CZ309616B6 - Mechanismus zavěšení kola vozidla - Google Patents

Abstract

Mechanismus zavěšení kola vozidla sestává se ze závěsu (Z) kola uzpůsobeného ke kloubovému uložení vzpěry (V). Vzpěra (V) obsahuje tlumič a je kloubně spojena na svém horním konci s rámem (R) vozidla, přičemž závěs (Z) je s rámem (R) vozidla zároveň kloubně spojen ramenem (A) a prutem (P). Mezi závěsem (Z) kola a rámem (R) vozidla je kloubně včleněna teleskopická těhlice (T). Těhlice (T) má proměnlivou řiditelnou tuhost.

Description

Mechanismus zavěšení kola vozidla

Oblast techniky

Vynálezem je mechanismus zavěšení kola vozidla sestávající se ze závěsu kola uzpůsobeného ke kloubovému uložení vzpěry, která obsahuje tlumič, kde vzpěra je kloubně spojena na svém horním konci s rámem vozidla, přičemž závěs je s rámem zároveň kloubně spojen ramenem a prutem.

Dosavadní stav techniky

Současná vozidla mají několik zásadních společných rysů a vývojových tendencí. Z hlediska konstrukce dominují vozy s přední poháněnou nápravou motorem napříč a přímo připojenou převodovkou s rozvodovkou. Toto uspořádání je prostorově náročné a typem přední nápravy, která prostorovým, technologickým a technickým požadavkům vyhovuje je zavěšení typu McPherson. Díky moderním materiálům a technologiím má i dostatečnou životnost, dobrou geometrii vedení kola a jeho tuhost vůči karosérii v příčném a podélném směru. Toto zavěšení bývá montováno v jednom taktu s motorem a převodovkou do karosérie vozidla. Na zadní nápravě jsou používána různá zavěšení, z hlediska návrhu jsou zajímavá zavěšení typu multilink a vlečená náprava s deformovatelnou příčkou. Obě tato zavěšení jsou konstruována tak, že zvolený prvek svou deformací dodává potřebné stupně volnosti. Vývojovou tendencí je zavádění mechatronických systémů do vozidel. Podíl elektroniky ve vozidlech se neustále zvyšuje a cena elektronických zařízení v některých modelech převyšuje polovinu ceny vozu. V oblasti podvozků jsou dlouhodobě využívány systémy ABS, ESP, ASR a mnoho dalších, v poslední době celá řada modelů zavádí řízené pérování a cílem zlepšení pohodlí pří standardní jízdě a zvýšení bezpečnosti při náhlých manévrech.

Aktivní řízení podvozků vozidel může být založeno na řízení tlumičů, kupříkladu tlumičů skokových či tlumivých, v těchto případech se jedná o semiaktivním vypružení. Nebo využívá řízeného silového prvku typu pružina, tím je kupříkladu hydraulický nebo pneumatický prvek, případně paralelně nebo sériově připojený silový prvek ke klasické pružině. Takovéto provedení se nazývá aktivním pružením.

Pro dané technické řešení je podstatné, že vozidlo dostane signál o potřebě zvýšit bezpečnost jízdy pro systém aktivního vypružení a zavěšení na tento signál zareaguje aktivním přepnutím na bezpečnější systém zavěšení s vhodnou charakteristikou a zvýšením vnitřní tuhosti.

Známá provedení mechanismu zavěšení kola jsou popsána mimo jiné v dokumentech EP 0071056 B1, US 20050029062 A1 a v US 7011301 B2. Mechanismus pružného závěsu kola s jedním otočným ramenem je znám kupříkladu ze spisu US 7185902 B1, ze spisu US 3573880 A je známo provedení obdobného pružného závěsu. Mechanismus zavěšení je však z hlediska kinematiky nastaven stále stejně a neadaptuje se na změněné podmínky. Přiložené řešení tento problém obecně řeší a navrhuje úpravu pro zavěšení kol a náprav vozidel. Idea je ovšem aplikovatelná na různé typy zavěšení kol a náprav včetně nápravy tuhé.

Podstata vynálezu

Vynálezem je mechanismus zavěšení kola vozidla, který sestává ze závěsu kola uzpůsobeným k uložení válcové vzpěry, tvořené dvěma tělesy spojenými posuvnou kinematickou vazbou. Vzpěra je opatřena tlumičem, a její funkcí je zejména zajištění pérování vozidla a tlumení. Vzpěra je kloubně spojena na svém horním konci s rámem vozidla, přičemž závěs je s rámem zároveň kloubně spojen ramenem a prutem. Podstatou vynálezu je, že mezi závěsem kola a rámem je kloubně včleněna teleskopická těhlice.

