CN109789893B - 用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构 - Google Patents

Abstract

一种用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其包括机械操作结构，所述机构操作结构在零转向角下向车轴/悬架系统提供正转向定中力。转向定中/阻尼机构的机械操作结构还提供这样的正转向定中力，随着车轴/悬架系统的转向角增大，所述正转向定中力的强度增大。在转向定中/阻尼机构的实施例中，机械操作结构是集成在车轴/悬架系统的一个或多个转向组件中的平板弹簧。平板弹簧在零转向角下处于预加载状态，以在零转向角下向车轴/悬架系统提供正转向定中力，并且随着转向角的增大而逐渐弹性变形，以提供这样的正转向定中力，随着车轴/悬架系统的转向角增大，所述正转向定中力的强度增大。

Description

用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年10月4日提交的美国临时专利申请序列号62/403,863的权益。

技术领域

本发明总体涉及重型车辆领域。更具体地，本发明涉及用于重型车辆的可转向车轴/悬架系统。更具体地，本发明涉及用于重型车辆用可转向车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其包括机械转向定中/阻尼机构，所述机械转向定中/阻尼机构在零转向角下提供正转向定中力，以减少零转向角下的车轮摆动。机械转向定中/阻尼机构还提供这样的转向定中力，所述转向定中力随着转向角的增大而增大，但是较之现有技术的机械转向定中/阻尼机构在较高转向角下具有更小的力强度，以在车辆转向期间减少车轮打滑或轮胎刮擦(tire scrubbing)并提高可转向车轴/悬架系统的方向保持(tracking)效率。减少车轮摆动和减少轮胎刮擦的组合增加了轮胎寿命并降低了车辆维护成本。此外，本发明的转向定中/阻尼机构包括降低的复杂性，消除可能发生故障的磨损项和/或部件，并提供改进的组装(packaging)以允许系统更容易地适应重型卡车应用。

背景技术

诸如牵引车-拖车和直线卡车的重型车辆通常包括沿车辆纵向间隔开的多个车轴/悬架系统以产生行驶稳定性。联邦桥梁公式(Federal Bridge Formula)规定，为了运输允许的最大载荷，在规定的纵向间距下需要额外的辅助车轴。根据具体应用，辅助车轴/悬架系统可能是不可升降的或可升降的以及可转向的或不可转向的。可转向车轴/悬架系统在本领域中众所周知。在本领域中还众所周知的是，可转向车轴/悬架系统通常能够被升降。因此，为了简化的目的，本文将参考可转向车轴/悬架系统，应理解可转向车轴/悬架系统可以可选地包括升降组件。

升降轴的实际升降由与升降轴相联的横向间隔开的悬架组件执行，其中，本领域公知这种可转向车轴/悬架系统。升降车轴/悬架系统通常由控制系统操作，所述控制系统又由开关致动，所述开关通常称为升降开关，所述升降开关由车辆的操作员手动触发。传统上，升降开关已经安装在车辆的驾驶室内，以便接近操作员。这防止操作员必须离开驾驶室，这可能在诸如恶劣天气的情况下特别不方便。

另外，可转向车轴/悬架系统通常在前后方向上位于卡车或拖车的大约中心处，并且通常在轴端处的每个车轮上使用单个轮胎。这种单个轮胎每个都具有与地面接触的大接触面积。在急转向操作中，可转向车轴/悬架系统的中心定位结合轮胎的大接触面积和牵引车与拖车之间的锐角，从而使得可转向车轴/悬架系统的车轮作为枢转部位。

当车辆在向后方向上移动或操作时，可转向车轴/悬架系统必须被提升或锁定到直行位置中，以便允许车辆的安全操纵。如果可转向车轴/悬架系统被提升，而同时在向后方向上操作，则一旦车辆再次在向前方向上移动，可转向车轴/悬架系统通常必须降低回到与地面接触。如果可转向车轴/悬架系统被锁定在直行位置或锁定模式，而同时在向后方向上移动，则一旦车辆再次在向前方向上移动或操作，可转向车轴/悬架系统应当解锁或者置于转向模式，使得它可以在向前方向上移动时如所预期地再次转向。

辅助可转向车轴/悬架系统通常是自转向的。由于在车辆转向期间由可转向车轴/悬架系统相对于牵引车拖车的定位的性质所施加在车轮上的方向保持力以及每个车轮与路面接触的大接触面积，因此这些系统的车轮被迫转向，而不是由车辆操作员手动转向，如本领域所公知的那样。出于包含在本文中的描述的目的，可以理解的是，术语“可转向车轴/悬架系统”将涵盖“辅助自转向车轴/悬架系统”。因为辅助可转向车轴/悬架系统通常是自转向的，所以在车辆转向期间车轴/悬架系统的车轮可能会遇到不正确的方向保持，这被称作在车辆完成转向时车轴/悬架系统的车轮没有返回到垂直于车轴的位置或零转向角的情况。如果在车辆完成转向时车轮没有返回到零转向角，则可转向车轴/悬架系统的车轮可能被牵引车拖车拖动，这在本领域中通常被称为轮胎刮擦，并且结果导致可转向车轴/悬架系统的轮胎过度磨损。

