CN1145563C - 机动车底架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汽车尤其是用于运送至少一人的四轮驱动汽车上的底架或车架(1)。有一个主车架(2)，所述主车架(2)由封闭的中空型材构成。该主车架(2)还包括两个径向相对的扭力弹簧(4)，所述扭力弹簧(4)的转动轴线垂直于行驶方向。所述扭力弹簧(4)与主车架(2)上设置有角板(5)的侧向中空型材(3)相连接。一抗弯连接轴(7)设置于具有摆臂(6)的扭力弹簧(4)上。所述连接轴(7)在其两端设置有用于车轮的轴承。

Description

汽车底架
技术领域
本发明涉及用于运送至少一人的四轮驱动汽车的汽车底架或车架，它设有一个由封闭的中空型材制成的主车架。
背景技术
用于多轴汽车上的车架已是公知技术并广为使用，在这种车架上，车轮的弹性元件由扭转弹簧构成。这里主要分为两种不同实例形式，即曲柄导向轴和摆臂轴。
在曲轴结构中，轮轴设置于一个可弹性转动的臂上，该臂能够根据车轮载荷的变化而相对轴悬挂改变角度。恢复扭矩通常随角度的变化而增加，从而在轮轴上形成与惯性力的作用方向相反的回弹力。在这种装置内，仅有的一个移动自由度就是围绕扭转弹簧部件的有限弹性转动，由于该装置具有足够的刚性，因此可在其它移动方向上实现所限定的车轮之导向。扭簧可被设计成一个位于自由转动的轴线方向上的金属杆，或被设计成一个主要通过剪切产生变形的合成橡胶弹簧部件。由于每个车轮都通过一个独立的曲柄导向装置进行导向，因此可使每个车轮都能够独立运动，即每个车轮都具有一个独立悬架。上述的曲柄导向轴最好被用于设有较硬的独立悬架的载重汽车上。扭转弹簧具有很大的抗扭刚度，以使其作为导向部件具有足够的刚性，从而为车轮的移动提供更多的自由度。该实例的缺陷在于：在客运车辆上，出于舒适的目的，弹性元件必须较软。但是，由于弹性元件较柔软，因此扭簧不能良好地控制车轮的导向。在车轮载荷变化的情况下，这种不允许的侧偏变化和外倾变化将使汽车的工况不稳定。
在设置有摆臂轴的实例中，弹簧的能量也被存储于一个构件中，该构件的扭转由一个相应的扭矩对抗。该实例与设置有曲柄导向轴的实例的区别之处在于：沿其它方向的移动能够被另外的部件部分限制。例如，在行驶方向上，弹簧平衡杆仅能实现车轮的纵向导向，这一点已是公知的。而侧向导向、侧偏角及外倾角的保持由车轮传动装置的半轴来完成。通过这种结构，可以从结构上除弹动外地在所有方向上轻松实现不太灵活的车轮导向。但是，也可以借助摆臂垂直于轮胎接触区域地单独控制弹动，而所有其它运动方向通过合适的独立悬架来限定。这种结构的缺陷在于制造成本太高，而且故障率也很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种上述类型的汽车底架，这种底架不仅能够消除上述的缺陷，而且还能够使曲柄导向轴的结构简化，从而消除了在单性元件较软的情况下对不足车轮导向的限制。
本发明的目的可如此实现，即在开头所述类型的汽车底架中，所述主车架由两根侧向的中空型材和两个扭转弹簧组成并被构造成一个大体为环形的抗弯抗扭装置；所述扭转弹簧相对设置，而且其转动轴线垂直于行驶方向延伸；所述扭转弹簧设置有外管，外管通过角板和主车架上的侧向中空型材相连接；一抗弯连接轴通过摆臂设置于扭转弹簧上，所述连接轴在其两端设置有用于车轮的轴承，从而使连接轴被设计成一个在摆臂之间的区域内具有低抗扭强度和沿纵向轴线具有低抗扭强度的型材。
