架中使用不同类型的弹簧，实际的车辆结构由此连接到车辆的车轮。在这种情况下，除了螺旋弹簧之外，还使用板簧，尤其是在刚性轴的情况下。这种板簧沿着车辆的纵向轴线延伸并且总体具有凹形形状，例如成抛物线形式。除了由弹簧钢制成的板簧之外，有时也使用由例如纤维增强塑料的复合材料制成的板簧。可以使用单个弹簧或甚至包括两个或更多个弹簧的弹簧总成。至少一个弹簧通常在中心区域通过夹持装置(例如通过弹簧夹)连接到待弹簧支承的轴上。

通常在簧上轴的情况下，希望产生两种不同的弹簧常数。在特定的极限载荷下，意在以较低的弹簧常数和/或刚度弹簧支承轴。这对应于在车辆的正常操作期间出现的较小的弹簧运动。在这种情况下，悬架的反应不太硬通常是有利的。在极限载荷以上意在提供较高的弹簧常数。这也对应于较长的弹簧路径，例如在车辆的正常操作期间总体不会达到该弹簧路径，但仅在个别情况下(例如在坑洞等上行驶)可以达到。在这种情况下，悬架的反应更硬是有利的，以防止例如部件触底，即部件彼此碰撞。在部件以这种方式触底的情况下，例如簧上轴会与车辆结构的部分碰撞，由此在最坏的情况下会损坏车辆的部件。如上所述，根据载荷以两种不同的弹簧常数作出反应的弹簧系统也表示为两级弹簧或两级悬架。

从现有技术中已知的实现两种不同弹簧常数的一种可行方式在于两个(或更多个)板簧以弹簧总成的形式布置，其中主弹簧用于附接到车辆结构并因此持续对悬架贡献。辅助弹簧连接到主弹簧，但由于其形状，相应地仅在主弹簧的更大变形的情况下经受变形。换句话说，辅助弹簧仅在变形较大的情况下——即在较大(动态)轴载荷的情况下——产生回复力。该系统在原理上令人满意地起作用，但是存在缺点。首先，弹簧总成的质量由于辅助弹簧以及用于连接到主弹簧所需的装置而增加。在这种情况下，辅助弹簧必须考虑总体意在保持为尽可能低的簧下质量。而且，通过将多个弹簧布置为一个在另一个之上，与单个板簧的情况相比需要更大的结构空间。通过主弹簧的较薄设计进行补偿是不可行的或仅在有限的程度上进行补偿，这是因为在极限载荷之下，仅主弹簧承担轴的支撑功能，因此需要一定的材料强度。

GB 915,402 A公开了一种具有半椭圆形弹簧的弹簧装置，该弹簧装置在前端通过第一枢轴销连接到车辆结构并且在后端在连接元件上的两个点处被支撑，该连接元件又通过第二枢轴销连接到车辆结构。连接元件支承在橡胶元件上，该橡胶元件固定到车辆结构并与之配合。在压缩的情况下，连接元件旋转，这与橡胶元件的变形相关联。

US 6,019,348 A公开了一种具有板簧组件的弹簧装置，其前端通过以固定方式固定的枢轴销连接到车辆结构。后端可枢转地连接到第一连接臂，第一连接臂又连接到第二连接臂。当连接臂相对于彼此枢转时，通过插入的橡胶元件的扭转产生回复力。第二连接臂可枢转地安装在车辆结构上。在端侧，第二连接臂具有弹性体止动元件，该弹性体止动元件在明显压缩的情况下与板簧组件的上表面配合。

在US 4,988,080A中公开了一种板簧结构，所述板簧结构包括由纤维增强树脂构成并且承载车轴的板簧、用于将弹簧端部连接到车辆底盘的连接装置以及弹性缓冲器。所述弹性缓冲器具有连接到车辆底盘的上端，并且布置成在载荷条件下使它与板簧的上表面接合，其中缓冲器向下逐渐减小并且其上端具有比下端更大的纵向尺寸。

GB 1 212 411 A1公开了一种具有板簧的板簧悬架，板簧在一端通过枢轴销穿过孔连接到车辆结构。在另一端，板簧固定地连接到布置在其上方的支撑件。相应地，两个橡胶元件结合到该支撑件上，另一方面，所述橡胶元件结合到固定地连接到车辆结构的两个另外的支撑件。