为了最小化由于在车辆转向期间不适当的方向保持导致的可转向车轴/悬架系统的车轮的轮胎刮擦，现有技术的可转向车轴/悬架系统通常包括转向定中机构，其有助于在车辆完成转向并且再一次在向前方向上移动时使车轮返回到垂直于车轴的位置或零转向角。一种这样的现有技术机构利用包括线圈式弹簧(coil over spring)的一对充油稳定器减震器，其各自在一端处连接到从每个转向节延伸的相应臂，并且在第二端处连接到轴体上的安装部位而朝向车轴/悬架系统的每个相应侧的中央纵向轴线。例如，当车辆向左转时，在车辆转弯半径内侧上的附接到转向组件的转向节臂的线圈式稳定器减震器被压缩，这是因为附接到转向节的臂相对于车轴/悬架系统的轴体(稳定器的第二端附接到其上)向内转动。相反，在车辆转弯半径外侧上的附接到转向组件的转向节臂的线圈式稳定器减震器被延伸，这是因为附接到转向节的臂相对于车轴/悬架系统的轴体(稳定器的第二端附接到其上)向外转动。由于线圈式弹簧的延伸和压缩，延伸的稳定器和压缩的稳定器都表现出正转向定中力，所述正转向定中力随着转向角的增大而增大，其中，如本领域中已知的那样，当可转向车轴/悬架系统的车轮处于零转向角时实现系统的平衡。在线圈式弹簧为可转向车轴/悬架系统提供转向定中的同时，稳定器减震器内部的油和阀用于减少在车辆操作期间可能导致可转向车轴/悬架系统摆动或摇动的输入。

虽然线圈式稳定器减震器在车辆转向期间提供足够的转向定中/阻尼，但是当可转向车轴/悬架系统接近直线对准或零转向角时，由稳定器减震器的线圈式弹簧施加在车轴/悬架系统的驾驶员侧和路缘侧转向组件上的定中力由于弹簧设计而非常低。更具体地，当减震器安装在车轴/悬架系统上时，它们以压缩状态安装，其中，每个减震器都在相应的驾驶员侧和乘客侧转向节臂上施加几乎相等的外侧力。因为每个减震器都在其相应的转向节臂上施加几乎相等的外侧力，所以力基本上相互抵消，从而导致在零转向角下产生大约零的净定中力。结果，由于大约为零的定中力，在接近零转向角下，线圈式稳定器减震器可能在附接到辅助车轴/悬架系统的车轮处经历一定量的车轮摆动或摇动。如本领域已知的那样，这会导致轮胎磨损不均匀、可转向车轴/悬架系统的磨损增加以及车辆维护增加。此外，线圈式稳定器减震器被认为是磨损项并且必须定期更换，从而增加维护成本。线圈式稳定器减震器通常还表现出这样的转向定中力，其中，在增大的转向角下具有不希望的高强度，这会降低转向期间的方向保持效率并提高车轴/悬架系统的车轮的轮胎刮擦的可能性。此外，因为它们相对较大，并且每个可转向车轴/悬架系统需要两个线圈式稳定器减震器，所以线圈式稳定器减震器的位置可能会对悬架组装或间距产生不利影响。

用于可转向车轴/悬架系统的其他现有技术的转向定中/阻尼机构利用气动控制机构来持续地将转向定中力施加到每个车辆转向组件，这称为气动转向定中/阻尼机构，并且出于包含在本文中的描述的目的，其在本质上不被认为是机械操作的。这种气动转向定中/阻尼机构通常采用空气弹簧，所述空气弹簧连接到一对锁定臂，所述锁定臂与夹紧到横拉杆的支架相接。空气弹簧内的压力通过横拉杆将转向定中力均等地施加到每个连接的转向组件。随着可转向车轴/悬架系统的转向角增大，空气弹簧被压缩，这又增加了定中力。通过调节机构的操作空气压力，可以调节与这种机构类型相关的转向定中/阻尼反作用力以适应可转向车轴/悬架系统的应用。

这种系统可以在零转向角下提供正转向定中力，从而最小化在车辆在直线方向上行驶时可能导致车轮摆动的输入。然而，这些气动转向定中/阻尼机构包括可能影响其操作的已知潜在故障模式，其包括由于各种部件故障导致的空气压力损失、空气弹簧的磨损以及水、冰或其他污染物引入系统，从而影响性能。另外，空气弹簧及其相关支架的组装非常大，并且可能潜在地限制其仅用于空间更加可用的拖车应用。在转向定中/阻尼机构必须适应车辆驱动轴的卡车应用中，通常不能使用这种气动转向定中/阻尼机构。

因此，在本领域中需要一种机械操作的转向定中/阻尼机构，其在可转向车轴/悬架系统处于零转向角时提供正转向定中力，以及提供随着车辆转向组件的转向角增大而增大的转向定中力，但是其中，力强度比现有技术的机械转向定中/阻尼机构小，以减少零转向角下的车轮摆动并减少轮胎刮擦而且提高可转向车轴/悬架系统的方向保持效率。本发明的转向定中/阻尼机构通过采用这样的转向定中/阻尼机构满足了这些需求，所述转向定中/阻尼机构包括集成在每个转向组件中的预加载弹簧组件，所述预加载弹簧组件在零转向角下对每个转向组件施加恒定的正定中力以抵抗导致悬架车轮摆动和摇动的输入的影响，并且随着转向角度的增加以较小的力强度增大对转向组件的转向定中力，这在车辆转向期间减少了轮胎刮擦并且提高了可转向车轴/悬架系统的方向保持效率。减少车轮摆动和减少轮胎刮擦的组合增加了轮胎寿命并降低了车辆维护成本。本发明的转向定中/阻尼机构还消除了磨损项(例如线圈式稳定器减震器)和/或可能发生故障的部件(例如气动转向定中/阻尼机构的那些)。额外的好处包括能够在卡车应用中利用本发明的转向定中/阻尼机构，其中，车辆的驱动轴限制组装空间。此外，本发明的转向定中/阻尼机构可以潜在地减少所需的前后组装包封(envelope)，这是因为不再需要线圈式减震器。本发明的转向定中/阻尼机构还包括降低的复杂性，与在拖车应用中使用的现有技术的更复杂和庞大的气动转向定中/阻尼机构相比，这减轻了重量和成本。