上述实施方案的的优点在于：最佳的车轮导向以极其简单的结构实现，车轮的最佳导向能够保证汽车的操纵性能稳定。通过将抗弯性和抗扭性连接到一起的中空型材制造主车架，而使汽车的车身也具有较好的抗扭性。此外，扭转弹簧还提供下述优点：除了弹簧的弹性部件的材料利用率高外，还可以利用该弹簧完成车轮导向功能。不易弯曲的连接轴被用作车轮的导向部件。此外，这种抗弯的连接轴还提供以下优点：车轮的侧偏变化和外倾变化通过一连接轴刚性耦联在一起。因此，轮距、侧偏角及外倾角相对通过车轮与接触表面的接触点的平面是不变的。
这样的实施例也是非常有利，即单个部件之间的所有连接都由焊缝构成，这是因为该实施例允许合理的制造，甚至可以使用焊接机器人。
根据一个实施例，所述扭转弹簧由两个同心设置的中空型材构成，其中将至少一个弹性部件设置于两个中空的型材之间，最好设置于摆臂的安装区域内。根据另一个实施例，所述扭转弹簧包括一外部扭转弹簧管、一个由弹性体制成的弹簧部件和一个扭转弹簧轴。在这两个实施例中，扭转弹簧在其转动的轴线方向和垂直该轴线的平面上提供了足够的纵向刚度。
如果侧向中空型材和其它连接型材之间的连接由设置于侧向中空型材之两端的平面状角板来实现，则这也是非常有利的，因为中空型材的抗扭连接是由型材两侧上的角板和特殊布置来完成的。为了将至少两根型材以任意连接角度通过焊接相互刚性连接在一起，这种角板是必需的。这些型材可具有相同的垂直剖面。与传统框架结构不同，在通常出现拉力和压力的型材杆上，还有弯曲力和扭力在该结构中传递。
角板应该设置于型材的两个侧面上，以使焊缝定位于每个连接型材的主弯曲应力的中性面上。从而可以避免对该应力情况下焊缝受到拉伸载荷。这一点将对焊缝的稳定性产生有利的影响。
由于连接板双侧设置于连接型材上，因此常规载荷方向上的负载，例如弯曲、扭转、拉或压都能够在焊缝没有不利应变的情况下被传递出去。上述类型和级别的集中应力将对角板产生结构冲击。而这种结构的组成部分本身不受影响。
这种角板连接的优点如下：易于制造的各个型材部件可被用于构成处于垂直型材轴线的所有应力作用下且几何形状复杂的框架。
根据一个实施例，所述连接轴被构造成一个在摆臂之间的区域内的开放式型材，这是有利的，因为这种型材能够将高抗弯性和低抗扭性结合在一起。
如果所述连接轴在摆臂和轴承之间的区域内设置有一抗弯和抗扭的加强件，特别是在转向节轴承区域，或者如果所述连接轴被设计成一个位于摆臂和轴承之间的区域内的中空型材且特别是在转向节轴承区域，则连接轴的抗扭性可根据加固长度的不同而变化，而且能够被预先计算出来。由于型材杆的抗弯强度和抗扭强度之间的关系可以通过型材横截面的设计如壁厚、尺寸的设计和/或型材结构而大范围地变化，因此就可以将一个轴的各单轮弹动相互联系起来。通过相应增大连接轴的抗扭强度，形成更强的单轮弹动联系，从而可特别防止汽车侧倾即围绕纵向轴线的转动。这尤其对汽车重心较高的车身来说是必要的。
如果摆臂与连接轴刚性连接，或者如果摆臂为薄壁的平面形状，则这是很有利的。不同的单轮弹动将总是使连接轴相对汽车车身交叉。在这种情况下，摆臂上被强加了一种扭转，该摆臂一方面与连接轴刚性连接，另一方面只能垂直于行驶方向转动。因此，摆臂应该被设计成沿纵向轴线具有低抗扭强度的结构形式，目的是能够实现所需的轴交叉。这一点可用薄壁并具有平面状结构形式的摆臂来实现。横向力，例如那些随方向的变化而作用于汽车上的侧向力将使摆臂在垂直行驶方向的方向上产生不良的变形。
