CN1655982A - 车辆悬挂系统 - Google Patents

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Abstract

一种车辆车轮的悬挂装置，其包括可互换的枢轴长度相等的多个连杆(1，2)以及一车轴支撑连杆(7)，该连杆(1，2)于其一端在上部底盘和下部底盘固定点(3，4)与底盘和车体相连接，其中车轴支撑连杆于其一端定位车轴(8)，而于另外一端(5，6)通过固定点连接连杆的另外一端(1，2)，固定体(3，4)之间的间距是(5，6)之间的间距的二倍，在车轴和连杆固定点之间的中心距与连杆(1，2)的枢轴长度相等，从而所述装置的几何特性限制固定点之间的车轴/车轮的直线运动，并且车轴连杆的角位移集中在展示与车轮轴线成90度时的轻微直线运动的轴线(10)或中心点上。

Description

车辆悬挂系统
技术领域
本发明涉及车辆轴悬挂系统。
背景技术
车辆悬挂系统属于公知技术，其包括一装置，该装置用于将车轮连接到设有弹簧和减震器的底盘或车体上。该装置可允许车轮产生基本竖直的位移，例如当行使过小凸起时，使得对车辆车体、其内部元件以及必要时用来转动车轮以使车辆转向的装置的扰动最小。
到目前为止，已经使用了很多装置以允许各个车轮在竖直的平面内独立运动，从而可在车辆行使过凸起或凸角时保持轮胎与路面的最大接触，并且保持对可负面影响车辆操作的绕水平轴和竖直轴的位移的控制。例如MacPherson支柱、低连杆、扭力杆、双叉骨式连接件、径向臂、压杆和悬臂轴的组合是此类系统中典型的公知的实施例。
用于单轨机车例如用于摩托车前轮的悬挂系统是熟知的，并且具有很多已经注册了商标的设计，例如Norton的“Road Holder”伸缩前叉、Vincent的“Girdraulic”、Ohlin的“Upside-down”伸缩叉、BMW的“Telelever”前叉、Earls的主动连接叉和Ariel的拉杆连接叉等等。
在悬挂系统的设计中还有很多问题需要解决，并且前面所提到类型的悬挂系统，若分别结合以各自的主销后倾角(castor)、倾角(rake)、拉杆(trail)、内束(toe-in)或反前束(toe-out)的设置，则可在控制和处理上获得可接受的折衷。
更具体而言，如果悬挂系统软到可以吸收扰动并可产生令人满意的驾驶感受，则在车辆受到阻力或加速时，该系统就会在处理俯冲和下蹲上存在问题。急刹车会使车辆前端因重心转移而发生严重的俯冲，这几乎没有留下行程来通过弹簧上的高预载力吸收冲击。这会暂时性地使乘客因悬挂系统特性的改变而感到非常不舒服。因此，反俯冲和反下蹲系统具有理想的特征的同时，这些特征也会损害驾驶感受并增加制造成本。
现代车辆和轮胎性能提高的水平已经使这个问题更尖锐，对单轨机车例如摩托车来说问题就更加严重，因为摩托车在行使过弯道时必须倾斜(lean over)以抵消离心力。倾角随着速率或弯曲半径增大而增大，而在行使过凸起时，车轮或底盘可能发生偏移和扭曲，这会扰乱对车辆的操作和控制。在高速转弯时，旋转件例如车轮和引擎飞轮可建立各个负面影响操作的陀螺进动，尤其在通过一系列颠簸的弯道而改变方向时，此时前车轮/叉部的突然偏移可能产生严重的摇摆以使驾驶者失去控制。
在大多数适于摩托车的设计中，较低部分的叉部、弹簧、减震器、刹车钳和车轮全部以相同的速率运动，当车辆以一定速率通过凸点时，这个非悬挂质量块具有相对较高的动量。所产生的力可引起较大的应力和控制上的困难，这就需要对悬挂特性进行仔细的选择。众所周知，降低簧下重量是有好处的，但条件是不损害在叉部的强度和刚度。
在很多设计中，使用寿命因滑动表面的过早的磨损而受到影响，所述磨损会在刹车制动加载下加剧并且因附着在暴露的配合元件上的污垢而加速。