发明内容

本发明的目的包括提供一种转向定中/阻尼机构，其具有：零转向角下的正转向定中力；以及随着转向角的增大而增大的转向定中力，其中力强度小于现有技术的机械转向定中/阻尼机构。

本发明的另一个目的是提供一种转向定中/阻尼机构，其减小可转向车轴悬架/系统的零转向角下的车轮摆动。

本发明的又一个目的是提供一种转向定中/阻尼机构，其通过增加转向角来减少轮胎刮擦，以在车辆转向期间提高可转向车轴悬架/系统的方向保持效率，这又增加了轮胎寿命。

本发明的又一个目的是提供一种转向定中/阻尼机构，其降低车辆维护成本。

本发明的又一个目的是提供一种转向定中/阻尼机构，其具有降低的复杂性并且消除了可能发生故障的部件。

本发明的又一个目的是提供一种转向定中/阻尼机构，其具有改进的组装，所述组装允许系统更容易适应重型卡车应用。

通过本发明的用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构实现这些目的和其他目的，其包括机械操作结构，所述机械操作结构在大约零转向角下向车轴/悬架系统提供正转向定中力并且随着转向角的增大而增大正转向定中力。

附图说明

在以下描述中陈述以及在附图中示出代表本申请人已经考虑应用本发明的原理的最佳模式的本发明的优选实施例。

图1是可转向车轴/悬架系统的驾驶员侧透视图，其中车架由虚线表示，其示出了利用一对现有技术的线圈式稳定器减震器的转向定中/阻尼机构的车轴/悬架机构；

图2是针对图1所示的线圈式稳定器减震器转向定中/阻尼机构的转向定中力与转向角之间关系的图示；

图3是可转向车轴/悬架系统的部分的驾驶员侧透视图，其示出了一对转向组件，每个转向组件均安装在车轴/悬架系统的轴的相应端部上，并示出了现有技术的气动控制转向定中/阻尼机构，所述现有技术的气动控制转向定中/阻尼机构安装在轴上并可操作地附接到在转向组件之间延伸的横拉杆；

图4是针对图3所示的气动控制转向定中/阻尼机构的转向定中力和转向角之间的关系的图示；

图5是可转向车轴/悬架系统的驾驶员侧透视图，其中车架由虚线表示，其示出了利用本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构的车轴/悬架系统；

图6是针对图5所示的本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构的转向定中力与转向角之间的关系的图示；

图7是图5所示的可转向车轴/悬架系统的标记为“参见图7”的圈出的驾驶员侧部分的更放大的局部俯视平面图；和

图8是类似于图7的视图，其示出了在左转期间的驾驶员侧转向组件和集成的弹簧组件。

在附图中类似的数字指的是类似的部分。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的转向定中/阻尼机构及其操作环境，在图1中示出整体用10表示的辅助可转向车轴/悬架系统操作，其包括一对现有技术的线圈式稳定器减震器42，并且现在将在下文详细描述。

继续参考图1，辅助可转向车轴/悬架系统10是具有平行四边形拖曳臂几何形状的自转向辅助升降轴型悬架系统。可转向车轴/悬架系统10通常是相对轻质的悬架，其设计成允许符合任何适用的桥梁重量和应力规则，例如与美利坚合众国内适用的相关法律和法规相关联的联邦桥梁公式。

继续参考图1，可转向车轴/悬架系统10包括一对升降组件11、一对吊架20、一对骑式(ride)空气弹簧92、车轴30、一对转向组件40以及现有技术的线圈式稳定器减震器42。

关于可转向车轴/悬架系统10，定位在车辆的驾驶员侧上的大多数部件将具有定位在车辆的路缘侧上的对应类似的部件。因此，在本说明书中，当提及特定的悬架部件时，应该理解的是除非另外说明，否则类似的部件存在于车辆的相对侧。

每个升降组件11均分别包括成对的纵向延伸的平行的上梁12和下梁14。上梁12和下梁14间隔开并竖向对准，并且在其前端处通过一对枢转衬套组件(未示出)可枢转地连接到侧轨框架吊架支架20，所述侧轨框架吊架支架又刚性地附接到重型车辆的一对横向间隔开的平行纵向延伸的框架主构件22中的相应一个并从其悬垂。平行的上梁12和下梁14还在其后端处通过枢转衬套组件(未示出)可枢转地连接到空气弹簧支架24。空气弹簧支架24安装在横向延伸制造的车轴30上，所述车轴具有中空的轴体32和鹅颈部分34，所述鹅颈部分在轴体的每个端部上向外延伸。直列(inline)升降空气弹簧(未示出)分别通过支架38和39安装到梁12、14。竖向骑式空气弹簧92安装在空气弹簧支架24上，并通过附接到空气弹簧顶部的上空气弹簧支架44连接到框架构件22。当来自安装在重型车辆上的空气供应源(未示出)的空气被引入到每个直列空气弹簧(未示出)，并且空气同时从每个竖向骑式空气弹簧92释放时，可转向车轴/悬架系统10以本领域已知的方式提升。

