CZ2005647A3

CZ2005647A3 - Kliková náprava s torzním prícným nosníkem

Info

Publication number: CZ2005647A3
Application number: CZ20050647A
Authority: CZ
Inventors: Zuber@Armin
Original assignee: Benteler Automobiltechnik Gmbh
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2006-12-13
Also published as: CZ300582B6; CZ300581B6; CZ2005643A3; DE102004053365A1; FR2877269A1

Abstract

Vynález se týká klikové nápravy (1) s torzním prícným nosníkem (2), který má zlábkovitý prurez a u které je tuhost v ohybu a krutu prícného nosníku (2) aktivne nastavitelná v závislosti na dané jízdní situaci. Nastavení se uskutecnuje pouzitím aktivních prvku (7, 7a, 22 - 25, 29, 33, 38), které jsou vclenitelné do otevrené kanálové oblasti prícného nosníku (2) nebo na ní pripojitelné. Aktivovatelné prvky (7, 7a, 22 - 25, 29, 33, 38) jsou zejménaelektro-reologická média nebo elastomery.

Description

KLIKOVÁ NÁPRAVA S TORZNÍM PŘÍČNÝM NOSNÍKEM

Oblast techniky

Vynález se týká klikové nápravy s torzním příčným nosníkem, který má žlábkovitý průřez.

Dosavadní stav techniky

Kliková náprava s torzním příčným nosníkem nebo také Twistbeam-Achse (kliková náprava s vlečenými rameny) obsahuje příčný nosník, který se rozkládá mezi podélnými nosníky vedoucími kola. Profil příčného nosníku je vystaven v zabudovaném stavu zatížení v ohybu a krutu. Díky obměně a změně polohy průřezu profilu oproti směru zatížení a přídavným spojením příčných trubek rozdílných tloušťek stěn a vnějších rozměrů může být nastavena tuhost v ohybu a krutu klikové nápravy s torzním příčným nosníkem.

Z EP 0 974 477 Al je známé, přizpůsobit tuhost v krutu stabilizátoru aktivně na rozdílné jízdní situace. K tomu se navrhuje fluidní spojení elektro-reologickým médiem.

Prostřednictvím JP 2000-31 32 18 A patří ke stavu techniky kliková náprava s příčnou torzní tyčí, u které je uvnitř trubkovitého příčného nosníku uspořádán tlumící prvek, aby se ovlivnila tuhost v krutu stabilizátoru,

88867 (88867a)

probíhajícího uvnitř příčného nosníku. Sice se u této formy provedení efektivně využívá konstrukční prostor, který je k dispozici, avšak není možné aktivní nastavení tlumícího zařízení v přizpůsobení na danou jízdní situaci.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je, připravit klikovou nápravu s torzním příčným nosníkem, který má žlábkovitý průřez, která je při neměnném průřezu příčného nosníku přizpůsobitelná co se týká tuhosti v krutu a ohybu na rozdílná vozidla a zatížení podvozků a zejména na rozdílné jízdní situace.

Tento úkol se řeší u klikové nápravy s torzním příčným nosníkem znaky patentového nároku 1.

Podstatné je, že tuhost v ohybu a krutu příčného nosníku je v závislosti na dané jízdní situaci aktivně nastavitelná. Aktivní nastavitelnost ve smyslu vynálezu znamená, že jsou uspořádány nastavovací prostředky, které cíleně působí na tuhost v ohybu a krutu příčného nosníku, aniž by se měnila sama geometrie příčného nosníku. Tímto způsobem se připravuje kliková náprava s torzním příčným nosníkem, která zohledňuje jak předem dané požadavky na jízdní komfort, tak také aspekty z hlediska bezpečnosti a techniky jízdy.

Důležité je, že prostředky pro aktivní nastavení tuhosti v ohybu a krutu vyžadují málo konstrukčního prostoru a zároveň jsou co nejlehčí, aby se nepůsobilo negativně na celkovou hmotnost vozidla. Zásadní je, vyjit z toho, že díky odpadnutí příčné trubky, probíhající rovnoběžně s příčným

38867 (88867a) nosníkem, a díky současně zlepšenému využití potenciálu materiálu ve střední oblasti příčného nosníku, může být dosaženo snížení hmotnosti. Prostřednictvím aktivní nastavitelnosti tuhosti v ohybu a krutu je možné adaptivní posunutí středu smyku ve směru ke středové podélné ose příčného nosníku. Tím se zvyšuje tuhost v krutu bez zvětšení tloušťky stěn nebo změny geometrie příčného nosníku.

