CN112976976A - 用于车辆的悬架系统 - Google Patents

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CN112976976A CN202011417421.6A CN202011417421A CN112976976A CN 112976976 A CN112976976 A CN 112976976A CN 202011417421 A CN202011417421 A CN 202011417421A CN 112976976 A CN112976976 A CN 112976976A
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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的悬架系统(1)。为了一方面考虑到乘坐舒适性且另一方面考虑到车轮的地面接触，以提供车轮悬架的最佳阻尼行为，根据本发明提出的是，该悬架系统包含减震器单元(2)，该减震器单元(2)包含第一阻尼器单元(5)和第二阻尼器单元(6)，每个阻尼器单元具有填充流体的缸腔(7、8)，该缸腔(7、8)在共同的缸单元(3)中形成并且彼此封闭，连接到活塞杆(11、12)的活塞(9、10)可轴向移位地布置在每个缸腔(7、8)中，一个活塞杆(11、12)连接在车身侧上并且另一个活塞杆(11、12)连接在车轮侧上，在系统中，两个阻尼器单元(5、6)的阻尼作用可以彼此独立地受至少一个调整单元(15、16)影响。

Description

用于车辆的悬架系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的悬架系统。
背景技术
在机动车辆中，车轮被支撑在其上的轮架通常通过一个或多个悬架连杆连接到车身，通常连接到底盘或副车架。虽然悬架连杆主要吸收水平力，但在竖直方向上作用的(静态和动态)力被至少一个弹簧和减震器吸收，至少一个弹簧和减震器一方面连接到车身并且另一方面连接到轮架或悬架连杆。减震器的阻尼特性在此一方面对于乘坐舒适性且另一方面对于车轮的最佳道路抓地力特别重要。除了在行驶时阻尼恒定的被动阻尼器之外，还已知半主动阻尼器，其中阻尼特性可以连续地变化。这样的问题在于，考虑到车轮加速度和动态车轮载荷，最佳的乘坐舒适性需要相对柔软的阻尼器行为，而相对较硬的阻尼器行为对于道路抓地力是最佳的。因此，依赖于折衷，这在两个要求方面都不理想，并且最终以乘坐舒适性为代价而偏向安全性。
US 5 337 864A公开了一种悬架系统，该悬架系统包含被动的主弹簧悬架以及阻尼缸，该阻尼缸与主弹簧悬架在簧载和非簧载质量之间并联地连接，该阻尼缸被分成保持阻尼流体的多个腔，每个腔的体积根据未簧载和簧载质量之间的相对运动而变化。腔的填充和排放通过流量控制装置控制。阻尼缸的壳体形成第三质量，该第三质量通过次级弹簧悬架弹性地连接到未簧载质量，并且阻尼缸接收两个活塞，这两个活塞相对于缸的内圆周表面形成密封件。第一活塞和第二活塞分别通过活塞杆和将缸分成三个腔的活塞连接到簧载和非簧载质量，三个腔保持阻尼流体。
US 7 478 708 B2公开了一种减震器，该减震器包含第一缸和第二缸，该第一缸和第二缸轴向地定向并且各自包含流体填充的活塞腔。可轴向移位的活塞容纳在每个活塞腔中，并且形成用于阻尼活塞的轴向位移的阻尼器。活塞杆在第一和第二活塞腔之间轴向地延伸。活塞杆的第一和第二轴向端分别连接至第一和第二活塞。根据另一个实施例，提供具有相关联的第一和第二活塞的两个活塞杆。每个活塞布置在两个活塞腔中的一个中，该两个活塞腔在缸内部形成并且通过连接管线连接到气缸。该气缸被两个可移动的活塞元件分成三个部分，该连接管线通向外部。