如果摆臂的转动枢轴沿整车重心和车轮轮胎的接触点之间的作用线位于面对行驶方向看的前部连接轴上，则这是有利的，这是因为设置于摆臂的转动枢轴所形成的直线上的装置不会另外受到在使用前制动器的制动过程中由制动力所产生的扭矩的作用，因此也就不存在通过制动力的弹簧反馈。当然，这种设置适用于前轴和后轴。
如果所有中空型材都具有垂直剖面，则这是非常有利的，因为其能够保证部件的合理制造，从而不需要其它处理工艺。
非常有利的是，所述汽车底架还设置有一转向连杆，它包括：一个与转向横拉杆刚性连接的转向横拉杆臂和一个能够在转向横拉杆臂上围绕一平行转向横拉杆的轴线转动的中间杆，所述中间杆通过一曲柄接头与一偏心轴相连，因为在这种结构中，汽车的转向与单轮弹动无关。一般情况下，转向横拉杆通过一球窝接头与转向节的转向臂相连接。这就允许转向横拉杆围绕其纵向轴线有一定的转动。一个能够围绕平行于转向横拉杆的轴线转动的中间杆(relay lever)可与转向横拉杆一起抵消间距的变化。转向横拉杆上刚性设置了一个转向横拉杆臂，该拉杆臂在上端支承了一个其转动轴线平行于转向横拉杆的铰链。一中间杆铰接在转向横拉杆臂的转动轴线上，从而能够围绕一平行转向横拉杆的轴线转动。中间杆与偏心轴相连接，以形成铰链连接。这种结构将偏心轴平行于转向横拉杆的位移直接传递到转向节的接头，但其可被偏心轴垂直转向横拉杆的可变间距抵消。
附图说明
下面将根据图示的实施例对本发明作出详细的说明。附图：
图1为根据本发明的汽车底架斜视图；
图2为根据本发明的汽车底架侧视图；
图3为根据本发明的汽车底架的顶视图；
图4为本发明汽车底架转向机构的局部斜视图。
具体实施方式
通过说明，应该注意到：在所述的实施例中，相同的部件由相同的附图标记或相同的部件标号来表示，从而能够将整个说明书中所包括的内容通过类推法应用于具有相同附图标记或相同部件标号的相同部件上。此外，说明书中给出的位置细节，例如顶部、底部、侧面等等与所述及所示的附图有关，同时位置的变化应该以新位置为基础。此外，根据本发明，所述实施例的单个特征本身可能就代表独立的解决方案。
图1示出了一个用于运送至少一个人的四轮驱动汽车上的底架1。在其基本结构中，该汽车底架1包括一主车架2，该主车架2由大致环形的闭合中空型材制成。主车架2最好由两根侧向的中空型材3和两根径向相对的扭转弹簧4构成，从而使扭转弹簧4的转动轴线垂直汽车的移动方向。由于在本实施例中主车架2是由中空的型材制成的，因此汽车的车身也可能是抗扭的。这种情况是可能的，因为主车架2的每根侧向中空型材3都与扭转弹簧4抗弯曲、抗扭转地相连接。抗弯曲性和抗扭性最好通过与平面状角板5形成连接而得以实现。角板5沿两侧固定于侧向的中空型材3上，从而使焊缝位于各个连接型材的主弯曲应力的中性面上，在本实施例中，焊缝位于侧向的中空型材3的中性面上。在这种应力条件下，可以消除焊缝上的拉伸应力，从而有利于焊缝的强度。此外，抗弯曲的连接轴7通过摆臂6设置在扭转弹簧4上。该连接轴7在端部具有一轴承8，该轴承用于安装汽车的车轮。
侧向的中空型材3具有用于汽车装饰件的垂直行驶方向设置的容放装置9。此外，用于装饰件的垂直向上的支撑10可被安装于角板5上，角板5用于装配后部扭转弹簧4。其它定位装置或支架11即使突出到后部扭转弹簧4的范围之外也可通过使用角板5而被安装到主车架2和/或支撑10上。
连接轴7被设计成一个设置于摆臂6之间的区域内且具有扭转弹性的开放式型材12。在摆臂6和连接轴7之间的区域内设置有一抗弯和抗扭加强部件13，从而使这种加强部件13能够形成一中空的型材。连接轴7的抗扭强度可通过相应地选择加强部件13的长度而得以变化。由于型材杆(在本实施例中为连接轴7)的抗弯强度和抗扭强度之间的关系可通过型材横截面的设计而大范围地改变，因此，就可以将一个轴的各单轮弹动相互联系起来。因为高抗扭强度带来更强的单轮弹动联系，由此可以积极地防止汽车侧倾。此外，这种结构还能够控制连接轴7的扭力。