U formy provedení patentového nároku 1 je alespoň v části včleněn do otevřené kanálové oblasti příčného nosníku aktivovatelný prvek. U tohoto uspořádání se nevyžaduje vně žlábkovitého, zejména ve tvaru U nebo V, průřezu příčného nosníku žádný přídavný konstrukční prostor v oblasti klikové nápravy. Aktivovatelný prvek může být včleněn přes celou délku nebo alespoň přes větší délkové oblasti, jako například přes alespoň 75 % celkové délky příčného nosníku, ve žlábkovitém průřezu. V závislosti na zadaném cíli klikové nápravy může být dostačující také úsekovité, to znamená alespoň částečné včlenění aktivovatelných prvků.

Aktivovatelný prvek je v první alternativě tvořen prostřednictvím elektro-reologického média, které se nachází v komoře přizpůsobené na vnitřní průřez příčného nosníku, nebo prostřednictvím elektro-reologického pevného tělesa.

Elektro-reologická média jsou koloidní suspenze, jejichž viskozita se nechá zvyšovat přiložením vysokofrekvenčního elektrického střídavého napětí od tekutého až ke gelovitému pevnému stavu, přičemž se rozsah zvýšení viskozity, to znamená zpevnění, nechá řídit přímo velikostí přivedení elektrické energie. Změny stavu jsou zcela reverzibilní a mohou nastávat libovolně často.

88867 (88867a) • ·

Předností je, že elektro-reologická média mají velmi krátké doby reakce, takže jsou realizovatelné nárazovité přechody z tekutého k pevnému stavu a naopak.

Přednostní provedení vynálezecké myšlenky jsou předmětem závislých patentových nároků.

Aktivovatelný prvek může být v přednostním rozvinutí uspořádán v komoře, která má stěny z elastomeru, přičemž čelní stěny a krycí stěna mohou být vyztuženy prostřednictvím tuhých destiček. Takováto komora je dostatečně flexibilní, aby odolala nepřetržitým dynamickým zatížením příčného nosníku. Nepodadajné destičky přitom slouží k ochraně před vnějšími vlivy a zejména k ochraně před poškozeními v důsledku mechanických působení v oblasti příčného nosníku. U tuhých destiček se jedná přednostně o kovové destičky, které mohou být na stěny navulkanizovány. Použití plastických hmot dostatečné tuhosti a spojení technikou lepení je rovněž myslitelné. Uvnitř komory může být uspořádána alespoň jedna příčná přepážka, která rozděluje aktivovatelný prvek do jednotlivých segmentů. Příčná přepážka může mít alespoň jedno proražení.

Nastavení aktivovatelného prvku se provádí prostřednictvím řídící jednotky. Řídící jednotka přijímá signály z čidel motorového vozidla, které se výpočetní jednotkou řídícího přístroje převádí na řídící signály. Prostřednictvím těchto řídících signálů se regulují aktivovatelné prvky. Při tom se jedná o elektrické impulzy, které se např. vedou dále na stěny komory nebo na kontakty, které jsou elektricky vodivě ve spojení s elektroreologickým médiem, resp. s aktivovatelným prvkem.

38867 (88867a) • ·

Jako aktivovatelný prvek ve smyslu vynálezu se může použít jako druhá alternativa také elektro-reologické (ER) pevné těleso. Pod tím je možno rozumět elastomery, ve kterých jsou např. uloženy polarizované částice. Tuhost takovéhoto ER pevného tělesa se může měnit přiložením napětí nebo elektrického pole. Předností ER pevných těles je, že neexistuje riziko průsaku elektro-reologickch médií. Konstrukční náklady jsou při použití ER pevných těles podstatně nižší.

