CN112004697A - 用于机动车的车轮悬架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的车轮悬架，其包括用于连接轮架与车辆车身的三点式导杆装置，所述三点式导杆装置包括横导杆区域(4)和拉杆和/或压杆区域(5)，所述横导杆区域(4)通过第一前轴承(1)与车辆车身连接，该前轴承(1)的旋转轴线至少近似沿车辆行驶方向定向，所述拉杆和/或压杆区域(5)通过后轴承(2)与车辆车身连接，该后轴承(2)的旋转轴线至少近似垂直于后轴承(2)与轮架侧活节(3)的连接线，并且所述三点式导杆在至少一个区段上具有在导杆的安装状态中沿车辆纵向方向延伸的横截面变细部(6)。

Description

用于机动车的车轮悬架
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的、用于机动车的车轮悬架。关于现有技术例如参见GB 2529870 A和WO 2017220589 A1。
背景技术
由现有技术已知，尤其是在双横导杆-前轴中或在减振支柱-前轴中使用三点式导杆作为车辆车身和轮架之间的连接。基于车轮转向，该导杆通常设计为镰刀形或飞镖形的。三点式导杆在此通常在相应两点上各借助一个轴承(一个沿车辆行驶方向前轴承和一个后轴承)、通常是橡胶轴承支承在车身或者说车辆车身上，并且借助一个轴承、通常是球铰支承在轮架上。通过设置两种车身侧轴承，导杆基于纵向力和横向力既在纵向也在横向方向上受到负荷。
但由于三点式导杆中轴承的上述布置，必须在一方面声学和舒适性与另一方面行驶动态之间的协调中进行折衷。由于三点式导杆的车辆车身侧支承必须吸收横向力和纵向力并且为了增加舒适性而理想的是该支承应设计得沿车辆纵向方向尽可能软并且出于行驶动态的原因沿车辆横向方向尽可能硬，因此在声学/舒适性之间和行驶动态之间产生目标冲突。
后轴承通常构造为相对软的橡胶轴承并且在外部纵向力下提供一定的变形路径，以确保足够的纵向减振。如果橡胶轴承的轴向方向大致沿车辆纵向方向设置，则该轴承的轴向弹簧刚度可选择得非常低。因此该轴承实际上不吸收纵向力并且仅承受径向负荷。但后果是，所有外部纵向力都必须支撑在前横导杆轴承上。如果该前轴承也构造为橡胶轴承，则旋转轴线(相应于螺纹连接轴线)必须大致沿行驶方向设置，以避免万向角过大。因此，所述纵向力作为轴向负荷作用于该橡胶轴承上并且需要非常硬的弹簧刚度、轴向止挡或两者。
基于所描述的、作用于前横导杆轴承上的负荷，很难实现高滚动舒适性和良好的声学解耦。
因此适宜的可以是，通过分解三点式导杆而分离横向刚度和纵向弹性这两个功能。例如如果用两个两点式导杆(一个横向且另一个倾斜设置)来代替下部的三点式导杆，则所述两个功能(横向刚度和纵向弹性)在该几何设计中通过纯拉力或压力传递彼此分离。
GB 2529870 A中示出一种在实践中常用的、用于如上分解三点式导杆的解决方案。在此示出一种分解的三点式导杆，在其中，斜导杆并未支承在轮架上，而是借助一个橡胶轴承支承在横导杆上。横导杆由此仅更多地沿车辆横向方向并且斜导杆仅更多地沿由在横导杆的轮架侧支承和斜导杆的车身侧支撑之间的虚拟连接线形成的方向承受负荷。运动学点在此保持不变。因而可通过分解三点式导杆来解决声学与行驶动态之间的协调的折衷。
但这种设计的缺点在于：在某些车辆变型中出于安装空间或包装原因很难实现斜导杆在横导杆上的支承点。例如轮辋可能在很大的车轮转向时需要该安装空间。此外，三点式导杆的这种分解与相对高的费用相关联、需要一个附加的橡胶轴承并且因此导致额外的成本、复杂度和重量。
发明内容