US 6,176,478 B1公开了一种用于机动车辆的后轴悬架，其中轴通过板簧组件弹簧支撑。板簧组件通过固定到车辆结构的枢轴销安装在前端。在后端，板簧组件被夹在弹簧支架中，该弹簧支架在车辆侧通过剪切弹簧的两个相邻的橡胶块固定。在其中一个橡胶块被破坏的情况下，橡胶垫固定在弹簧支架上方的车辆侧，所述橡胶垫减缓了板簧组件对车辆结构的冲击。

鉴于所提出的现有技术，设置具有优化的结构空间和优化的动力学的两级悬架留有进一步改进的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有两级悬架的优化轴悬架。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的轴悬架实现，其中从属权利要求涉及本发明的有利实施例。

应该提到的是，在以下实施方式中单独公开的特征和措施可以以任何技术上有利的方式组合在一起并且揭示本发明的其他实施例。该实施方式尤其另外结合附图来描述本发明的特征和明确本发明。

借助于本发明，提供了一种用于车辆的轴悬架。车辆尤其可以是机动车辆，例如货车或乘用机动车辆。但是，例如，挂车的应用也是可行的。轴悬架总体是后轴悬架，尤其是刚性轴悬架。

轴悬架包括具有纵向板簧和连接臂的弹簧组件，其中纵向板簧支承车轴，并且在端侧一方面可枢转地连接到车辆结构，另一方面可枢转地连接到连接臂，连接臂可枢转地连接到车辆结构。

在这种连接中，纵向板簧是沿车辆纵向轴线(X轴线)延伸的板簧。在这种情况下，至少在无载荷状态下，纵向板簧总体不平行于X轴线延伸，而是具有凹曲率，例如成抛物线弹簧形式。对车辆的X轴线(纵向轴线)、Y轴线(横向轴线)和Z轴线(竖直轴线)的所有引用在这种情况下以及后文中都指的是按预期安装的弹簧组件的状态。纵向板簧支承车轴，并且一方面在端侧(通常在前端)可枢转地连接到车辆结构，另一方面在端侧(通常在后端)可枢转地连接到连接臂。该连接臂(也可以表示为钩环)又可枢转地连接到车辆结构。在这种情况下，相应的枢轴销平行于Y轴线延伸。所公开的结构大体上对应于Hotchkis悬架。虽然这里是一个连接臂的情况，但是当然可以设置两个连接臂以布置在板簧的两侧上和/或连接臂可以配置成两个部分。以已知的方式，可以在纵向板簧的前端和后端形成轴承孔，例如橡胶-金属衬套能够被压入轴承孔中。相应的轴承孔和/或布置在其中的衬套对应于轴螺栓的位置，由此提供可枢转和/或可旋转的连接。

总的来说，纵向板簧用于与车辆结构相关的车轴的弹性悬架。在这种情况下，“车辆结构”是车身、底盘和可选的相应车辆的副车架的总称，即通常形成簧载质量的那些部件。尤其可以配置为刚性轴的车轴之间的连接通常通过夹持装置提供，该夹持装置例如可以具有上夹持元件和下夹持元件，夹持元件可以配置成相对刚性的，例如由钢制成。在这种情况下，纵向板簧可选地通过插入的弹性隔离元件夹在夹持元件之间。夹持元件彼此的夹持可以通过弹簧夹进行。通常，在本发明的范围内应避免使用弹簧总成，这就是弹簧组件优选地具有单个纵向板簧的原因。

根据本发明，连接臂区域中的弹簧组件包括第一止动元件，并且车辆结构包括第二止动元件，在车辆的正常载荷下止动元件彼此隔开并且当超出极限载荷时止动元件能够彼此接触，由此至少一个止动元件可弹性变形。因此，弹簧组件具有直接在连接臂上或其附近的(至少)一个第一止动元件，其中也可以设置多个第一止动元件。这在一定程度上形成车辆结构的(至少)一个第二止动元件的对应部分。轴悬架设计为在处于车辆正常载荷下使至少一个第一止动元件和至少一个第二止动元件之间设置间距。在这种情况下，车辆的正常载荷对应于没有动态载荷作用的无载荷状态，例如当在不平坦地面上行驶时出现动态载荷。因此，在这种状态下，止动元件之间没有相互作用，并且轴悬架的弹簧特性由纵向板簧确定。这适用直至达到第一和第二止动元件彼此接触时的极限载荷。极限载荷大于正常载荷，其中在本发明的范围内，原则上可以自由选择这两个载荷之间的差。例如，极限载荷可以是正常载荷的110％、130％或150％，但也可以是更高的值。