前述的因素可影响伸缩叉部在直线运动中保持车轮对准的伸缩叉部的性能，因为滑动元件之间的净隙使它们刚度减小，而且摩擦力可以不相等。因此，必须增加叉部、车轴及其夹紧装置的强度及刚度，以防止滑动器的非同步运动，而这将会不可避免地增加簧下重量。
类似地，主动连接叉或牵引连接叉需要一环状元件(loop element)或一桥接元件(bridge element)以提供保持车轮对准的强度。这会增加簧下重量，因为这些元件通常以与车轮相同的速率运动，所以动量也会增加。
带柱叉头(girder fork)也存在这方面的问题，并且还存在另外的问题，即在距离负载施加点相对较远的附加轴承内引起高应力。当叉部本身相对强度较大时，会因附件轴承磨损而容易发生边路偏斜。
发明内容
根据本发明，提供一种用于车辆车轮的悬挂装置，其包括可互换的枢轴长度相等的上部连杆、下部连杆以及一车轴支撑连杆，所述上部、下部连杆于其一端可转动地在上部底盘和下部底盘固定点连接到底盘和车体上，这些固定点被第一间距分离，该车轴支撑连杆一端用于定位车轮轴，而在另一端通过固定点连接上部连杆和下部连杆的相对端，该固定点被第二间距分离，其中第一间距是第二间距的二倍，车轴和连杆固定点支架的中心距与上部连杆和下部连杆的枢轴长度相等，从而使得所述装置的几何特性可限制车轴/车轮在底盘固定点之间的直线运动，而车轴支撑连杆的角位移集中在展示与车轮轴线成90度时的轻微直线运动的轴线或中心点上。
本发明的一具体实施例设有一旋转中心在车轴连杆的固定轴线或交点上的横向的扭力杆，该扭力杆被连接到车轴上以提供附加的横向稳定性。一盘式刹车钳定位在车轴支撑连杆上以限制俯冲，而在绕扭力杆作用的紧凑的弹簧或减震器可减小簧下重量。该扭力杆连接也在车辆相对侧的车轮之间相连，以限制滚动。
对于单轨机车，例如摩托车、自行车，以及协调工作的多个连杆、扭力杆(一个或多个)、悬挂装置和减震器的组合可提供一刚度较大且相对较轻的解决方案，以抵消车轴/车轮的偏移，尤其当车辆高速转弯时，从而可在遇到凸起时提高其稳定性和可控制性。
本发明的进一步的优点包括：用于单轨机车的叉部和支撑元件的硬度和强度比伸缩叉部的硬度和强度更大，并且活动零件的磨损降低了，因为通过在枢轴部使用专用的密封轴承，负载下的滑动摩擦力基本上被消除，该密封轴承可把污垢挡下外面并且其更换也比较经济。
附图说明
下面，将结合附图对本发明进行描述，其中：
图1为表示连杆及其运动轨迹的几何配置的简化图；
图2示出了在车辆受到阻力时具有典型反作用的配置；
图3示出了在中间行程处的车辆后轮悬挂系统的典型的配置；
图4为摩托车的前叉和车轮的侧视图；
图5和6为表示前叉内的(一个或多个)的齿轮扭力杆的侧视图；
图7和8为具有可控制的液压悬挂系统的示意图。
具体实施方式
请参阅图1。连杆1和2实质上连接到使用专用轴承(未示出)定位在车辆车体或底盘上的刚性固定体3和4上，在连杆1和2的相对端，5和6以类似的方式与可组成三角形的连杆7相连接。车轮轴8被定位于连杆7的另外一端并且描述了一基本为直线的运动，该直线运动由连杆1、2和7的连接上的轨迹9表示。从轨迹9上的各个位置穿过轴8并且与点5和6等距离的中心线的延长线相交于点10。点10展示了与车轮轴8的直线运动成90度且由字母“A”表示的相对较短的直线运动，并且当连接位于中间位置时所有的夹角θ都相等。
请参阅图2。该图示出了应用于车辆前轮的本发明的具体实施例。如图所示，连杆7具有刹车钳11一起被示出，其中刹车钳11位于距离轴8中心的一预先确定的半径处。在进行刹车时，因围绕轴的M1而产生的力矩在路面产生阻力F1和经由连接装置的力F2，其中阻力F1使车辆减速，而力F2则设法增大距离C并抬升车辆前端。抵抗阻力的车辆惯性通过它的重心发生作用，而使重力变化ΔW被转移到前轮12上。这一额外的负载与减速率、重心的高度和它在前后车轮之间的位置相关，该负载可产生向上且相反的作用力F3r。所述惯性也会在各个连接体的点3和4上产生0.5F1的水平的相反的作用力并产生水平地经由轴8和连接杆1和2的反作用力F1r，该反作用力F1r使轴8向轨迹9的中间位置移动。反作用力F3r和F1r的合力与力F2相反，并且这些力往往在悬挂系统的中间行程处相互平衡。选择最优的沿轨迹9的车轮行程的几何形式以及相对交点10的刹车钳的正确连接比例和位置可在阻力作用下理想地控制车辆驾驶高度，而不必损害对本实施例中经由元件24和25应用到连杆7上的悬挂特性S3。