用于汽车转向的控制面板14安装于扭转弹簧4上，即安装于面对行进方向看的前部扭转弹簧4上。控制面板14上装配有一个控制管15，该控制管设置有一内部转向管，控制面板14可被设计成由两个部件组成的结构形式，而且每个部件都被安装在靠近摆臂6的位置上。一转向操纵杆17通过一连接部件16与控制管15相连接。
这种结构的总的优点在于：各个部件之间的所有连接都毫无例外地由焊缝构成。此外，所有的中空型材，例如侧向中空型材3、扭转弹簧4或连接轴7都具有垂直剖面从技术上看是最佳的，制造成本也是合理的。
根据图2，扭转弹簧4通过角板5与侧向的中空型材3相连接。此外，摆臂6设置在扭转弹簧4上，用于安装前后连接轴7。此外，支架11设置于支撑10上或设置于后部转轴4的角板上，例如用于汽车的驾驶室。同样，在前部扭转弹簧4上设置有控制面板14及转向柱管15和转向手把17。
扭转弹簧4由两个同心设置的中空型材构成，外部中空型材为扭转弹簧管18，而内部中空型材为扭转弹簧轴19。至少一个弹性体部件20设置于扭转弹簧管18和扭转弹簧轴19之间。由于扭转弹簧4具有这种结构，因此就可沿其转轴方向和该转轴的垂直平面内得到足够的纵向刚度。
摆臂6被刚性连接到连接轴7上。另外，该摆臂6被设计成沿其纵向具有较低抗扭强度的结构形式，而且为薄壁平面形状。如上所述，不同的单轮弹动必然使连接轴7相对汽车车身产生交叉。这样，扭转就被作用于与连接轴7刚性连接的摆臂6上，该摆臂6只能在垂直于行进方向相交叉的方向上产生转动。因此，摆臂6被设计成沿纵向轴线具有较低抗扭强度的结构形式，目的是能够得到所需的轴交叉。摆臂6的转动枢轴21沿整车重心22和车轮轮胎24的接触点23之间的虚线所示作用线位于前部连接轴7上(面向行驶方向看)。这样，摆臂6的转动枢轴21就不会另外受到在制动装置的制动过程中由制动力产生的扭矩的作用，而且也不会存在由制动力产生的弹簧反馈。
根据图3，由侧向中空型材3和扭转弹簧4构成的主车架2上设置有一汽车装饰件的容纳装置9。支架11可面向行进方向突出到后部扭转弹簧4的范围之外。
连接轴7还通过摆臂6安装于后部扭转弹簧4上。连接轴7可被折弯，例如用于安装传动装置。
在两侧设置有轴承8的前部连接轴7，在本实施例中设置有转向节轴承25和被设计成盒式结构的转向机构，该前部连接轴7安装于前部扭转弹簧4上。转向机构大体包括：一个转向横拉杆26，转向横拉杆26通过一球窝接头分别与可设置于两侧的转向臂27相连接。该转向臂又通过转向节轴承25与转向节28相连接，其中转向节轴28与连接轴7形成一体。由于转向横拉杆26通过一球窝接头29与转向节28的转向臂27相连接，因此可以使转向横拉杆26在一定范围内围绕其纵向轴线转动。
在转向节28上设置有用于车轮轴承的轮毂30，其中这些轮毂30备有制动盘31。
图4详细示出了转向机构。转向横拉杆臂32被刚性安装于转向横拉杆26上，在转向横拉杆上端备有铰链33，其转动轴线34平行于转向横拉杆26。在铰链33上，一中间杆35铰接在转向臂32的转动轴线34上，从而能够围绕一个平行于转向横拉杆26的轴线转动。中间杆35通过一曲柄接头36与一偏心轴37相连接，而偏心轴37又与控制管15相连接。
转向机构通过转向横拉杆26传递偏心轴37的位移并平行于转向横拉杆26直接将上述位移传递给用于使车轮运动的接头。另外，该转向机构还能够抵消垂直转向横拉杆26相对偏心轴37的可变距离。