Je možné, aby takovýto aktivní prvek byl upořádán v diskrétních podélných úsecích příčného nosníku nebo aby se rozkládal přes celou délku příčného nosníku. Aktivní prvek v této konstrukční formě je přednostně přizpůsoben na průřez profilu příčného nosníku a vyplňuje průřez profilu přednostně úplně přes celou plochu průřezu. Tím je dosaženo maximálního kontaktu mezi aktivovatelným prvkem a vnitřními stranami příčného nosníku, takže se zde vytváří oblast nastavitelné tuhosti v krutu a ohybu. Prostřednictvím více takovýchto diskrétních oblastí se může nastavovat chování v krutu příčného nosníku a tím vyladění podvozku diferencovaněji a ve větším rozsahu činnosti.

Úkol, který je základem vynálezu, se řeší u klikové nápravy také znaky patentového nároku 6. Podle něj je navrženo, že vzájemně ve vzdálenosti probíhající oblasti podélných hran příčného nosníku jsou vzájemně spojeny alespoň v úsecích prostřednictvím spojovacích příložek, přičemž je připojení provedeno za včlenění aktivovatelného prvku. Aktivovatelný prvek je v tomto případě přednostně ER pevné těleso. Takovéto ER pevné těleso může být včleněno u první formy provedení mezi konce spojovací příložky ve tvaru U a oblastmi podélných hran příčného nosníku, přičemž

88867 (88867a)

příložka ve tvaru U přesahuje oblasti podélných hran. Přes podélný rozsah příčného nosníku může být rozděleně uspořádáno více takovýchto spojovacích příložek ve tvaru U . Spojovací příložka tvoří místně otevřený tenkostěnný dutý průřez v uzavřeném tenkostěnném dutém průřezu. Protože uzavřené tenkostěnné duté průřezy mají vyšší tuhost v krutu než otevřené tenkostěnné duté průřezy, působí se regulací aktivovatelného prvku cíleně na to, s jakou tuhostí jsou vzájemně spojeny oblasti podélných hran příčného nosníku. K tomu jsou myslitelné různé konstrukční formy provedení, které jsou v rámci vynálezu vztaženy na dvě účelné základní formy. V první základní formě je aktivovatelný prvek bezprostředně v kontaktu s oblastí podélných hran. Přitom se napojuje na aktivovatelný prvek spojovací příložka, která se rozkládá k naproti ležící oblasti podélných hran. Také na naproti ležící oblasti podélných hran může být mezi spojovací příložkou a oblastí podélných hran uspořádán další aktivovatelný prvek.

Druhá základní forma spočívá v tom, spojit spojovací příložky bezprostředně s oblastmi podélných hran a aktivovatelný prvek včlenit mezi vzájemně přivrácené konce spojovacích příložek. Protože se vzájemně přivrácené konce spojovacích příložek při zkroucení příčného nosníku relativně vzájemně pohybují, může aktivovatelný prvek např. ve formě čepu, prostupujícího spojovací příložky, z ER pevného tělesa relativní pohyb připouštět nebo cíleně brzdit. Další možností je, včlenit aktivovatelný prvek paralelně ke koncům příložek sendvičovitě mezi ně, aby se tímto způsobem ovlivnily protiběžné posuvné pohyby konců příložek.

88867 (88867a) • · · · · ·

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na schematických výkresech, na kterých představuje obr. 1 v půdorysu schematické znázornění klikové nápravy s torzním příčným nosníkem;

obr. 2 axonometrické znázornění příčného nosníku klikové nápravy;

obr. 3 axonometrické znázornění úseku příčného nosníku klikové nápravy s torzním příčným nosníkem s aktivovatelným prvkem;

obr. 4 průřez rovinou IV na obrázku 3, včetně blokového schématu regulace aktivovatelného prvku;

obr. 5 další formu provedení aktivovatelného prvku ve znázornění jako na obrázku 3;

obr. 6 průřez rovinou VI na obrázku 5, včetně blokového schématu ke zvýraznění regulace aktivovatelného prvku;

obr. 7 v axonometrickém znázornění příčný nosník s více aktivovatelnými prvky, vzájemně uspořádanými ve vzdálenosti;

obr. 8 v axonometrickém znázornění příčný nosník s jediným aktivovatelným prvkem;