DE 41 25 285 C2公开了一种气缸-活塞单元，其具有通过缸端部引出的活塞杆并且形成密封件、可彼此独立地在对应于该单元的极限位置的两个位置之间移动的两个同轴布置的活塞、以及具有气缸侧连接的压力供应，当随着延伸到气缸-活塞单元的整个中间长度的活塞杆而使活塞杆遭受压力时，活塞通过压力供应保持在两个极限位置。活塞被布置在两个气缸腔中，两个气缸腔通过中间分隔壁彼此分隔开并且每个牢固地连接到朝向远离分隔壁的侧面突出的活塞杆；气缸腔具有不同的长度，并且每个气缸腔设置有两个连接件，该连接件设置在气缸端部区域内以用于供应压力。
US 8 874 291 B2示出了用于运输人员和/或物品的车辆，其交替地在水上、陆地上或空中行驶并且至少部分地使用电能和电动马达作为驱动装置，所使用的电能主要在车辆内部产生。其中，电能是从车身、车轮和车轮悬架的竖直加速度运动获得。因此，例如，减震器的缸可以包含三个腔，其中最低的腔由刚性壁向上限定且由可移动的压力活塞向下限定。上部腔和中间腔由活塞隔开，该活塞通过穿过壁的活塞杆连接到线性发电机的致动器。线性发电机的定子固定地布置在压力活塞上。
US 4 960 291A公开了一种具有悬架缸的悬架系统，该悬架系统布置在车身与车轮的横向连杆之间。液压装置包含两个液压缸，每个液压缸包含活塞和活塞杆。螺旋弹簧和减震器的组合布置在两个活塞杆之间，并切通过它们作用。控制装置被设计以控制液压流体从悬架缸到两个液压缸中的一个的流量。其中一个缸的直径大于悬架气缸，并且另一个缸的直径小于悬架缸。
EP 1 902 874 A1公开了一种用于机动车辆的主动底盘系统，该主动底盘系统包含布置在机动车辆的至少一个车轮与车身之间或者在两个车轮之间的至少一个液压致动器、具有向至少一个液压致动器供应液压流体的至少一个供应泵并且包含用于控制致动器内部的压力的控制阀单元。至少一个供应泵可以独立于机动车辆的驱动源来驱动并且被设计用于以较高的频率间歇地起作用的输送模式。
US 4 506 869 A公开了一种减震器，其具有柱塞，该柱塞布置成在缸中的活塞上方滑动。由此限定至少两个可变容积的腔。提供使两个腔连通的连接件，其中一个腔具有处于第一压力的第一弹性流体，并且另一个腔具有具有处于第二压力的第二弹性流体。压力可根据与要吸收的力相对应的至少一个参数来调整。
鉴于所提出的现有技术，一方面考虑到乘坐舒适性且另一方面考虑到车轮的地面接触，车轮悬架的最佳阻尼性能的调整仍然有改进空间。
发明内容
本发明的目的是，一方面考虑到乘坐舒适性且另一方面考虑到车轮的地面接触，提供车轮悬架的最佳阻尼行为。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的悬架系统来实现，从属权利要求涉及本发明的有利实施例。
应当指出的是，在以下描述中单独引用的特征和措施可以以任何技术上合适的方式彼此组合，并且阐述了本发明的其他实施例。该描述特别是结合附图来表征和具体说明本发明。
本发明提供一种用于车辆的悬架系统。此处的术语“悬架”显然是指车辆的车轮悬架。该车辆是道路车辆，通常是机动车辆，例如卡车或乘用车，尽管该悬挂系统也可以用于拖车。该悬架系统还可以包含不属于实际车轮悬架的部件。
悬架系统包含减震器单元，该减震器单元相应地包含第一阻尼器单元和第二阻尼器单元，每个具有流体填充的缸腔，缸腔在共同的缸单元中形成并且彼此封闭。每个阻尼器单元包含缸腔，术语“缸”应该在功能方面被理解并且绝不限制为各个缸腔的横截面。每个缸腔构成腔，该腔在操作状态下填充流体。缸单元通常是刚性体，在该刚性体内形成有两个缸腔，作为第一缸腔和第二缸腔的两个缸腔分别属于第一阻尼器单元和第二阻尼器单元。两个缸腔彼此封闭，也就是说，它们在可能的流体交换方面彼此分开。这仅涉及缸腔彼此之间的分隔，而并不排除来自缸腔中的一个的流体与另一管线或另一腔的交换。