由于止动元件彼此接触，所以至少一个止动元件可弹性变形。更具体地，弹性止动元件能够通过接触以及作用在另一止动元件的侧面上的力弹性变形。弹性变形通过产生的回复力出现，回复力抵抗进一步的压缩。由于其形状和/或其材料，弹性止动元件在这种情况下配置为使得其经受比其他大体上刚性的部件(例如车辆结构或连接臂)明显更大的变形。弹性止动元件也可以表示为缓冲元件、减振元件或弹簧元件。在极限载荷之上，由于车轴的压缩，首先产生基于纵向板簧的弹性变形的回复力，其次产生基于至少一个弹性变形的止动元件的弹性变形的另一回复力。因此，当超过极限载荷时，存在有效的较高弹簧常数。因此提供了两级悬架。通过增加的有效刚度，车辆的动力学可以适应更大的载荷，这对操纵、控制和驾驶舒适性具有积极影响。同样在例如更大压缩的情况下，可以防止车轴、板簧或连接臂撞击车辆结构。更大的刚度也有助于稳定车辆。

在这种情况下，有利的是，相应的配合发生在连接臂和/或纵向板簧端部相邻的区域中。相应的弹性止动元件可以配置成与附加的板簧相比节省空间并且总体上也比附加的纵向板簧更轻。在这种情况下，可以想到在下文中进一步讨论的不同实施例。在一些情况下，弹簧组件上的附加元件不是必需的，由此簧下质量保持很小。然而，在需要附加元件作为簧下质量的一部分的实施例的情况下，相对于具有附加板簧的实施例提供了明显的优点。首先，在特定弹簧路径的情况下，连接臂区域中的运动小于根据现有技术布置另外的板簧的车轴区域中的运动。换句话说，压缩期间所需的加速度较低，这就是弹簧组件整体以更有效的方式作出反应的原因。而且，不必提供关于另外的板簧的附加竖直结构空间，即在这方面根据本发明的轴悬架更紧凑。

根据优选实施例，第二止动元件可弹性变形。这尤其可以表明第一止动元件(与第二止动元件相比)被配置为非弹性和/或刚性的。如下文将变得更清楚地，非弹性止动元件可以由在传统Hotchkis悬架的情况下可以另外存在的元件形成，而弹性止动元件必须以附加部件设置。当该附加部件位于车辆结构上时，即处于簧载质量上时，由于它能够保持地更小，因此有利地作用于簧下质量。

尤其地但非排他地，当第二止动元件配置成具有弹性时，优选的是，第二止动元件刚性地紧固到车辆结构。换句话说，第二止动元件相对于车辆结构固定，即它既不可旋转也不可移动。当然，如果它具有弹性配置，则第二止动元件的部分可相对于车辆结构移位，而被紧固的部分保持固定就位。通过将第二止动元件刚性地紧固到车辆结构，可以以更有效的方式控制与第一止动元件的相互作用。

根据一个实施例，连接臂包括第一止动元件。这明确地包括第一止动元件由连接臂形成的可行方案。在这种情况下，第一止动元件自然是非弹性的。可选地，也可以将单独制造的部件固定在连接臂上，所述部件形成第一止动元件。在任何情况下，连接臂的枢转运动确保其和/或固定在其上的止动元件在超过极限载荷时与第二止动元件接触和/或撞击第二止动元件。可选地，在这种情况下，第二止动元件的面向连接臂的表面可以垂直于连接臂的运动方向(切向)延伸。不言而喻，在第二止动元件一侧作用在连接臂上的力也可以传递到纵向板簧。

根据另一实施例，纵向板簧包括位于后端的第一止动元件。尤其地，第一止动元件可以由纵向板簧的后端形成。通常，轴承孔配置在后端，纵向板簧由此可枢转地连接到连接臂。可以用于接收轴螺栓的该区域在连接臂处于极限载荷之上的枢转运动期间与第二止动元件接触。在这种情况下，在第二止动元件侧作用在后端上的力也传递到连接臂。该实施例可以与上述实施例结合，即连接臂可以具有第一止动元件，并且纵向板簧的后端可以具有第一止动元件，两者的第一止动元件均在极限载荷之上与第二止动元件接触。还可以说第一止动元件配置成两个部分，所述第一止动元件部分地布置在连接臂上并且部分地布置在纵向板簧上。

根据一个实施例，弹性止动元件至少部分地由弹性体形成。在这种情况下，“弹性止动元件”自然是(第一和/或第二)止动元件，其具有弹性配置。弹性体可以是例如橡胶或硅。在这种情况下，弹性止动元件也可以表示为橡胶弹性的。在这种情况下，例如，可以想到面向另一止动元件的区域配置成非弹性的，例如以盖的形式。