因此，本发明的任务在于，解决一方面运行强度并且另一方面安装的三点式导杆的舒适性和声学之间的所述目标冲突，同时确保三点式导杆的低制造费用和成本费用。
所述任务通过具有权利要求1特征的车轮悬架来解决。有利的实施和扩展方案是从属权利要求的内容。
提出一种用于机动车的车轮悬架、尤其是前轴车轮悬架。该车轮悬架(尤其是在所谓的下导杆平面中)包括引导车轮且连接轮架与车辆车身的三点式导杆。
所述下导杆平面描述了一个(大致水平的)平面，其由引导车轮的三点式导杆形成并且沿车辆竖直轴线看设置在车轮旋转轴线下方。
三点式导杆在此构造成至少近似镰刀形或飞镖形的，其可被分成两个不同区域，它们优选可被识别为两个可相互区分的区域。但三点式导杆仍构造为一件式构件。
在此，三点式导杆包括横导杆区域和/或拉杆和/或压杆区域(下文中也仅称为压杆区域)。
横导杆区域在导杆的安装状态中由三点式导杆的至少近似沿车辆横向方向延伸的区域形成。横导杆区域在此从导杆在轮架上的连接部延伸至导杆在车辆车身上的前轴承。前轴承在此优选是橡胶轴承，其旋转轴线或纵向轴线在于车辆中的安装状态中至少近似沿车辆纵向方向定向。
压杆区域由三点式导杆的剩余区域形成并且因此由三点式导杆的相对于车辆纵向方向倾斜延伸的区域形成。压杆区域通过(沿车辆行驶方向看)后轴承与车辆车身连接。后轴承也优选是橡胶轴承，在其中，轴承纵向轴线至少近似垂直于后轴承与三点式导杆的轮架侧活节的连接线、即力作用线而定向。后轴承在安装状态中沿车辆行驶方向(当车辆向前行驶时)看位于前轴承的后面。
后轴承、尤其是橡胶轴承在此优选构造成沿径向方向相对软的，在纵向力下提供大的变形路径。这意味着，后轴承优选几乎不吸收轴向力并且仅承受径向负荷(如上所述，如果该轴承的旋转轴线至少近似垂直于力作用线)。
优选地，导杆的两个区域(横导杆区域和压杆区域)通过切口彼此部分地分离。替代或从切口过渡地，这两个区域也可通过间隙至少部分地彼此分离。这种切口或间隙例如增强了在横导杆区域和压杆区域之间的区别。因此优选规定，在安装的导杆的俯视图中，在横导杆和压杆区域之间的连接以切口或间隙的形式分解。该切口或间隙特别优选沿车辆横向方向看从车辆车身向轮架方向延伸直至横导杆区域的大约一半长度。这种切口或间隙越深或者说这种切口或间隙向轮架方向延伸得越远，则变形越大并且因此在纵向力下由切口或间隙执行的活节功能就越大。
但在此也应注意，切口或间隙的长度越长，则切口底部中的应力就越大。因此有利的是，这样设计切口或间隙的长度，使得在变形和应力之间找到最佳折衷。
为了减小作用于前轴承(也称为横导杆轴承)上的轴向负荷并且为该轴承实现更大的设计自由度，规定，三点式导杆在至少一个区段上具有在导杆安装状态中沿车辆纵向方向延伸的横截面变细部。这种横截面变细部与集成在构件本身中的薄膜活节类似，该薄膜活节有针对性地具有围绕车辆竖直轴线的低弯曲刚度并且因此实现导杆(优选为金属的)材料中的活节功能。
横截面变细部在此仅(在导杆的安装状态中看)设置在其宽度中、即沿车辆纵向方向。这意味着，由横截面变细部形成的“薄膜活节”这样构造在导杆上，使得其挠性允许围绕车辆竖直轴线的旋转。由于仅当外力是纵向力并且在轴承处产生的力矩围绕车辆竖直轴线旋转时，才产生作用于横导杆轴承上的轴向力。因此设置由横截面变细部形成的薄膜活节围绕车辆竖直轴线的挠性。
在此优选规定，具有横截面变细部的区段的壁厚至多为三点式导杆的其余横截面壁厚的一半。特别优选导杆横截面(沿车辆纵向方向或在横截面的“宽度”中)与导杆的初始横截面相比减小倍数2至3。
在此此外优选规定，导杆横截面的高度在横截面变细部的部位上(即横截面沿车辆竖直轴线方向看)没有变细部。这是有利的，因为出现的拉力和压力可继续传递。