为了使附接到可转向车轴/悬架系统10的车轮(未示出)能够转动，转向组件40附接在位于轴体32的每个端部上的每个鹅颈部分34的外侧，如本领域中已知的那样。每个转向组件40包括转向节46、主销47和主轴端60。轴体32的鹅颈部分34形成有在其外侧端附近的竖向延伸的开口(未示出)。转向节46为大致C形，并且在转向节的顶部和底部上形成有竖向对准的开口45。转向节46的开口45与轴体32的鹅颈部分34的开口(未示出)对准，使得鹅颈部分位于C形转向节的顶部和底部之间。主销47设置成穿过转向节46的竖向开口45和轴体32的鹅颈部分34的竖向开口，以将转向节枢转地连接到鹅颈部分。转向节46包括转向臂48，所述转向臂从转向节的C形部分向后延伸。横拉杆50通过枢轴螺栓51附接到每个转向臂48的后端，并且在驾驶员侧和路缘侧转向臂之间横向延伸，从而连接安装在车辆的驾驶员侧和路缘侧上的每个转向节46的每个转向臂。如本领域已知的那样，横拉杆50在车辆转向期间提供驾驶员侧和路缘侧转向节46的枢转移动同步性。车轮(未示出)可旋转地安装在其上的主轴端60刚性地附接到转向节46的外侧表面。

可转向车轴/悬架系统10采用转向定中/阻尼机构，所述转向定中/阻尼机构利用线圈式稳定器减震器42来提供转向定中和阻尼。每个线圈式稳定器减震器42均包括塑料护套64，其围绕线圈式弹簧(未示出)。充油活塞体66和活塞轴(未示出)设置在线圈式弹簧内，所述活塞轴设置在活塞体内并可滑动地接合活塞体。内部阀(未示出)附接到设置在活塞体66内的活塞轴的外侧端。如上所述，活塞体66和活塞轴设置成穿过弹簧(未示出)，所述弹簧附接到减震器42的内侧端并且还附接到活塞体66。安装支架33焊接或以其他方式刚性地附接到轴体32的鹅颈部分34的稍微内侧。稳定器减震器42在一端处通过紧固件68附接到安装支架33，稳定器减震器在其另一端处在横拉杆50与转向臂的附接部的内侧通过紧固件67附接到转向臂48。当活塞轴在活塞体66内被压缩或缩回时，油在位于活塞体内的可变阀(未示出)之间的通过导致分别作用在活塞轴上的压缩力或回弹力，从而抵抗轴在相应压缩力或回弹力的相反方向上的移动，如本领域已知的那样。另外，当线圈式稳定器减震器被压缩或延伸时，附接到活塞体66和活塞轴的弹簧也被压缩或延伸，从而导致与压缩或延伸方向相反的弹簧力，以抵消相应的力，以使得系统恢复平衡。每个线圈式稳定器减震器42经受的弹簧力和流体压力的组合在车辆转向期间为车轴/悬架系统10提供转向定中和阻尼，如现在将关于左转的车辆描述的那样。

当利用可转向车轴/悬架系统10的重型车辆遇到转向时，由于施加在附接到可转向车轴/悬架系统的方向保持力以及驾驶员侧和路缘侧转向节46因横拉杆50的枢转同步，因此附接到可转向车轴/悬架系统的两个车轮(未示出)被迫在相同方向上转动，如本领域已知的那样。当可转向车轴/悬架组件10的驾驶员侧车轮(未示出)向左转动时，附接到驾驶员侧转向节46的驾驶员侧线圈式稳定器减震器42随着转向角增大而逐渐压缩，这是因为转向节的转向臂48围绕主销47逆时针枢转，从而迫使转向臂绕枢转连接部向内侧移动。相反，当可转向车轴/悬架系统10的路缘侧车轮(未示出)被迫向左转动时，附接到路缘侧转向节46的路缘侧线圈式稳定器减震器42随着转向角增大而逐渐延伸，这是因为转向节的路缘侧转向臂48也围绕主销47逆时针枢转，从而迫使转向臂绕枢转连接向外侧移动。参考图2，随着转向角的增大，驾驶员侧线圈式稳定器减震器42的压缩和路缘侧线圈式稳定器减震器42的延伸增加。由于分别作用在驾驶员侧和路缘侧的线圈式稳定器减震器42上的压缩力和回弹力，因此延伸的稳定器减震器和压缩的稳定器减震器都表现出正转向定中力，所述正转向定中力随着转向角的增大而增大，如本领域已知的那样。