根据另一实施例，弹性止动元件至少部分地由塑料形成。这还包括它是纤维增强塑料的可行方案。此外，塑料和弹性体可以组合在一起，例如，作为复合材料层或通过材料连接件连接在一起的止动元件的部分。同样在这种情况下，面向另一止动元件的区域可以配置为非弹性的。在由弹性体形成的止动元件的情况下和在由塑料形成的止动元件的情况下，可以想到例如使止动元件并非配置为实心的而是具有一个或多个凹槽的各种各样的形状。这可以用于调整止动元件的弹性和/或节省材料和重量。

优选地，纵向板簧由复合材料制成。尤其地，它可以至少部分地由纤维复合材料组成。在这种情况下，纤维复合材料是其中嵌入纤维(例如玻璃纤维、碳纤维和/或芳族聚酰胺纤维)以在聚合物基体(例如塑料或合成树脂基体)中增强的所有材料。任选地，在这种情况下，可以将其他不能分类为聚合物或纤维的另外的颗粒、层或组分嵌入其中或施加在其上。通过根据本发明的提供两个止动元件的结构，即使在由复合材料制成的弹簧的情况下，也可以实现具有至少两阶段的有效弹簧刚度，而通过由复合材料制成的板簧的组合难以实现这点。

关于弹性止动元件的形状，存在多种可行方案，例如如上所述，可以形成一个或多个凹槽。而且，弹性止动元件的有效弹簧常数会受到形状的影响。根据一个实施例，弹性止动元件具有朝向另一止动元件逐渐减小的横截面。在这种情况下，首先具有较小横截面的部分最初变形，而整体上具有较大横截面的刚性部分受到相当小的变形。在变形较大的情况下，弹性止动元件必须进一步变形，这只能通过具有较大横截面的部件的较大变形来实现。这相应地需要回复力的增强的、尤其是非线性的增加。以这种方式，可以确保，当在很小程度上超过极限载荷时，止动元件仅产生缓慢增加的相对小的附加回复力，而当在较大程度上超过极限载荷时，附加的回复力迅速增加。

根据优选实施例，至少在正常载荷下，第二止动元件设置为相对于X轴线位于第一止动元件的后方。换句话说，当第一止动元件向后移动时，对应于连接臂的运动，导致两个止动元件接触。通过这种布置，例如，当连接臂布置为相对于竖直方向仅成小角度时，可以实现止动元件的有效配合。在这种状态下，连接臂沿其切线运动方向大体上水平移动，这就是为什么当第二止动元件布置在第一止动元件的后方时可以更有效地实现有效的力传递。当然，在该实施例中，第二止动元件也可以同时沿着Z轴线布置在第一止动元件上方。

附图说明

在下文参考附图中所示的示例性实施例更详细地描述了本发明的进一步有利的细节和效果，其中：

图1示出了根据本发明的轴悬架的第一实施例在正常载荷下的侧视图；

图2示出了图1的轴悬架在极限载荷下的侧视图；

图3示出了根据本发明的轴悬架的第二实施例在正常载荷下的侧视图；以及

图4示出了图3的轴悬架在极限载荷下的侧视图。

具体实施方式

在各个图中，相同的部件始终具有相同的附图标记，因此这些部件总体仅描述一次。

图1以高度示意性的方式示出了轴悬架1的第一实施例，该轴悬架1例如可以用在货车中。在这种情况下，配置为刚性轴的后轴10通过由纤维增强塑料制成的纵向板簧3连接到车辆结构20。在后轴10平行于Y轴线延伸的同时，纵向板簧3沿X轴线延伸，但大体上不平行于X轴线，并且在X-Z平面内具有凹曲率。纵向板簧3具有位于前端3.1处的第一轴承孔，所述纵向板簧由此绕第一枢轴销A可枢转地连接到车辆结构20。在后端3.2处，纵向板簧3具有另一轴承孔，所述纵向板簧由此绕第二枢轴销B可枢转地连接到连接臂4。连接臂4又绕第三枢轴销C可枢转地连接到车辆结构20。连接臂4的功能在于在纵向板簧3变形的情况下，考虑端部3.1、3.2之间的变化距离。纵向板簧3与连接臂4一起是弹簧组件2的部分。

板簧3通过夹持装置连接到后轴10。在这种情况下，下夹持元件5(例如通过弹簧夹和与其配合的螺母)夹到上夹持元件6上并且同时焊接到后轴10。两个夹持元件5、6在当前情况下由钢制成。纵向板簧3可以通过插入的减振垫(未示出)夹在夹持元件5、6之间。