- 1 CZ 309616 B6

Podstatu vynálezu výrazně vylepšuje varianta, kde těhlice má proměnlivou řiditelnou tuhost. Jedná se vlastně o prut se dvěma sférickými vazbami s posuvem vůči rámu s danou tuhostí, tzv. binární člen. Jde tedy o sférickou kinematickou dvojici, jíž je v karosérii navíc umožněn posuvný pohyb. Ten může být realizován pasivně, například poddajností pryžového lůžka. Tuhost těhlice může být rovněž aktivně řízena ve směru posuvného pohybu, a to hydraulicky, pneumaticky, elektricky, ferrofluid kapalinou a podobně. V případě aktivního systému jde tedy o lůžko s řízenou tuhostí ve směru pohybu, daného kinematikou mechanismu. Nastavení tuhosti těhlice odpovídá režimu jízdy a souvisí s typem povrchu vozovky.

V některých případech může být výhodné, pokud myšlená osa ramene, osa prutu a osa těhlice jsou v jedné rovině. Tato volba uspořádání os je závislá na volbě režimu jízdy, resp. povrchu jízdy.

Výhodné rovněž je provedení, kde úhel mezi osou ramene a osou prutu je menší než úhel mezi osou ramene a osou těhlice. Toto uspořádání os je rovněž závislé na volbě režimu jízdy, resp. povrchu jízdy.

Na obr. 3 je znázorněno kinematické schéma soustavy mechanismu zavěšení. Jedná se o mechanismus zavěšení tvořený tělesy, spojenými kinematickými dvojicemi mezi body a, b, c a d. Podstata řešení se odehrává v úrovni spodního ramene bcd, které je v původní konstrukci spojeno sférickými vazbami c a d, tedy kulovými klouby realizovanými ve formě pryžokovového lůžka. Spojnice těchto bodů c a d je pak osou otáčení spodního ramene zavěšení vůči rámu karoserie.

Spodní rameno bcd se tedy vůči karosérii otáčí kole osy oi. Do tohoto systému je přidán nový prvek, těhlice, tedy prut se dvěma sférickými vazbami - tzv. binární člen, spojující body b a e, přičemž dvojice be je sférická navíc s posuvem vůči rámu s danou tuhostí. Připojení redundantní dvojice be je provedeno různým způsobem, tedy klasickou těhlicí nebo kupříkladu plochým ramenem podobně, jako u zavěšení zadní nápravy typu multilink. Konkrétní postavení lůžek a ramene je takové, aby v případě aktivace bylo dosaženo příznivého rozložení napětí. Přídavné lůžko leží v oblasti vzdálené od nositelky osy původního zavěšení ramene tak, aby při jeho aktivaci došlo v rámci poddajností původních lůžek ke změně polohy osy rotace ramene vzhledem ke karoserii v požadovaném směru. V případě aktivace bezpečnostních systémů vozidla jako jsou kupříkladu ABS, ESP, aktivní pérování s vyšší tuhostí, třetí lůžko zvýší svou tuhost, rameno se začne otáčet kolem nové virtuální osy tak, aby se zvýšila stabilita kola, kupříkladu zvětšením protipředkláněcího efektu. Současně se zvýší vnitřní předpětí mechanismu, zvýší se tedy jeho vnitřní tuhost a vymezí se vůle.

Dochází tedy k synergii aktivního pérování vozidla a jeho bezpečnostních systémů s odpovídající charakteristikou zavěšení. Při aktivaci systému dochází krátkodobě ke zvýšení přenosu vibrací do vozidla, podvozek má ale lepší nastavení pro zvládnutí případné kritické jízdní situace a je nastaven příznivější průběh vnitřních napětí. Případná porucha nemá vliv na bezpečnost, vozidlo má stále klasické pasivní zavěšení bez mechanického omezení funkce. Krátkodobě dochází ke zvýšení zatížení ostatních lůžek uložení nápravy ve vozidle.

Jak bylo zmíněno, v klasické konstrukci bez těhlice be se spodní rameno otáčí kolem osy oi. Kdyby bod d nebyl spojen s rámem, a tedy byl by mu umožněn pohyb vůči karosérii, například nízkou tuhostí uložení nebo volným posuvem, spodní rameno zavěšení by se otáčelo kolem osy 02.

Protože tuhosti jsou buď vhodně nastaveny a/nebo aktivně řízeny, rameno se otáčí kolem osy mezi limitními polohami 01 a 02, například podle osy 03. Tím je dosaženo požadované předpětí v systému bcde a navíc bod b se pohybuje po různých trajektoriích, tedy kinematika závěsu ab je adaptivní, mění se záklon a odklon rejdové osy pro dosažení lepších jízdních vlastností, přičemž prvek ab není zatěžován vnitřním předpětím. U vzpěry McPherson by to ani nebylo žádoucí.