请参阅图3。这些图是典型的在中间冲程处的车辆后轮的组装图，其中连杆1和2可转动地在点3和4连接车辆车体和底盘，并且在另外一端5和6处类似地连接到连接杆7上。轴8连接在连杆7的相对端，而盘式刹车钳11固定在林杆7的另外一端。扭力杆14的连杆13屈从地连接邻近轴8的连杆7，以提供额外的横向刚性并允许当车轮沿轨迹9移动时在连杆7和扭力杆14之间的径向位移发生微小变化。扭力杆14定位在图1所示的重合的中心点10上。杠杆15作用于支杆16的一端，而支杆的另一端在17处连接车体。该组件可被复制在例如车辆的相对侧，并且可被安装在次级框架(未示出)上，从而为车辆后轮形成悬挂系统和车轴配置。
请参阅图4。该图示出了适用于摩托车的前轮的配置。支腿18通过轭体19连接到柱体20上，其中柱体20穿过安装在转向头管22内的轴承21，其中转向头管22是摩托车底盘(未示出)的一部分。轭体23可使叉部连接到车体上，而轴是倾斜的以提供适合车辆转向的轨迹X和倾角θ2。前叉腿部18设有连接点3和4，而从动连杆1和2可转动地与前叉腿部18相连接，类似地，该连杆1和2的另一端通过专用轴承和密封件(未示出)与连杆7相连接。主动连杆可穿过腿部18或绕腿部18运动，从而为前轮12的轴8提供横向的支撑，而连杆7则可具有附在其上的刹车钳11。元件24在点25可转动地连接到主动连杆7上，而在它的相对的一端连接到弹簧上，其中弹簧具有双向的减震器，该减震器定位于腿部18之上或之内(未示出)。该配置可被复制在车轮和转向头的任一侧以获得额外的支撑/控制。
请参阅图5。该图是一前叉腿部的截面图。元件24在点25可转动地连接于主动连杆7并同轴地穿过腿部18的内部，因此元件24可转动地连接到元件26，该元件26具有与扭力杆28啮合的齿轮传动的齿条27，其中扭力杆28安装在轭体19内部且通过轴承定位在其任意一端(未示出)。相同的前叉腿部(未示出)可通过轭体19和23定位于车轮12的另外一侧，并且平行于腿部18，其中轴8由类似的连杆装置连接。轭体19和23可通过柱体20和轴承21(未示出)连接到车辆上，以提供一用于车辆转向的装置。当车辆颠簸运行时，车轮12上下运动，车轴8和扭力杆28的轴被约束，从而通过齿轮齿条和扭力杆而保持彼此平行，其他设法偏转车轮的横向负载受到强烈的抵抗。
图6示出了与图5中所示配置相类似的配置的上部，两个齿轮扭力杆28和29与元件26配合以提供额外的约束并保持车轴/车轮对齐。
请参阅图7。该图表示类似于如图4、5和6中所描述的装置的一悬挂系统，但并不限于上述描述。它包括安装在通过轭体19和23固定在前叉腿部18之内的液压支柱16，从而组件可绕安装在轴承21(未示出)之内的柱体20转动，以实现转向目的。支柱16经由一50∶50的分流器/流体复合器31、可调节缓冲器以及反弹减震器32连接到一气体/油聚压器30。在该配置中，支柱16被限制以协调地工作，而不必考虑通过元件31和/或元件32和35在它们上面产生的负载或压力。聚压器30被用来通过压力调节而改变弹簧率，该操作可通过手工方式完成，或者通过负载传感器(未示出)、一个CPU33和泵34自动地完成。通过使用减震器32，也对缓冲器与反弹减震器进行外部调节，使用例如速率/位置传感器35手动地或自动地利用从CPU33传递过来的反馈监测元件26的运动，从而控制相应地调节阻尼和/流速的伺服马达36。