沿着X轴线，至纵向板簧3的后端3.2的后方，在车辆结构上布置有减振块21，所述减振块刚性地连接到车辆结构20。减振块可以由例如橡胶的弹性体或可行的塑料组成。在后一种情况下，它可以具有改善弹性的凹槽，但在这种情况下未示出。在对应于车辆的正常载荷的图1中，后端3.2和减振块21彼此隔开。如果相对于该状态发生有限的压缩，则车辆结构20和后轴10之间的回复力仅由纵向板簧3的弹性特性确定。

当超过指定的极限载荷(例如在正常载荷的120％和150％之间)时，这会发生变化。该状态如图2所示。在这种情况下，由于连接臂4的枢转运动，后端3.2与减振块21接触。在这方面，后端3.2形成第一止动元件并且橡胶块21形成第二止动元件。进一步的运动(即更大的压缩)可以仅通过减振块21的弹性变形来进行，该弹性变形与另外的回复力相关。换句话说，有效弹簧常数一方面基于纵向板簧3的变形，另一方面基于减振块21的变形。在图2中的状态，未发生减振块21的变形，或者仅发生减振块21的最小变形。随着进一步压缩，减振块21不均匀地变形，这归因于它在纵向板簧的后端3.2的方向上逐渐减小的情况。逐渐减小的端部由于其较小的横截面而能够更容易地变形。从某一点来说，仅通过减振块21的较厚部分的明显变形才可以进一步压缩，其中有效弹簧常数明显增加。

图3是轴悬架1的第二实施例的侧视图，其与图1和图2中所示的实施例大致相同，在这方面，没有进一步描述。然而，在该实施例中，减振块21配置为更小并且从车辆结构20的下表面向下延伸。在这种情况下，由弹性体或塑料形成的设计也是可行的。另一个区别在于，在该实施例中，连接臂4形成第一止动元件。图3示出了在这种情况下的正常载荷状态，其中连接臂4和减振块21彼此隔开。当超过极限载荷时，连接臂4撞击减振块21，如图4所示，进一步的压缩引起减振块21的弹性变形，在这种情况下也导致有效弹簧常数的增加。

在所示的两个实施例中，与弹簧总成相比，单个纵向板簧3所用的结构空间较小。此外，由于增加的弹簧常数通过紧固到车辆结构20并因此形成簧载质量的一部分的紧凑的部件(减振块21)实现，因此簧下质量相对较小，簧下质量的一部分为弹簧组件2。

附图标记列表

1 轴悬架

2 弹簧组件

3 纵向板簧

3.1 前端

3.2 后端

4 连接臂

5,6 夹持元件

10 后轴

20 车辆结构

21 减振块

A，B，C 枢轴销

X X轴线

Y Y轴线

Z Z轴线

Claims (10)

1.一种用于车辆的轴悬架(1)，包括具有纵向板簧(3)和连接臂(4)的弹簧组件(2)，其中所述纵向板簧(3)承载车轴(10)，并且在端侧一方面可枢转地连接到车辆结构(20)，另一方面可枢转地连接到所述连接臂(4)，其中所述连接臂(4)可枢转地连接到所述车辆结构(20)，

其特征在于，

所述弹簧组件(2)在所述连接臂(4)的区域中包括第一止动元件(3.2、4)，并且所述车辆结构(20)包括第二止动元件(21)，所述止动元件(3.2、4、21)在所述车辆的正常载荷下彼此隔开并且在超过极限载荷时能够彼此接触，由此至少一个所述止动元件(3.2、4、21)可弹性变形。

2.根据权利要求1所述的轴悬架，其特征在于，所述第二止动元件(21)是可弹性变形的。

3.根据权利要求1或2所述的轴悬架，其特征在于，所述第二止动元件(21)刚性地固定到所述车辆结构(20)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的轴悬架，其特征在于，所述连接臂(4)包括所述第一止动元件。

5.根据前述权利要求中任一项所述的轴悬架，其特征在于，所述纵向板簧(3)包括位于后端(3.2)的第一止动元件。

6.根据前述权利要求中任一项所述的轴悬架，其特征在于，所述弹性止动元件(21)至少部分地由弹性体形成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的轴悬架，其特征在于，所述弹性止动元件(21)至少部分地由塑料形成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的轴悬架，其特征在于，所述纵向板簧(3)由复合材料制成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的轴悬架，其特征在于，所述弹性止动元件(21)具有朝向另一所述止动元件(3.2、4)逐渐减小的横截面。

10.根据前述权利要求中任一项所述的轴悬架，其特征在于，至少在所述正常载荷下，所述第二止动元件(21)相对于所述X轴线布置在所述第一止动元件(3.2、4)的后方。