虽然线圈式稳定器减震器42在车辆转向期间提供转向定中和阻尼，但是当可转向车轴/悬架系统处于直线对准并且每个转向组件处于零转向角时，稳定器施加在可转向车轴/悬架系统10的驾驶员侧和路缘侧转向组件40上的定中力非常低，从而导致大约为零的定中力。因此，当车辆在直线方向上行驶时，附接到可转向车轴/悬架系统10的车轮可能潜在地经历车轮摆动，这可能导致轮胎磨损不均匀，可转向车轴/悬架系统的磨损增加，以及所需车辆维护增加。线圈式稳定器减震器42通常也在增加的转向角的下经历不期望的高转向定中力强度，这可能增加可转向车轴/悬架系统10的车轮的轮胎刮擦的可能性。另外，线圈式稳定器减震器42是相对复杂的部件并且被认为是磨损项并且必须定期更换，从而导致增加了维护成本。而且，线圈式稳定器减震器42的位置可能潜在地对在前后方向上的悬架组装产生不利影响，这是因为它们相对较大并且每个可转向车轴/悬架系统10需要两个线圈式稳定器减震器。

被气动控制以持续施加转向定中力的现有技术的气动转向定中/阻尼机构结合到重型可转向车轴/悬架系统100中并且总体上用110表示而且在图3中示出。可转向车轴/悬架系统100通常包括横向延伸的中心轴管130和一对转向组件140。中心轴管130由一对横向间隔开的拖曳臂梁(未示出)支撑，所述拖曳臂梁通常焊接或用其它方式刚性地固定到中心轴管。每个拖曳臂梁(未示出)在其前端处以公知的方式可枢转地附接到一对横向间隔开的框架吊架(未示出)中的相应一个，所述框架吊架又刚性地附接到车辆框架(未示出)并从其悬垂。可转向车轴/悬架系统100通常还包括一对空气弹簧(未示出)，每个空气弹簧在相应梁(未示出)的后端和对应的拖车框架主构件(未示出)之间延伸并安装在它们之间，如本领域所知的那样。

关于可转向车轴/悬架系统100，定位在车辆的驾驶员侧上的大多数部件将具有定位在车辆的路缘侧上的对应类似的部件。因此，在本说明书中，当提及特定的悬架部件时，应该理解的是，除非明确说明，否则类似的部件存在于车辆的相对侧。

为了使附接到可转向车轴/悬架系统100的车轮(未示出)能够转动，每个转向组件140附接到中心轴管130的彼此相对的外侧端，如本领域中已知的那样。每个转向组件140包括转向节146、主销147、固定臂154和主轴端160。转向组件140的固定臂154焊接或以其他方式刚性地附接到中心轴管130的外侧端。固定臂154在其外侧端附近形成有竖向延伸的开口(未示出)。转向节146为大致C形，并且在转向节的顶部和底部上形成有竖向对准的开口145。转向节开口145与固定臂154的开口(未示出)对准，使得固定臂位于C形转向节的顶部和底部之间。主销147设置成穿过竖向转向节开口145和固定臂154的竖向开口，以将转向节枢转地连接到固定臂。转向节146包括转向臂148，所述转向臂从转向节的C形部分向后延伸。车轮(未示出)可旋转地安装在其上的主轴端160刚性地附接到转向节146的外侧表面。

可转向车轴/悬架系统100采用气动转向定中/阻尼机构110，以在车辆转向期间为可转向车轴/悬架系统提供转向定中和阻尼。气动转向定中/阻尼机构110包括通过焊接(未示出)大致固定地附接到中心轴管130的底部部分的车轴安装支架112。车轴安装支架112为大致U形并沿中心轴管130延伸。车轴安装支架112连接到向后延伸的支架116，所述支架包括C形的顶部部分111，所述顶部部分的端部附接到车轴安装支架112的后表面。车轴安装支架112还连接到向后延伸的支架116的底部部分115，所述底部部分与顶部部分111平行而且从顶部部分向下间隔开以形成大致面向后的开口并包括枢转地附接锁定臂114的特征。止动螺栓121刚性地连接到车轴安装支架112并且从车轴安装支架的驾驶员侧和路缘侧向外延伸。横拉杆安装座113位于支架116的顶部部分111和底部部分115之间，使得它可以在顶部部分和底部部分之间自由地从一侧移动到另一侧。横拉杆安装座113形成有一对横向间隔开的锁定臂接触部位118。锁定臂114可枢转地附接到每个锁定臂枢轴(未示出)。每个锁定臂114在中心轴管130下方向前纵向延伸并且可枢转地连接到安装支架112的前端(未示出)。每个锁定臂114用于附接空气弹簧149。具体地，每个锁定臂114包括焊接或以其他方式附接到锁定臂的前端的空气弹簧支架142。驾驶员侧空气弹簧支架142以本领域公知的方式固定地附接到空气弹簧149的一端。路缘侧空气弹簧支架142以本领域公知的方式固定地附接到空气弹簧149的另一端。

横拉杆安装座113从其在向后延伸的支架顶部部分111和向后延伸的支架底部部分115之间的接合部向后和向下延伸并包括横向延伸的开口117。横拉杆150设置在横向延伸的开口117上并且通过多个夹紧紧固件119不可移动地固定在横向延伸的开口内。横拉杆150的每个端部通过紧固件151附接到转向臂148中的相应一个的后端，并且在驾驶员侧和路缘侧转向臂之间横向延伸，从而连接安装在车辆的驾驶员侧和路缘侧上的每个转向节146的每个转向臂148。横拉杆150在车辆转向期间提供驾驶员侧和路缘侧转向节146的枢转移动同步，如本领域已知的那样。因为每个锁定臂114可枢转地附接到安装支架112并且与每个相应的锁定臂接触部位118和止动螺栓121接触，随着横拉杆安装座113在车轴安装支架向后延伸支架116的顶部部分111和底部部分115之间横向移动，每个锁定臂的前端沿着与横拉杆安装座113的行进方向相反的方向横向行进，而每个锁定臂的后端随着横拉杆安装座横向行进。因为空气弹簧149附接到每个锁定臂114的前端，所述锁定臂又可枢转地连接到横拉杆安装座113，空气弹簧压力的控制使得气动控制转向定中/阻尼机构110能够在车辆转向期间向可转向车轴/悬架系统提供转向定中和阻尼，如现在将描述的那样。