此外优选规定，横导杆区域和压杆区域的横截面在安装状态中沿车辆竖直方向看至少大致一样大。在此也包括传统导杆设计中已知的凹口或个别的高度差(在横截面中沿车辆竖直方向延伸)，其中，横截面高度至少近似相同是指从整体上看一致或一样高的横截面。
通过优选的切口或间隙以及横截面变细部可实现最佳的活节功能，从而可最佳地减小作用于前轴承上的轴向负荷并且通过更软的横导杆轴承同时提高滚动舒适性并实现声学解耦。通过导杆的一件式设计(即不使用如现有技术中所示的橡胶轴承)可有利地节省额外的构造费用、安装空间、复杂度和成本。
在此优选三点式导杆的仅一个区段(其长度受限)设有这种“薄膜活节”或这种横截面变细部。
对于这种薄膜活节或这种横截面变细部的确切设置区域提供多种替代方案。
在本发明的一种优选实施方式中，横截面变细部设置在横导杆区域的区段上。特别优选，具有横截面变细部的该区段沿车辆横向方向看与轮架相比更靠近车辆车身设置。在此，该区段优选位于前轴承、即横导杆轴承附近。
此外优选规定，横截面在这种区段上变细至最小约6mm。
替代或附加地，可想到横截面变细部设置在横导杆区域上的其它区段上或设置在压杆区域上。
在此，整个横导杆区域或整个压杆区域也可在其横截面中变细。在附图中可找到示例性实施例。
此外优选导杆由铝材料制成。例如导杆在此可由锻造铝合金制成。
特别优选导杆在此以铸造或锻造方法制成。在此有利的是，具有两个区域的导杆已经在制造方法中构造为一件式构件。
作为替代方案，横导杆区域和压杆区域也可制造为单独的部件并且在第二制造步骤中将它们彼此焊接、螺纹连接或铆接。作为接合部位在此尤其是可想到在优选切口或间隙的切口底部与轮架侧活节的接头之间的区域。在这种设计中(即压杆区域和横导杆区域构造为单独的部件，随后将它们接合在一起)，所述两个区域也可构造为挤压型材。
这些和其它特征由权利要求和说明书以及附图给出，各个特征可单独或以多个以子组合的形式实现在本发明的实施方式中并且可形成有利的以及本身可保护的实施方式，对其要求保护。
附图说明
下面借助六种实施例进一步解释本发明。所有详细描述的特征可以是对本发明重要的。
图1以三维视图示出现有技术中已知的三点式导杆的一种实施例；
图2以俯视图示出前轴车轮悬架的一种根据本发明的示例性三点式导杆，其处于如其被安装在车辆中的位置中；
图3至6也以导杆俯视图示出根据本发明的三点式导杆的其它实施例，它们处于如其被安装在车辆中的位置中。
具体实施方式
应借助由现有技术已知的、根据图1的三点式导杆来解释现有技术的缺点。在此以三维视图示出机动车的三点式导杆，其借助车轮侧活节3连接到未示出的轮架上并借助前轴承1以及未示出的后轴承2连接到未示出的车辆车身上。
前轴承1在此在导杆的安装状态中沿车辆行驶方向RFahrt看位于后轴承2的前面。后轴承2例如也可构造为橡胶轴承。三点式导杆在此包括一个横导杆区域4和一个压杆区域5。
横导杆区域4在导杆的安装状态中由三点式导杆的至少近似沿车辆横向方向Q延伸的区域形成。横导杆区域4在此从导杆在轮架3上的连接部延伸至导杆在未示出的车辆车身上的前轴承1。前轴承1在此优选是橡胶轴承，其旋转轴线或纵向轴线A在于车辆中的安装状态中至少近似沿车辆纵向方向L定向。
压杆区域5由三点式导杆的剩余区域形成并且因此由三点式导杆的至少近似沿车辆纵向方向L延伸的区域形成。压杆区域5通过(沿车辆行驶方向RFahrt看)后轴承2与未示出的车辆车身连接。后轴承2优选也是橡胶轴承，在其中，轴承纵向轴线A至少近似沿车辆纵向方向L定向。