在此，连接到活塞杆的活塞可轴向移动地布置在每个缸腔中，并且一个活塞杆连接在车身侧上，而另一活塞杆连接在车轮侧上。各个活塞可在其所属的缸腔内部在以下称为轴向方向的方向上移位。在此，活塞使缸腔内部的流体移位或移动，相应的阻尼器单元的阻尼效应主要基于流体中的流量损失。活塞的横截面通常以这样的方式与缸腔的内部横截面匹配，即在缸腔内部被引导。虽然活塞本身完全保留在缸腔内，但它连接到活塞杆，该活塞杆从缸腔引导出来。活塞杆通常但不是必须具有比活塞显著更小的横截面。活塞和活塞杆本身都可以是单件式或多件式构造。活塞至少部分地与活塞杆一体地形成也是可行的。其中一个活塞杆连接在车辆车身侧上，也就是说，活塞杆直接或通常间接地(例如通过接头或轴承)连接到车身。在此，在本文中“车身”是车体、底盘和任何副车架的统称，也就是说，通常被归类为簧载质量的那些元件。另一活塞杆连接在车轮侧上，在此也可以直接或通常间接连接。该连接位于车轮侧上，该车轮侧包含用于连接到轮架或悬架连杆的范围，该悬架连杆相应地连接到轮架。这种悬架连杆将轮架连接到车身并且以已知的方式用于引导轮架并且同时允许轮架相对于车身的移动。因此，总的来说，阻尼器单元布置在车身和轮架之间(可能插入悬架连杆)。
连接在车身侧上的活塞杆所属的阻尼器单元也可以被称为车身侧阻尼器单元，而另一个阻尼器单元可以被称为车轮侧阻尼器单元。
在此，两个阻尼器单元的阻尼作用可以通过至少一个调整单元彼此独立地影响。阻尼器单元的相应的阻尼作用在此描述阻尼特性，也就是说，当相应的活塞在缸腔内移动时，阻尼器单元中产生什么反作用力。反作用力的大小显然也取决于位移率。悬架系统包含至少一个调整单元，通过该调整单元可以彼此独立地影响第一阻尼器单元的阻尼作用和第二阻尼器单元的阻尼作用。在这种情况下，“可以被影响”通常表示“可以被调整”，可以理解的是，期望的调整通常仅在有限的精度下才是可能的。因此，可以在其中一个阻尼器单元中设置比另一个阻尼器单元更硬的阻尼。特别地，在车身侧阻尼器单元中可以设置比在车轮侧阻尼器单元中更软的阻尼。
在根据本发明的悬架系统中，缸单元与缸腔中的流体以及任何其他部件一起形成缓慢作用的质量，该质量被插入在车身和轮架或悬架连杆之间，并在一定程度上可以彼此独立地移动。它通过车身侧阻尼器单元连接到车身，而通过车轮侧阻尼器单元连接到轮架。经由车轮侧阻尼器单元发生的轮架的运动不会直接相对于车身而是主要相对于缸单元接着发生。也就是说，在该运动中，决定性因素是车轮侧阻尼器单元的阻尼行为，其可以被相应地设置为硬的，以便确保最佳的道路抓地力。另一方面，经由车身侧阻尼器单元发生的车身运动不会直接相对于轮架而是同样地相对于缸单元接着发生。在该运动中，决定性的因素是车身侧阻尼器单元的阻尼行为，其可以被相应地设置为柔软，以便确保最佳的乘坐舒适性。每个阻尼器单元可以统称为半主动阻尼器。与完全主动阻尼相比，半主动阻尼可以通过实质上更少的技术支出和更低的重量或质量来实现。与主动阻尼相比，能耗也大大减少。尽管如此，根据本发明的悬架系统仍提供积极作用，否则只能通过主动阻尼来实现。
为了有助于两个阻尼作用的独立影响，优选的是，第一阻尼器单元的阻尼受到第一调整单元的影响，并且第二阻尼器单元的阻尼受到第二调整单元的影响。在此，两个调整单元在功能上分别分配给阻尼器单元，然而这并不一定意味着它们也必须邻近或直接布置在该阻尼器单元上。