88867 (88867a)

obr.	9	v axonometrickém znázornění úsek	příčného spoj ovací
nosníku s příložka ve	aktivovatelným prvkem a tvaru U;
obr.	10	další formu provedení aktivovatelného příčném nosníku a	prvku na
obr.	11	další formu provedení aktivovatelného příčném nosníku.	prvku na

Příklady provedení vynálezu

Obrázek 1 ukazuje klikovou nápravu 1 s torzním příčným nosníkem 2. Tento příčný nosník je na obrázku 2 znázorněn zvětšený. V tomto příkladu provedení má příčný nosník 2 průřez tvaru V, přičemž podélné hrany 3, 4 ramen 5, 6 příčného nosníku 2 jsou odehnuté a zmenšují úsťovou oblast příčného nosníku 2 tvaru V.

Na příčný nosník 2 působí během jízdy motorového vozidla v důsledku odlišného chování při propružení kol kroutící momenty M, které vedou ke zkroucení příčného nosníku. Například jsou na bodech A a A' na podélných hranách 3 a 4 naznačeny vektory u, u', v a v', které znázorňují, v jakém směru se při zkroucení přesouvá bod A příp. A'. Protože se jedná o otevřený tenkostěnný dutý profil, vedlo by cílené adaptivní brzdění nebo bránění relativním pohybům podélných hran k přizpůsobenému zvýšení tuhosti v krutu a ohybu.

Obrázek 3 ukazuje první příklad provedení vynálezu s aktivovatelným prvkem 7, který je včleněn do otevřené

88867(88867a) » «4 »44 »

4 4 4 · · 4 * 4 · 4 · · 4 • 4 4 4 4 4 4

4 4 4 4 4 • 4« 44 ·« 44« kanálové oblasti příčného nosníku 2. Kanálová oblast je ohraničena rameny 5, podélnými hranami 3, 4.

Aktivovatelný prvek 7 obsahuje elektro-reologické médium (ER-médium), které je uloženo v komoře 9 (obrázek 4). Uzavřená komora 9 je přizpůsobena na vnitřní průřez příčného nosníku 2 a obsahuje stěny z elastomeru. Čelní stěny 10, .11 a krycí stěna 12 jsou tvořeny prostřednictvím kovových desek, které jsou na elastomer navulkanizovány. Z obrázku 4 je seznatelné, že komory 9 jsou prostřednictvím příčné přepážky 13 rozděleny do dílčích komor 9a, 9b. Na kovové destičky čelních stěn .10, 11 je vždy napojeno jedno řídící vedení 14, které je spojeno s řídící jednotkou 15. Řídící jednotka 15 vysílá při vřazení výkonového zesilovače .16 elektrické signály na aktivovatelný prvek 7, aby se cíleně změnila viskozita elektro-reologického média 8 uvnitř komory 9 a tím se řídily kroutící vlastnosti příčného nosníku 2. K tomu se přivádějí řídící jednotce 15 signály z čidel, které odrážejí aktuální jízdní situaci. Signály z čidel se filtrují ve filtru 17, předřazenému řídící jednotce, následně se zesilují ve výkonovém zesilovači 18 a vyhodnocují se ve výpočetní jednotce 19 s napojeným zásobníkem 20 a převádí se do odpovídajících řídících signálů k nastavení aktivovatelného prvku 7.

Forma provedení podle obrázků 5 a 6 se odlišuje od té podle obrázků 3 a 4 tím, že je uspořádán přípoj 21 pro přívod nebo odvod tekutiny. Přípoj 21 obsahuje blíže neznázorněný řídící ventil, který je řízen řídící jednotkou 15, popsanou již v souvislosti s obrázkem 4. Řídící vedení 14' slouží k nastavení řídícího ventilu. Prostřednictvím přípoje 21 se může měnit zaplněný prostor aktivovatelného prvku 7a. Pokud je vyžadována vyšší tuhost v krutu příčného nosníku, měla by komora 9 mít velmi malou poddajnost.