该后轴承2通常构造为相对软的橡胶轴承并且在外部纵向力Fx作用于车轮上时提供一定的变形路径，以确保足够的纵向减振。如果橡胶轴承的轴向方向大致沿行驶方向RFahrt设置，则该轴承的轴向弹簧刚度可选择得非常低。由此该轴承实际上几乎不吸收纵向力Fax而是该轴承仅承受径向力Frad。
但后果是，所有外部纵向力Fax都必须支撑在前轴承1上。前轴承1的旋转轴线必须大致沿行驶方向RFahrt设置，以避免万向角过大。因此所述纵向力作为轴向负荷Fax作用于橡胶轴承1上并且需要非常硬的弹簧刚度、轴向止挡或两者。
基于所描述的、作用于前轴承1上的负荷，很难实现高滚动舒适性和良好的声学解耦。为此需要使用尽可能软的橡胶混合物，但其随着出现的轴向负荷Fax会导致运行强度问题。橡胶轴承1的耐用设计需要小的轴向变形路径，这只能通过高刚度或轴向止挡实现。两者均不利于舒适性和声学。
图2以俯视图示出根据本发明的三点式导杆的一种优选实施例。导杆的部件在此基本上与图1的现有技术示例没有区别(除了下面提到的根据本发明的特征)。因此，图2的导杆也包括前轴承1、后轴承2和未示出的轮架上的连接部3以及横导杆区域4和压杆区域5。
为了减轻前轴承1的轴向负荷并且实现该轴承1在刚度方面的更大设计自由度，至少在前轴承1的紧邻附近，横导杆区域4的横截面在一个区段上沿车辆纵向轴线方向L变细。材料的这种横截面变细部6类似于薄膜活节的设计，该薄膜活节有针对性地具有围绕竖直轴线H的低弯曲刚度并且因此在金属基材中实现活节功能。仅当外力是纵向力并且在前轴承1处产生的力矩围绕车辆竖直轴线H旋转时，才产生作用于前轴承1上的轴向力，因此需要薄膜活节6围绕竖直轴线H的挠性。
此外，在图2的导杆中在横导杆区域4和压杆区域5之间设有一个切口7或间隙7。该切口7或间隙7将两个区域4、5在空间上至少部分地彼此分离。在此，在该示例中，切口7或间隙7从横导杆区域4的前轴承1向未示出的轮架上的连接部3方向延伸直至横导杆区域4的大约一半长度。因此，导杆的所述活节功能包括两个部分、即“前轴承孔1处的有针对性的横截面变细部6”和“在横导杆区域4与压杆区域5之间的切口7设计”。切口7或间隙7从前轴承1或从未示出的车辆车身起向连接部3方向或向未示出的轮架方向伸入得越深，则切口底部中的应力就越大。因此应在所述应力和足够的活节功能之间找到最佳折衷，这就是为什么横导杆区域4的所述一半长度特别优选适合于切口长度。
通过所述横截面变细部6和附加地优选通过所述切口7或间隙7可在导杆本身中实现活节功能，该活节功能在复杂度、成本、强度、舒适性和声学解耦方面具有最佳的导杆设计。通过减小轴向负荷可有利地确保作为前轴承1的橡胶轴承的使用强度，同时可节省额外的构造费用(通过避免分解的横导杆和因此避免附加的橡胶轴承)。此外，可实现导杆的金属活节功能的一种成本和花费几乎无变化的设计。
代替横导杆区域4中在前轴承1处的横截面变细部6，图3、4、5和6示出其它可能的实施例。在此示例性示出横截面变细部6可设置在导杆的哪些其它的区段或区域上。在不同的变型方案中也可看到不同的切口深度7。
这些分别是示例，其中，相应的切口深度7和切口设计也可与相应实施例的横截面变细部6组合。
对于相同的导杆部件，相应的附图标记与前面的图1和2相同。
例如图3的实施例示出一种导杆，在其中看不到切口7或间隙7。横截面变细部6在此设置在横导杆区域4的一个设置在车轮侧轴承3附近的区段上。
根据图4的导杆在此包括横截面变细部6，其沿横导杆区域4的整个长度延伸。另外，图4的导杆具有切口7或间隙7，其与图2的切口7或间隙7相比更深地伸入车轮侧轴承3方向。通过如此大的切口深度7(从前轴承1沿横导杆区域4向车轮侧轴承3方向)在仍然连续的三点式导杆中产生至少近似沿车辆横向方向Q定向的横导杆以及压杆区域5中的沿车辆横向方向Q和车辆纵向方向L、至少近似镰刀形的斜导杆。