请参阅图8。该图示出了与图7所示装置类似的装置，其中元件31和32被组合在一个单元内。

Claims (12)

1.一种用于车辆车轮的悬挂装置，其包括可互换的枢轴长度相等的上部连杆、下部连杆以及一车轴支撑连杆，该上部连杆和下部连杆于其一端在上部底盘和下部底盘固定点与底盘和车体相连接，该固定点被第一间距分离，而车轴支撑连杆于其一端定位车轴，而于另外一端通过被第二间距分开的固定点连接上部连杆和下部连杆的另外一端，第一间距是第二间距的二倍，在车轴和连杆固定点之间的中心距与上部连杆和下部连杆的枢轴长度相等，从而所述装置的几何特性限制固定点之间的车轴/车轮的直线运动，并且车轴支撑连杆的角位移集中在展示与车轮轴线成90度时的轻微直线运动的轴线或中心点相重合。
2.如权利要求1所述的车辆悬挂装置，其中上部连杆和下部连杆具有水平偏置的轴心，所述上部连杆和下部连杆一端连接到底盘或车体，而另一端连接到车轴支撑连杆的一侧，其中车轴支撑连杆在另外一侧设有在其上突出也在该处终止的柱状轴，具有类似偏置轴心的附加连杆屈从地连接到与车轴中心线同心的车轴支撑连杆的另外一侧，该车轴支撑连杆在上部和下部连杆固定体之间穿过直到一扭力杆或管件，该扭力杆或管件的轴线与权利要求1的中心点相重合。
3.如权利要求1所述的车辆悬挂装置，其中多个连杆经由一槽体从腿部穿过，而上部连杆和下部连杆都连接到槽体的任何一侧的凸起上，而车轴/连杆在多个固定体之间移动，其中槽体的侧边为连杆和安装于其上的车轮提供附加的横向稳定性和导引，所述腿部从而竖直位置倾斜以提供齿条和拉杆，且所述腿部在其各端通过枢轴连接到底盘上，以实现所述车辆的转向。
4.如权利要求1和3所述的车辆悬挂装置，其中腿部在上部连杆的上方延伸并且设有上、下偏置的轭体以连接到单轨机车的底盘，上述连接通过设置在前轮上方和正上方的枢轴连接实现，从而实现转向，并且其中可使用对称的上、下轭体在车轮的任何一侧复制该装置，以提供额外的稳定性。
5.如权利要求1、2、3或4所述的车辆悬挂装置，具有用于停止车辆的装置例如盘式刹车，其中该刹车钳固定在车轴连杆上，并且相对权利要求1或2中所指轴线和几何形状定位，从而在车辆受到阻力时的反作用力可被基本平衡，且簧下重量的冲量被达到最小。
6.如权利要求4所述的车辆悬挂装置，其中一个或多个齿轮扭力杆可转动地连接到下部叉部轭体，齿条啮合的齿轮经由连通渗透作用插入到定位于中空腿部内的往复装置，而所述往复装置的上端被弹簧限制，而其下端通过枢轴连接与车轴连杆连接以提供悬挂。
7.如权利要求6所述的车辆悬挂装置，其包括独立的对速率有意识的弹簧和/或阻尼装置，也就是说阻力随速率而变化，该装置通过至少一个齿轮扭力杆例如离心刹车、控制器或其他公知装置来改变阻力并控制所安装的车轮的颠簸和反弹运动。
8.如前面任何一项权利要求所述的用于车辆车轮的悬挂装置，其包括经由一现有设计的“50∶50的分流器/复合器”对接到公共的气体/油液积聚器的液压缸，不考虑负载和压力影响，该液压缸可以保持车轴的同时进行平行运动。
9.如前面任何一项权利要求所述的车辆悬挂装置，其包括具有速度/位置传感器的独立的减震器，该传感器被连接到一个CPU上，该CPU具有一可控制和改变通过减震器的液流的装置，以保持对准。
10.如权利要求8所述的车辆悬挂装置，其包括独立可调的减震器，该减震器与“50∶50的分流器/复合器”结合为整体。
11.如前面任何一项权利要求所述的车辆悬挂装置，其包括用于独立调节弹簧率、颠簸和反弹阻尼特性的外部装置。
12.其他设计中用于单轨机车的悬挂装置，其后续公开内容合并了权利要求1、2、6、7或10的部分或全部特征以提高其性能。
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