当利用可转向车轴/悬架系统100的重型车辆遇到转向时，由于施加在附接到车轴/悬架系统的车轮上的方向保持力以及驾驶员侧和路缘侧转向节146因横拉杆150的枢转同步，因此附接到车轴/悬架系统的两个车轮(未示出)被迫在相同方向上转动，如本领域所公知的那样。因为空气弹簧149附接在路缘侧和驾驶员侧空气弹簧支架142之间，所以气动转向定中/阻尼机构110为可转向车轴/悬架系统100提供可调节的转向定中/阻尼，其取决于空气弹簧的压力，并且同等地应用于驾驶员侧和路缘侧转向组件140。更具体地，随着空气越来越多地引入空气弹簧149，每个锁定臂114围绕其与安装支架112和锁定臂接触部位118的枢转附接部的枢转移动越来越受到限制，如本领域所公知的那样。因为横拉杆150附接到驾驶员侧和路缘侧转向组件140并且固定在横拉杆安装座113内，所述横拉杆安装座又枢转地连接到每个锁定臂114，所以驾驶员侧和路缘侧转向组件140都经历恒定的转向定中力，所述转向定中力等于通过空气弹簧149的设定压力施加在横拉杆150上的横向移动阻力。通过增加空气弹簧149的内部压力，增加了施加在可转向车轴/悬架系统100上的定中力。相反，通过减小空气弹簧149的内部压力，减小了施加在可转向车轴/悬架系统100上的转向定中力。类似地，在转向期间，当轮胎的方向保持力导致锁定臂114枢转时，空气弹簧149被压缩，从而导致空气弹簧中的压力增加并因此增加定中力。

特别参考图4，气动定中/阻尼机构110在零转向角下提供正转向定中力，所述正转向定中力相对于空气弹簧149的设定压力是恒定的。施加在每个转向组件140上的转向定中力随着转向组件的转向角的增大而增大，如上所述，在车辆转向期间，压缩空气弹簧149的压力增加。气动定中/阻尼机构110可以在零转向角下为可转向车轴/悬架100提供正转向定中力，从而在车辆在直线方向上行驶时最小化车轮摆动，并且使车轮方向保持效率增加超过由设定空气弹簧操作压力实现的恒定阻力。然而，气动转向定中/阻尼机构110潜在地表现出可能影响其操作的已知故障模式，其可以包括：由于各种部件故障导致的空气压力损失，空气弹簧的磨损，水、冰或其他污染物引入系统，从而影响性能。另外，空气弹簧149及其相关的支架的组装非常大并且可能潜在地限制其仅用于空间更加可用的拖车应用。在车辆驱动轴纵向居中位于车辆下方的卡车应用中，由于空间限制，因此不能使用气动转向定中/阻尼机构110。

因此，本领域需要一种用于重型可转向车轴/悬架系统的机械操作的转向定中/阻尼机构，其在车轴/悬架系统的车轮处于零角度时提供正转向定中力，并且随着车轮的转向角增大而增大正转向定中力，其中，较之现有技术的机械转向定中/阻尼机构，在较高转向角下的力强度更小，从而最小化零转向角下的车轮摆动并最小化增加的转向角下的可转向车轴/悬架系统的车轮的轮胎刮擦，以便提高车辆转向期间的车轮方向保持效率。本领域还需要一种转向定中/阻尼机构，其具有降低的复杂性并且消除可能发生故障的磨损项和/或部件，最小化维护成本，以及提供改进的组装以允许系统更容易适用于重型卡车应用。如下文将描述的那样，本发明的用于重型车辆的优选实施例的转向定中/阻尼机构满足了这些需求。

结合到重型可转向车轴/悬架系统200中的本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构在图5中示出并且整体用208表示。除了可转向车轴/悬架系统200包括本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构208并且消除了线圈式减震器42之外，可转向车轴/悬架系统200在结构和功能上类似于先前描述的可转向车轴/悬架系统10。结果，下文将仅描述可转向车轴/悬架200和可转向车轴/悬架系统10之间的差异，这将有助于解释下面将详细描述的本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构208。

关于可转向车轴/悬架系统200，定位在车辆的驾驶员侧上的大多数部件将具有定位在车辆的路缘侧上的对应类似的部件。因此，在本说明书中，当提及特定的悬架部件时，应该理解，除非另外说明，否则类似的部件存在于车辆的相对侧。