88867 (88867a) • · «··· ·· · · · • · · 9 • 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9

999 9 999 99 99 999

Minimální tuhost se dosahuje jednak prostřednictvím navržené příčné přepážky 13 uvnitř aktivovatelného členu 7a, stejně jako prostřednictvím čelních stěn 10, 11, a jednak ale také prostřednictvím odpovídajícího stupně zaplnění, resp. tlaku uvnitř komory 9. Čím vyšší je tlak, resp. stupeň zaplnění, tím nepoddajnější je komora 9. Při použití elektroreologického média může být řízeno chování přitékání a odtékání přípojem 21 přiložením elektrického napětí. Když není přiloženo napětí, může elektro-reologické médium 8 v podstatě volně vytékat prostřednictvím přípoje 21, takže tuhost v krutu příčného nosníku se prostřednictvím elektroreologického média 8 neovlivňuje. Pokud působí na příčném nosníku 2 vyšší kroutící momenty, může se na přípoj 21 přiložit elektrické napětí, aby se zvýšila viskozita média 8 a aby se zabránilo rychlému vytékání. V zásadě je myslitelné, že je uspořádána vyrovnávací komora k přijetí přitékajícího a vytékajícího elektro-reologického média ve vnitřním prostoru příčného nosníku, přičemž je elektrickým napětím způsobítelný průraz mezi médium přijímajícími komorami, aby se tímto způsobem ovlivnilo chování proudění elektro-reologického média uvnitř průrazů. Co se týká funkce řídící jednotky, odkazuje se na popis k obrázku 4.

Ve formě provedení podle obrázku 7 je uspořádáno více aktivovatelných prvků 22, 23, 24 v otevřené kanálové oblasti příčného nosníku 2. Aktivovatelné prvky 22, 23, 24 jsou u této formy provedení elastomerová pevná tělesa, jejichž tuhost je měnitelná přiložením elektrického napětí. Podstatné je, že může být uspořádáno více takovýchto aktivovatelných prvku 22, 23, 24 v odlišných vzdálenostech a také v odlišných velikostecn uvnitř příčného nosníku 2 navzájem ve vzdálenosti. Zásadně může být opatřen také celý příčný nosník 2 nebo alespoň velká část příčného nosníku 2

38867 (88867a) • · · · · · jedním jediným průchozím aktivovatelným prvkem 25, jak je to znázorněno na obrázku 8.

Forma provedení podle obrázku 9 se odlišuje od předcházejících tím, že aktivovatelný prvek není včleněn v otevřené kanálové oblasti příčného nosníku, nýbrž vně kanálové oblasti. K tomu je uspořádána spojovací příložka formě provedení podle upevněna vícenásobně.

26, která může být analogicky k obrázku 7 na příčném nosníku 2 Spojovací příložka 26 přesahuje z vnější strany podélné hrany 3, 4 příčného nosníku 2, takže se tyto navzájem spojují na způsob svorek. Mezi zalomenými konci 27., 28 spojovací příložky 26 a obklopenou oblastí podélných hran 3, 4 je včleněn aktivovatelný prvek 29. V této souvislosti se používá elastomer aktivně měnitelné tuhosti. Prostřednictvím přiložení napětí se mohou v elastomeru se vyskytující částice polarizovat, čímž se mění chování elastomeru co do tuhosti a tím chování v krutu příčného nosníku 2.

Odchylky této konstrukční formy jsou znázorněny na obrázcích 10 a 11. Obrázek 10 ukazuje uspořádání, u kterého se požívá dvoudílná spojovací příložka 30. Spojovací příložka 30 obsahuje vidlicovitý díl 31, který je přiřazen jedné podélné hraně £ příčného nosníku 2. Příložkovivý díl 32 zasahuje svým jedním koncem do konce vidlicovitého dílu 31, vytvořeného ve tvaru tlamy, a obklopuje svým druhým koncem podélnou hranu 3 příčného nosníku 2. Rozdíl oproti předcházejícímu provedení podle obrázku 9 spočívá v tom, že spojovací příložka 30 je v bezprostředním kontaktu s příčným nosníkem 2, přičemž vidlicovitý díl 31 a příložkovitý díl 32 jsou navzájem spojeny přes aktivovatelný prvek 33. aktivovatelný prvek 33 je v tomto příkladu provedení vidlicovitý díl 31 a příložkovitý díl 32 příčně prostupující

88867 (88867a) • · φφφφ čepovitý prvek 33 z aktivovatelného elastomeru. V závislosti na nastavené tuhosti aktivovatelného prvku 33 je možný rozdílný relativní pohyb vidlicovitého dílu 31 oproti příložkovitému dílu 32 a tím na tom závislá tuhost v krutu příčného nosníku 2.