基本上，关于两个缸腔在缸单元内部的布置存在各种可能性。例如，缸腔可以部分地彼此平行地布置，这可能会导致问题，然而，因为力在两个活塞杆的一部分上的相反作用会导致作用在缸单元上的扭矩。另外，一个缸腔至少部分地包围另一缸腔是可行的，然而，这在设计方面是相对昂贵的。两个缸腔优选轴向串联布置。也就是说，两个缸腔在轴向方向上相继地布置。这同时意味着其中一个缸腔被布置在另一个缸腔上方。
阻尼器单元内部的阻尼原则上可以受到各种措施的影响。因此，影响活塞在缸腔内部的流动阻力是可行的，在这种情况下，活塞可以具有可调整的设计并且可以具有可调整元件。然而，这种解决方案通常在技术上是昂贵的。优选地，至少一个调整单元包含阀，特别是电磁阀，其被设计为影响阻尼器单元内部的流体流动。换句话说，阻尼器单元内部的流体流动可以受到电磁阀的影响，优选地被电磁阀调整。阀在此可以连续地或不连续地调整，以便允许为流体设定不同的流动速率或不同的流动阻力。该阀优选地是电可控的，以电磁阀的形式的实施例也是优选的。
当活塞在缸腔内移动时，流体必须具有通过活塞的设施。这可能在缸腔内，例如到活塞的侧面或者甚至通过活塞内部的阀。然而，从简单的设计和易于维护的角度来看，优选的是，至少一个阻尼器单元应该包含在缸腔外部延伸并且在两侧均与之连接的旁通管道，在该旁通管道中流体流动受调整单元的影响。旁通管道允许流体旁通在缸腔内移动的活塞。它双向地(也就是说在两端处)连接到缸腔。也可以说，它从缸腔分支出来并且通向缸腔。到缸腔的相应连接点通常在缸腔的轴向端部形成。旁通管道可以在连接到缸单元的柔性的或特别是刚性的管线中形成。当活塞向缸腔的端部移动时，那里存在的流体被迫进入旁通管道，并且进一步通过旁通管道到缸腔的相对端部。在此阻尼器单元的阻尼效应主要基于旁通管道内部的流体的流动阻力。可以采用特别是阀的形式的调整单元可以被设计为影响通过旁通管道的流体流动，这相应地导致流动阻力的变化并且因此导致阻尼行为的变化。通过将旁通管道布置在缸腔的外部，也可以有利地将调整单元布置在缸单元的外部，以使在装配时以及在进行任何维修时都可以容易地接近调整单元。
取决于应用的用途，也可以将每个阻尼器单元设计为气动阻尼器单元，其中流体将是气体(例如空气)。然而，有利的是，将至少一个阻尼器单元设计为液压阻尼器单元并且在操作状态下相关的缸腔填充有液压流体。除了相比于气体而由液压流体提供的不同的阻尼行为之外，在本发明的情况下，相比于气体更高的密度和液压流体的相关更大的质量是有利的。这增加了缸单元的质量，其有效地帮助将两个阻尼器单元的移动彼此隔离。
在本发明的前述方面中，还优选的是，至少一个调整单元由缸单元承载。也就是说，调整单元直接或间接地安装在缸单元上。因此，关于两个阻尼器单元的移动，相应的调整单元的质量被增加到缸单元的质量。除了该优点之外，如果调整单元被安装在缸单元上并且与之一起形成一个总成，则其通常在设计方面更简单，该总成可以在装配时被预装配且然后被装配。
因为每个减阻尼器单元仅是半主动的，所以它们不能承受车身相对于底盘的实际弹簧悬架。为了实现必要的弹簧悬架，需要至少一个弹簧元件或弹簧单元。悬架系统优选地包含至少一个弹簧单元，该弹簧单元绕过减震器单元而连接在车身侧上和车轮侧上。也就是说，弹簧单元一方面直接或间接地连接到车身，并且另一方面直接或间接地连接到轮架或悬架。该连接绕过减震器单元进行，也就是说，车身和轮架之间通过弹簧单元的任何力通量都与通过减震器单元的力通量无关。还可以说，减震器单元和至少一个弹簧单元关于力通量彼此平行地布置。例如，如果从弹簧单元到缸单元存在任何力传递，则这将改变缸单元与车身以及与轮架的联接，并且总体上对阻尼器单元的动力学产生负面影响。各个弹簧单元可以采用任何形式，例如盘簧或板簧。