继续参考图5，可转向车轴/悬架系统200通常包括横向延伸的中心轴管230和一对转向组件240。为了使附接到可转向车轴/悬架系统200的车轮(未示出)能够转向，转向组件240附接在位于轴体232的每个端部上的鹅颈部分234的相应鹅颈部分的外侧。每个转向组件240包括转向节246、主销247和主轴端260。轴体232的鹅颈部分234在其外侧端附近形成有竖向延伸的开口(未示出)。转向节246为大致C形，并且在转向节的顶部和底部上形成有竖向对准的开口245。转向节246的开口245与轴体232的鹅颈部分234的开口(未示出)对准，使得鹅颈部分位于C形转向节的顶部和底部之间。主销247布置成穿过转向节246的竖向开口245和轴体232的鹅颈部分234的竖向开口，以将转向节枢转地连接到鹅颈部分。转向节246包括转向臂248，所述转向臂从转向节的C形部分向后延伸。横拉杆250通过枢轴螺栓251附接到每个转向臂248的后端，并且在驾驶员侧和路缘侧转向臂之间横向延伸，从而连接安装在车辆的驾驶员侧和路缘侧上的每个转向节246的每个转向臂。如本领域已知的那样，横拉杆250在车辆转向期间提供驾驶员侧和路缘侧转向节246的枢转移动同步。车轮(未示出)可旋转地安装在其上的主轴端260刚性地附接到转向节246的外侧表面。根据本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构的重要特征，转向定中/阻尼机构208包括集成到每个转向组件240中的弹簧组件209，如图5、7和8所示。弹簧组件209包括弹簧阻力车轴支架270。弹簧阻力车轴支架270由坚固的材料、例如钢形成，并且在外侧方向上是大致水平C形的。弹簧阻力车轴支架270周向地设置在转向组件固定臂254的内侧端周围，使得C形的开口端面向外侧。弹簧阻力车轴支架270通过焊接或用其它方式刚性地附接到固定臂254。弹簧阻力车轴支架270形成有前端271和后端272。前端271和后端272分别从固定臂254向外向前和向外向后延伸并为弹簧组件209的平板(falt)或平面弹簧274提供形止挡部位，这将在下面更详细地描述。

特别参考图5和7，弹簧组件209还包括前弹簧安装支架275和后弹簧安装支架276。每个弹簧安装支架275、276是大致C形的并且由诸如金属的坚固材料形成。弹簧安装支架275、276刚性地附接到转向节246的顶表面并且在主销247的相对侧上纵向间隔开。弹簧安装支架275、276从它们相应的与转向节246的附接部向内延伸。每个安装支架275、276的内侧端均形成有位于主销247略微内侧的一对竖向对准的开口277(仅示出一个)。弹簧安装销278设置成穿过每个开口277并焊接或以其他方式刚性地固定在开口内。

平板弹簧274在预加载状态下纵向设置在主销247的内侧表面、弹簧安装销278的外侧表面和弹簧阻力车轴支架270的前端271和后端272的外侧表面之间。平板弹簧274包括由能够弹性变形的材料、例如弹簧钢形成的机械操作结构。出于本文描述的目的，应理解“机械操作结构”不包括气动结构，例如现有技术的气动定中/阻尼机构110的部件。

特别参考图7，当转向组件240处于零转向角时，平板弹簧274接触主销247的内侧表面，弹簧安装销278的外侧表面以及弹簧阻力车轴支架270的前后端271、272，以持续地向转向组件施加正定中力。当利用可转向车轴/悬架系统200的重型车辆转向时，由于施加在附接到车轴/悬架系统的车轮上的方向保持力以及因横拉杆250的驾驶员侧和路缘侧转向节246的枢转同步，附接到车轴/悬架系统的两个车轮(未示出)被迫在相同方向上转动。特别参考图8，当利用车轴/悬架组件200的重型车辆向前左转时，驾驶员侧转向节246绕其与主销247的枢转连接部逆时针枢转。因为平板弹簧274设置在弹簧安装支架275的弹簧安装销277和主销247之间，所以随着驾驶员侧转向组件240的转向角增加，平板弹簧的前端被安装销向外拉并且围绕主销的内侧周边发生弹性变形，与此同时平板弹簧274的后端被迫抵靠弹簧阻力车轴支架270的后端272的外侧边缘并被其形止挡。平板弹簧274围绕主销247的弹性变形导致产生定中或内侧定向弹簧力，其中，通过使得转向组件240恢复成零转向角实现系统的平衡。特别参考图6，随着转向组件240的转向角增加，弹簧组件209的内侧力或转向定中力也增加，因为平板弹簧274的前端围绕主销247越来越弹性变形。

在左转向时，路缘侧转向节246也绕其与主销247的枢转连接部逆时针枢转，从而使得驾驶员侧弹簧组件209的转向定中力类似地增加，除了：随着路缘侧转向组件240的转向角增加，路缘侧平板弹簧274的后端被后弹簧安装支架276的弹簧安装销277向外拉并且围绕路缘侧主销247的内侧周边发生弹性变形，与此同时平板弹簧的前端被迫抵靠路缘侧弹簧阻力车轴支架270的路缘侧前端271的外侧边缘并被其形止挡。特别参考图6，当具有可转向车轴/悬架系统200的车辆左转或右转时，优选实施例的转向定中/阻尼机构208的驾驶员侧和路缘侧弹簧组件209向每个相应的转向组件240提供转向定中力，所述转向定中力随着转向角的增大而增大。