Nový mechanismus s kinematickými dvojicemi abcde tedy vytváří kinematicky adaptivní soustavu

- 2 CZ 309616 B6 s řízeným vnitřním předpětím. Podstatou návrhu je vytvoření mechanismu zavěšení kola automobilu tak, aby jeho vlastnosti byly optimalizovány z hlediska průběhu vnitřních napětí a životnosti. Toho lze dosáhnout přidáním těhlice do mechanismu s tím, že kinematika mechanismu bude v rámci poddajností v uloženích a kinematických dvojicích vytvářet patřičné předpětí. Systém lze pojmout jako aktivní a řídit tuhost přídavné těhlice, posuvné dvojice s řízenou tuhostí nebo řídit tuhosti lůžek uložení. Pak se optimálně nastaví charakteristiky zavěšení jako podélný pohyb středu kola při propérování, záklon a podobně pro daný jízdní stav. Toho je dosaženo úpravou mechanismu tak, že je navržen jako přeurčený s tím, že jednotlivé vazby jsou aktivně řízeny k dosažení požadované kinematiky. Současně lze aktivně řídit vnitřní síly v mechanismu tak, aby docházelo, ke změně napětí střídavého na napětí míjivé nebo napětí pulsující. Tím dojde ke změně zátěžných podmínek pro stanovení únavové životnosti a možnosti hmotností a tvarové optimalizace prvků mechanismu.

Mechanismus zavěšení kola, realizovaný podle návrhu, přináší větší pohodlí při jízdě vozidla z hlediska přenášených vibrací při ustálené jízdě, a větší bezpečnost při nouzových stavech jako je intenzivní brzdění, manévry vyhýbání se překážek precizním vedením kola a eliminací vůlí. Dochází tedy k synergii aktivního pérování vozidla a jeho bezpečnostních systémů s odpovídající charakteristikou zavěšení. Při aktivaci systému dochází krátkodobě ke zvýšení přenosu vibrací do vozidla, podvozek má ale lepší nastavení pro zvládnutí případné kritické jízdní situace a je nastaven příznivější průběh vnitřních napětí.

Konstrukce pak může respektovat příznivý průběh namáhání pro optimalizaci konstrukce z hlediska životnosti a v důsledku vést k snížení hmotnosti celé konstrukce mechanismu zavěšení kola.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněn izometrický pohled na mechanismus zavěšení kol vozidla, na obr. 2 izometrický pohled na mechanismus zavěšení kol vozidla s vyznačením myšlených os otáčení ramena a myšlených bodů a, b, c, d a e, na obr. 3 je znázorněno kinematické schéma tohoto mechanismu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Mechanismus zavěšení kola vozidla sestává ze závěsu Z kola, který je uzpůsobený k uložení válcové vzpěry V. Válcová vzpěra V obsahuje tlumič a je uzpůsobena k uložení řídicí tyče, uplatnění řídicí tyče provedení však není předmětem vynálezu. Vzpěra V je na svém horním konci kloubně spojena s rámem R vozidla. Závěs Z kola je opatřen výstupkem Z' uzpůsobeným ke kloubovému spojení s ramenem A a prutem P vůči rámu R karoserie vozidla. Mezi závěsem Z kola a rámem R je kloubně včleněna teleskopická těhlice T. Těhlice T má proměnlivou řiditelnou tuhost, díky magneto-reologickému tlumiči uvnitř těhlice T. Osa ramene A, osa prutu P a osa těhlice T jsou v příkladném provedení vynálezu uspořádány v jedné rovině. Úhel mezi osou ramene A a osou prutu P je menší než úhel mezi osou ramene A a osou těhlice T.

Průmyslová využitelnost

Vynález lze využít zejména v konstrukci v automobilovém průmyslu.

Claims (4)

1. Mechanismus zavěšení kola sestávající se ze závěsu (Z) kola uzpůsobeného ke kloubovému uložení vzpěry (V), která obsahuje tlumič, kde vzpěra (V) je kloubně spojena na svém horním konci

5 s rámem (R) vozidla, přičemž závěs (Z) je s rámem (R) zároveň kloubně spojen ramenem (A) a prutem (P), vyznačující se tím, že mezi závěsem (Z) kola a rámem (R) je včleněna kloubně teleskopická těhlice (T).

2. Mechanismus zavěšení kola podle nároku 1, vyznačující se tím, že těhlice (T) má proměnlivou řiditelnou tuhost.

10

3. Mechanismus zavěšení kola podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že osa ramene (A), osa prutu (P) a osa těhlice (T) jsou v jedné rovině.

4. Mechanismus zavěšení kola podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že úhel mezi osou ramene (A) a osou prutu (P) je menší než úhel mezi osou ramene (A) a osou těhlice (T).