总之，应该注意到：为更好地理解本发明的技术方案，局部示出的部件并非是按照缩小或放大的比例绘制的，仅是示意图而已。另外，根据图式的实施例，具有组合特征的各个部件可以表示具有创造力的独立技术方案或当其与其它各个特征组合时表示根据本发明的解决方案。
具体而言，图1至4所示的各个实施例可以代表本发明的各个技术方案。根据本发明，相关的目的及技术方案可在对附图的详细说明中看到。

Claims (13)

1、一种用于运送至少一人的四轮驱动汽车上的汽车底架或车架，设置有一个由封闭的中空型材制成的主车架(2)，其特征在于：所述主车架(2)由两根侧向的中空型材(3)和两个扭转弹簧(4)组成并被构造成一个大体为环形的抗弯抗扭装置；所述扭转弹簧(4)相对设置，而且其转动轴线垂直于行驶方向延伸；所述扭转弹簧(4)设置有外管(18)，外管(18)通过角板(5)与主车架(2)上的侧向中空型材(3)相连接；一抗弯连接轴(7)通过摆臂(6)设置于扭转弹簧(4)上，所述连接轴(7)在其两端设置有用于车轮的轴承(8)，从而使连接轴(7)被设计成一个在摆臂(6)之间的区域内具有低抗扭强度和沿纵向轴线具有低抗扭强度的型材。
2、根据权利要求1所述的汽车底架，其特征在于：单个部件之间的所有连接都由焊缝构成。
3、根据权利要求1或2所述的汽车底架，其特征在于：所述扭转弹簧(4)由两个同心设置的中空型材构成，其中将至少一个弹性部件(20)设置于两个中空的型材之间，最好设置于摆臂(6)的安装区域内。
4、根据上述权利要求之一所述的汽车底架，其特征在于：所述扭转弹簧(4)包括一外部扭转弹簧管(18)、一个由弹性体制成的弹簧部件(20)和一个扭转弹簧轴(19)。
5、根据上述权利要求之一所述的汽车底架，其特征在于：侧向中空型材(3)和其它连接型材之间的连接由设置于侧向中空型材(3)之两端的平面状角板(5)来实现。
6、根据上述权利要求之一所述的汽车底架，其特征在于：所述连接轴(7)被构造成一个在摆臂(6)之间的区域内的开放式型材。
7、根据上述权利要求之一所述的汽车底架，其特征在于：所述连接轴(7)在摆臂(6)和轴承(8)之间的区域内设置有一抗弯和抗扭的加强件(13)，特别是在转向节轴承(25)区域。
8、根据上述权利要求之一所述的汽车底架，其特征在于：所述连接轴(7)被设计成一个位于摆臂(6)和轴承(8)之间的区域内的中空型材，特别是在转向节轴承(25)区域。
9、根据上述权利要求之一所述的汽车底架，其特征在于：摆臂(6)与连接轴(7)刚性连接。
10、根据上述权利要求之一所述的汽车底架，其特征在于：摆臂(6)为薄壁的平面形状。
11、根据上述权利要求之一所述的汽车底架，其特征在于：摆臂(6)的转动枢轴(21)沿整车重心(22)和车轮轮胎(24)的接触点(23)之间的作用线位于面对行驶方向看的前部连接轴(7)上。
12、根据上述权利要求之一所述的汽车底架，其特征在于：所有的中空型材都具有垂直剖面。
13、根据上述权利要求之一所述的汽车底架，其特征在于：所述汽车底架还设置有一转向连杆，其包括：一个与转向横拉杆(26)刚性连接的转向横拉杆臂(32)和一个能够在转向横拉杆臂(32)上围绕一平行转向横拉杆(26)的轴线转动的中间杆(35)，所述中间杆(35)通过一曲柄接头(36)与一偏心轴(37)相连接。
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