本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构208提供重型可转向车轴/悬架系统200，其具有：在零转向角下作用在每个转向组件240上的正转向定中力，这减少了车辆在向前直线方向上行驶同时的车轮摆动；以及这样的转向定中力，所述转向定中力随着转向角的增大而增大，其中，较之现有技术的机械转向定中/阻尼机构在较高转向角下的力强度更低，这减小了在车辆转向期间轮胎刮擦的可能性并且增加了可转向车轴/悬架系统的方向保持效率。通过最小化轮胎刮擦和车轮摆动，本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构208通过增加轮胎寿命和减少由于车轮摆动和低效车轮方向保持导致的车轴/悬架系统的部件的磨损而降低了车辆维护成本。优选实施例的转向定中/阻尼机构208还消除了对复杂和消耗定中/阻尼机构、例如线圈式稳定器弹簧的需要。本发明的其他益处包括在卡车应用中利用本发明的转向定中/阻尼机构208的能力，其中车辆的驱动轴限制了组装空间。此外，本发明的转向定中/阻尼机构208可以潜在地减少所需的前后组装包封，这是因为不再需要线圈式减震器。与拖车应用中使用的现有技术的更复杂和庞大的气动转向定中/阻尼机构相比，本发明的转向定中/阻尼机构208还减轻了重量并且削减了成本。

本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构208可用于行业卡车应用以及拖车应用。本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构208降低了气动控制装置的复杂性并消除了潜在故障模式，所述潜在故障模式可能潜在地包括由于各种部件故障导致的空气压力损失、空气弹簧的磨损，水、冰或其他污染物引入系统，从而影响性能。

应当理解，在不影响本发明的整体概念或操作的前提下，可以改变或重新布置本发明的用于重型车辆的上述优选实施例的转向定中/阻尼机构208的结构和布置。此外，在不影响本发明的整体概念或操作的前提下，本发明的用于重型车辆的转向定中/阻尼机构可以与除了上文示出和描述的那些之外的其他类型的车轴、车轮端部组件和车轴/悬架系统一起使用，例如拖曳臂和前导臂车轴/悬架系统、可升降和不可升降车轴/悬架系统。还应理解的是，在不影响本发明的整体概念或操作的前提下，本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构208可以自动化或手动操作。甚至可以进一步理解，在不影响本发明的整体概念或操作的前提下，可以针对本发明的优选实施例的转向定中/阻尼机构208的部件使用不同的形状、材料和尺寸。甚至进一步设想，在不影响本发明的整体概念或操作的前提下，优选实施例的转向定中/阻尼机构208可以利用与上面所示和所述不同的机械操作结构，以提供零转向角下的正转向定中力和随转向角增大而增大的转向定中力，其中，与现有技术的机械转向定中/阻尼机构相比，在较高转向角下具有低力强度。此外，尽管为了方便起见，本文一般参考重型车辆，但是应该理解的是，这种参考包括卡车、牵引车-拖车、半挂车和其拖车。

因此，简化了转向定中/阻尼机构，提供了有效、安全、廉价和有效率的结构，其实现了所有列举的目标，消除了现有技术的转向定中/阻尼机构遇到的困难并解决了问题且在本领域中获得了新的结果。

在前面的描述中，为了简洁、清楚和理解，使用了某些术语；但是，从其不应暗示超过现有技术的要求之外的任何不必要的限制，因为这些术语用于描述目的并且旨在被广泛地解释。此外，已经参考特定实施例描述了本发明。应该理解的是该图示作为示例而不是作为限制，因为本发明的范围不限于所示出或描述的确切细节。在阅读和理解本公开时，其他人将想到潜在的修改和变更，并且应理解的是本发明包括所有这些修改和变更及其等效物。

现在已经描述了本发明的特征、发现和原理，在附属权利要求中陈述了：使用和安装本发明的用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构的方式，结构、布置和方法步骤的特征以及获得的有利的、新的和有用的结果；新的和有用的结构、装置、元件、布置、过程、部件和组合。

Claims (9)

1.一种用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其包括：

机械操作结构，其在大约零转向角下向所述车轴/悬架系统提供正转向定中力，所述机械操作结构提供随着所述车轴/悬架系统的转向角增大而增大的正转向定中力，其中，所述机械操作结构是至少一个平板弹簧；

附接到所述车轴/悬架系统的车轴的至少一个车轴支架，所述至少一个车轴支架为所述至少一个平板弹簧提供形止挡部位，以提供随着所述车轴/悬架系统的转向角增大而增大的所述正转向定中力。

2.根据权利要求1所述的用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其中，所述机械操作结构集成到所述车轴/悬架系统的至少一个转向组件中。

3.根据权利要求1所述的用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其中，所述机械操作结构由能够弹性变形的材料形成。

4.根据权利要求1所述的用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其中，所述至少一个平板弹簧在零转向角下处于预加载状态，以提供在大约所述零转向角下的所述正转向定中力。

5.根据权利要求1所述的用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其中，所述至少一个平板弹簧由弹簧钢制成。

6.根据权利要求1所述的用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其中，所述至少一个平板弹簧设置在附接到所述车轴/悬架系统的转向节的成对支架之间，所述支架使得在所述车轴/悬架系统的方向保持期间所述至少一个平板弹簧弹性变形以提供随着转向角增大而增大的正转向定中力。

7.根据权利要求6所述的用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其中，所述平板弹簧围绕所述车轴/悬架系统的转向节的主销弹性变形。

8.根据权利要求6所述的用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其中，所述成对支架中的每一个是C形的。

9.根据权利要求7所述的用于可转向重型车辆车轴/悬架系统的转向定中/阻尼机构，其中，所述平板弹簧设置在所述主销与所述成对支架之间，使得所述至少一个平板弹簧处于预加载状态，以提供在所述零转向角下的所述正转向定中力。

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