Uspořádání podle obrázku 11 ukazuje variantu, u které se používá dvoudílné spojovací příložky 34 . Poloviny 35, 36 spojovací příložky 34 obklopují opět podélné hrany 3, 4 příčného nosníku, přičemž jejich navzájem se překrývající konce jsou přes příčné čepy 37 vzájemně spojeny. Přivrácen kanálové oblasti příčného nosníku 2 je pod příčnými čepy 37 upevněn aktivovatelný prvek 38 ve formě elastomeru. Příčné čepy 37 zasahují do aktivovatelného prvku 3j8. Při aktivaci aktivovatelného prvku 38 se příčné čepy 37 včetně poloviny 35 příložky, ležící v rovině znázornění, táhnou proti spodní polovině 36 příložky, takže prostřednictvím sevření se brání relativnímu pohybu polovin 35, 36 příložky. Stejně jako v příkladu provedení podle obrázku 10, slouží aktivovatelný prvek 38 jako mechanické spojení.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kliková náprava s torzním příčným nosníkem (2), který má žlábkovitý průřez, vyznačující se tím, že tuhost v ohybu a krutu příčného nosníku (2) je v závislosti na dané jízdní situaci aktivně nastavitelná, přičemž v otevřené kanálové oblasti příčného nosníku (2) je alespoň v části včleněn aktivovatelný prvek (7, 7a, 22 - 25) , přičemž aktivovatelný prvek (7, 7a) je tvořen buďto prostřednictvím elektro-reologického média (8), které se nachází komoře (9), přizpůsobené na vnitřní průřez příčného nosníku (2), nebo prostřednictvím elektro-reologického pevného tělesa.
2. Kliková náprava podle nároku 1, vyznačující se tím, že komora (9) je prostřednictvím alespoň jedné příčné přepážky (13) rozdělena.
3. Kliková náprava podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že aktivovatelný prvek (7, 7a) ve formě elektro-reologického média je uspořádán v komoře (9), která má stěny z elastomeru.
4. Kliková náprava podle nároku 3, vyznačující se tím, že čelní stěny a krycí stěna komory (9) jsou vyztuženy tuhými destičkami.

Kliková náprava podle nároku 4, vyznačující se tím, že tuhé destičky jsou kovové destičky (10, 11,

12), které jsou navulkanizovány na čelní stěny a krycí stěnu (9).

16 88867 (88867a) • · · · · ·
6. Kliková náprava s torzním příčným nosníkem (2), který má žlábkovitý průřez, vyznačující se tím, že tuhost v ohybu a krutu příčného nosníku (2) je v závislosti na dané jízdní situaci aktivně nastavitelná, přičemž vzájemně ve vzdálenosti probíhající oblasti podélných hran příčného nosníku (2) jsou vzájemně spojeny alespoň v úsecích prostřednictvím spojovacích příložek (26, 30, 34), přičemž je provedeno připojení a včlenění aktivovatelného prvku (29, 33, 38).
7. Kliková náprava podle nároku 6, vyznačující se tím, že obě oblasti podélných hran jsou obklopeny prostřednictvím alespoň jedné spojovací příložky (26) a mezi oblastmi podélných hran, stejně jako konci spojovací příložky (26) jsou včleněny aktivovatelné prvky (29) .
8. Kliková náprava podle nároku 6, vyznačující se tím, že spojovací příložka (30, 34) je vytvořena dvoudílná, přičemž vždy jeden díl (31, 32; 35, 36) spojovací příložky (30, 34) je spojen s oblastmi podélných hran příčného nosníku a přivrácené konce dílů (31, 32; 35, 36) jsou vzájemně spojitelné za včlenění aktivovatelného prvku (33, 38) .
9. Kliková náprava podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že aktivovatelný prvek (7, 7a, 22 - 25, 29, 33, 38) je ovlivňován řídící jednotkou (15), která je senzibilizovatelná prostřednictvím dané jízdní situace.