在图5中可以看到与图4中相同的切口深度7，但横截面变细部6在压杆区域5的由切口7或间隙7形成的“斜导杆”的整个长度上延伸。
图6与图4和5一样示出一个切口7或间隙7，其将导杆分成所述的横导杆区域4和斜导杆。横截面变细部6在此设置在斜导杆上紧邻车轮侧轴承3的附近。
附图标记列表
1 前轴承
2 后轴承
3 车轮侧轴承
4 横导杆区域
5 压杆区域
6 横截面变细部
7 切口或间隙
Frad 径向力
Fax 轴向力
Fx 作用于车轮上的力
RFahrt 行驶方向
A 轴承轴线
L 车辆纵向方向
H 车辆竖直轴线
Q 车辆横向方向

Claims (12)

1.用于机动车的车轮悬架，其包括用于连接轮架与车辆车身的三点式导杆装置，所述三点式导杆装置包括横导杆区域(4)和拉杆和/或压杆区域(5)，所述横导杆区域(4)通过第一前轴承(1)与车辆车身连接，该前轴承(1)的旋转轴线至少近似沿车辆行驶方向(RFahrt)定向，所述拉杆和/或压杆区域(5)通过后轴承(2)与车辆车身连接，该后轴承(2)的旋转轴线至少近似垂直于后轴承(2)与轮架侧连接部(3)的连接线，其特征在于，所述三点式导杆在至少一个区段上具有在导杆的安装状态中沿车辆纵向方向(L)延伸的横截面变细部(6)。
2.根据权利要求1所述的车轮悬架，其中，所述横导杆区域(4)和拉杆和/或压杆区域(5)的横截面在安装状态中沿车辆竖直方向(H)看至少大致一样大。
3.根据权利要求1或2所述的车轮悬架，其中，具有横截面变细部(6)的区段的壁厚至多为三点式导杆的其余横截面的壁厚的一半。
4.根据前述权利要求中任一项所述的车轮悬架，其中，所述横截面变细部(6)设置在横导杆区域(4)的区段上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的车轮悬架，其中，所述横截面变细部(6)设置在拉杆和/或压杆区域(5)的区段上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的车轮悬架，其特征在于，所述横截面变细部(6)设置在横导杆区域(4)上的区段中，该区段沿车辆横向方向(Q)看与轮架相比更靠近车辆车身。
7.根据前述权利要求中任一项所述的车轮悬架，其特征在于，所述横截面变细部(6)设置在拉杆和/或压杆区域(5)上的区段中，该区段沿车辆横向方向(Q)看与车辆车身相比更靠近轮架。
8.根据前述权利要求中任一项所述的车轮悬架，其中，所述横截面变细部(6)在整个拉杆和/或压杆区域(5)上延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的车轮悬架，其中，所述横截面变细部(6)在整个横导杆区域(4)上延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的车轮悬架，其特征在于，所述拉杆和/或压杆区域(5)和横导杆区域(4)通过切口(7)和/或间隙(7)至少部分地彼此分离。
11.根据前述权利要求中任一项所述的车轮悬架，其中，在所述拉杆和/或压杆区域(5)和横导杆区域(6)之间的切口(7)和/或间隙(7)沿车辆横向方向(Q)看从车辆车身向轮架方向延伸直至横导杆区域(4)的一半长度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的车轮悬架，其中，所述三点式导杆由铝材料制成。
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