悬架系统有利地包含控制单元，该控制单元被设计为根据传感器数据自动地影响阻尼作用。在此的控制单元连接到至少一个调整单元并且使调整单元致动以便影响相应的阻尼作用。在此的传感器数据通常从车辆传感器中获取，并且可以与车辆的瞬时状态有关，例如速度、加速度或减速度、倾斜度等，但它们也可以与车辆环境有关，例如车辆前方行驶表面的性质和状态。例如，控制单元可以从传感器数据中检测前方的行驶表面具有不均匀的不规则性，并且作为响应可以减小车身侧阻尼器单元的阻尼作用。
附图说明
下面根据在附图中表示的各种示例性实施例详细地解释本发明的其他有利的细节和效果，其中：
图1示出了根据本发明的悬架系统的局部剖视图；以及
图2示出了悬架系统以及力和位移的示意图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的部件总是设置有相同的附图标记，因此，它们通常也仅被描述一次。
图1示出了根据本发明的用于机动车辆(例如乘用车)的悬架系统1的局部剖视图。示出了减震器单元2，其用于将车身30连接到轮架31。该减震器单元2包含在轴向方向A上延伸的缸单元3。在装配状态下，轴向方向A精确或近似对应竖直方向。在缸单元3的内部形成第一缸腔7和第二缸腔8，第一缸腔7和第二缸腔8在轴向方向上一个在另一个上串联地布置。第一缸腔7是第一阻尼器单元5的一部分，该第一阻尼器单元5也可以被称为车身侧阻尼器单元。在此内部可移动地布置第一活塞9，该第一活塞9通过第一活塞杆11以未进一步示出的方式连接到车身30。第二缸腔8是第二阻尼器单元6的一部分。第二活塞10在轴向方向A上可移动地布置在第二缸腔8中，并且通过第二活塞杆12同样以未进一步示出的方式连接到轮架31。每个缸腔7、8填充有液压流体，当该液压流体在轴向方向上移动时，该液压流体被相应的活塞9、10移位。为了允许液压流体通过，在主轴向上延伸并且在两端处连接到第一缸腔7的第一旁通管道13在第一缸腔7的外部形成。同样地在轴向方向A上延伸并且在两端处连接到第二缸腔8的第二旁通管道14在第二缸腔8的外部相应地形成。当液压流体流过相应的旁通管道13、14时，相应的阻尼器单元5、6的阻尼作用大体上受液压流体的流动阻力影响。这相应地分别受到分配给相应的旁通管道13、14的电磁阀15、16的影响。每个电磁阀15、16具有多个设置，通过这些设置可以改变旁通管道13、14中的流体流动。在这方面，两个阻尼器单元5、6都可以看作是半主动阻尼器。两个电磁阀15、16都连接到控制单元20，该控制单元20相应地(直接或间接地)接收来自至少一个传感器21的数据。至少一个传感器21可以是加速度传感器或位置传感器，其给出关于在当前的车辆行驶状态下的信息，但也可以是传感器，例如，给出在车辆前方的行驶表面上的信息(例如激光雷达传感器)。
图2以示意图的形式示出了悬架单元1的主要部件以及各种位移和力。具有质量Mb的车身30一方面通过减震器单元2并且另一方面通过弹簧单元17连接到具有质量Mw的轮架31，该弹簧单元17关于力通量与减震器单元2平行地布置。包括在其中含有的液压流体和电磁阀15、16的缸单元3具有质量Md，轮架31连接到车轮32，车轮32可旋转地支撑在轮架31上。由于行驶表面的不平坦，车轮32经历竖直位移Zr。轮架31、缸单元3和车身30的水平位移在下文中由Zw、Zd和Zb表示。车身30的运动由以下等式描述：
Figure BDA0002820578760000093
其中，g是重力加速度，Fs是由弹簧单元17施加的力，以及Fdb是作用在车身30和缸单元3之间的力，该力由第一阻尼器单元5传递。下面等式描述了轮架31的运动：
Figure BDA0002820578760000091
其中，Fdw是作用在轮架30和缸单元3之间的力，该力由第二阻尼器单元6传递，以及Ft是车轮32作用在轮架30上的力。最后，以下等式描述了缸单元的运动：
Figure BDA0002820578760000092
除了别的以外，这些相互联系的运动等式系统的精确解决方案显然取决于车轮32根据道路结构施加的可变力Ft。然而，定性地事实是，轮架31的运动大体上受到第二阻尼器单元6内部的阻尼作用的影响，而车身30的运动大体上受到第一阻尼器单元5内部的阻尼作用的影响。换句话说，关于阻尼作用，车身30和轮架31不会主要相对于彼此移动，而是每个相对于缸单元3移动。因此，为了最佳的道路保持，可以在第二阻尼器单元6内部设置相对硬的阻尼，而同时在第一阻尼器单元5中可以设置相对软的阻尼，这确保了最佳的乘坐舒适性。两种阻尼作用都可以通过控制单元20根据当前情况动态地调整。
附图标记列表
1 悬架系统
2 减震器单元
3 缸单元
5、6 阻尼器单元
7、8 缸腔
9、10 活塞
11、12 活塞杆
13、14 旁通管道
15、16 电磁阀
17 弹簧单元
20 控制单元
21 传感器
30 车身
31 轮架
32 车轮
A 轴向方向

Claims (9)

1.一种用于车辆的悬架系统(1)，具有减震器单元(2)，所述减震器单元(2)包含第一阻尼器单元(5)和第二阻尼器单元(6)，每个阻尼器单元具有填充流体的缸腔(7、8)，所述缸腔(7、8)在共同的缸单元(3)中形成并且彼此封闭，连接到活塞杆(11、12)的活塞(9、10)可轴向移位地布置在每个缸腔(7、8)中，一个活塞杆(11、12)连接在车身侧上并且另一个活塞杆(11、12)连接在车轮侧上，在所述系统中，两个阻尼器单元(5、6)的阻尼作用能够彼此独立地受至少一个调整单元(15、16)影响。
2.根据权利要求1所述的悬架系统，
其特征在于，
所述第一阻尼器单元(5)的阻尼作用能够受第一调整单元(15)影响，并且所述第二阻尼器单元(6)的阻尼作用能够受第二调整单元(16)影响。
3.根据权利要求1或2所述的悬架系统，
其特征在于，
两个缸腔(7、8)被轴向串联地布置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的悬架系统，
其特征在于，
至少一个调整单元(15、16)包含被设计为影响阻尼器单元(5、6)内部的流体流动的阀，特别是电磁阀。
5.根据前述权利要求中任一项所述的悬架系统，
其特征在于，
至少一个阻尼器单元包含在所述缸腔(7、8)的外部延伸并且在两侧上连接到所述缸腔(7、8)的旁通管道(13、14)，在所述旁通管道(13、14)中，流体流动能够受调整单元(15、16)影响。
6.根据前述权利要求中任一项所述的悬架系统，
其特征在于，
至少一个阻尼器单元(5、6)被设计为液压阻尼器单元，并且在操作状态下相关联的缸腔(7、8)填充液压流体。
7.根据前述权利要求中任一项所述的悬架系统，
其特征在于，
至少一个调整单元(15、16)被所述缸单元(3)承载。
8.根据前述权利要求中任一项所述的悬架系统，
其特征在于，
所述悬架系统包含至少一个弹簧单元(17)，所述弹簧单元(17)绕过所述减震器单元(2)连接在所述车身侧上和所述车轮侧上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的悬架系统，
其特征在于，
所述悬架系统包含控制单元(20)，所述控制单元(20)被设计为根据传感器数据自动地影响所述阻尼作用。
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