ES2312992T3 - Suspension independiente para vehiculo a motor. - Google Patents
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Abstract
Suspensión independiente de vehículo a motor para la conexión de un portaruedas (1) de una rueda (2) de vehículo a la estructura de vehículo, comprendiendo la suspensión un primer, un segundo y un tercer miembro de conexión (10, 11 y 12) cada uno de los cuales tiene en un extremo un primer punto de articulación (22, 14, 16) al portaruedas (1) y en el extremo opuesto un segundo punto de articulación (23, 15, 17) a la estructura de vehículo, en la que: - el primer miembro de conexión (10) está dispuesto para controlar un grado de libertad de traslación (t) del portaruedas (1) a lo largo del primer eje (y), - el segundo miembro de conexión (11) es un miembro de tipo varilla dispuesto para controlar un grado de libertad de traslación (t1) a lo largo un segundo eje (y1) que pasa sustancialmente a través de sus puntos de articulación (14, 15), y - el tercer miembro de conexión (12) es un miembro de tipo varilla dispuesto para controlar un grado de libertad de traslación (t2) a lo largo de un tercer eje (y2) que pasa sustancialmente a través de sus puntos de articulación (16, 17); y en la que: - el primer miembro de conexión (10) está dispuesto también para controlar los dos grados de libertad restantes del portaruedas (1) en virtud de su rigidez de torsión alrededor del primer eje (y) y alrededor de una dirección (z) sustancialmente perpendicular al primer eje (y); caracterizada: - porque el primer eje (y) se extiende en la dirección transversal del vehículo, y - porque el primer miembro de conexión (10) es un miembro de tipo varilla que comprende un cuerpo central alargado (21) que lleva en sus extremos un primer asiento cilíndrico (22) para al menos un primer cojinete (24) para la articulación al portaruedas (1) y un segundo asiento cilíndrico (23) para al menos un segundo cojinete (25) para la articulación a la estructura de vehículo, en el que la proporción del tamaño longitudinal y el tamaño transversal del primer miembro de conexión de tipo varilla (10) es al menos tres, siendo el tamaño transversal el tamaño del primer o segundo asiento cilíndrico (22, 23).
Description
Suspensión independiente para vehículo a
motor.
La presente invención se refiere a una
suspensión independiente para un vehículo a motor.
En suspensiones independientes para vehículos a
motor se conoce el uso de miembros de conexión de tipo varilla que
se articulan en sus extremos al portaruedas y a la estructura del
vehículo y son capaces de eliminar solo un grado de libertad, es
decir, el grado de libertad de traslación a lo largo del eje de la
varilla. Un ejemplo típico de aplicación de miembros de conexión de
tipo varilla se proporciona mediante las suspensiones multiconexión.
Este tipo de suspensión asegura altos rendimientos
elasto-cinemáticos, pero tiene el inconveniente de
costes de fabricación considerablemente más altos que las
arquitecturas de suspensión más simples.
Una suspensión independiente para vehículo a
motor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 se conoce a
partir del documento JP 9 095113. Esta suspensión conocida incluye
una varilla transversal inferior, una varilla transversal superior y
un brazo longitudinal, cada uno de los cuales se articula en un
primer extremo a la carrocería del vehículo y en un extremo opuesto
al portaruedas.
El documento
EP-A-0135857 describe una suspensión
para un eje rígido de vehículos que incluye un cuerpo del eje que se
extiende transversalmente respecto a la dirección de conducción, en
cuyos dos extremos se soportan las dos ruedas. El cuerpo del eje se
conecta con la carrocería del vehículo mediante dos brazos
longitudinales laterales y se conecta y guía con respecto a la
carrocería del vehículo mediante un dispositivo guía lateral.
El documento
EP-A-0135857 describe una varilla de
momento torsor para usar en sistemas de suspensión para camiones,
autobuses y similares, que incluye una varilla recta y dos
ensamblajes de articulación giratorios finales conectados entre sí
mediante la varilla recta. La varilla puede ser una varilla maciza o
puede ser una varilla tubular. Ambos extremos de la varilla incluyen
un extremo con cabeza que aumenta la distancia radial a la que la
varilla se suelda al ensamblaje de articulación.
Por lo tanto, el objeto de la presente invención
es proporcionar una suspensión independiente para un vehículo a
motor que es estructuralmente sencilla pero que asegura altos
rendimientos elasto-cinemáticos.
Este objeto se consigue plenamente de acuerdo
con la invención en virtud de una suspensión independiente para un
vehículo a motor que tiene las características definidas en la
reivindicación independiente 1. Más características ventajosas de la
suspensión se especifican en las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con una realización preferida de la
invención, un primer miembro de de conexión de tipo varilla se
dispone para controlar tres grados de libertad del portaruedas, es
decir, el grado de libertad de traslación a lo largo de su propio
eje y los dos grados de libertad de rotación alrededor de su propio
eje y alrededor de una dirección perpendicular a su propio eje,
mientras los otros dos miembros de conexión de tipo varilla se
disponen cada uno para controlar únicamente el grado de libertad de
traslación alrededor de su propio eje.
La invención se describirá con mayor detalle en
lo sucesivo en este documento, simplemente a modo de ejemplo no
limitante, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva de una
suspensión independiente para un vehículo a motor de acuerdo con la
invención;
la figura 2 es una vista en planta de las
suspensión de la figura 1;
las figuras 3 a 5 son vistas en perspectiva de
la suspensión de la figura 1, que muestran el comportamiento
elasto-cinemático de la misma;
la figura 6 es una vista en planta en despiece
ordenado de un miembro de conexión de tipo varilla para la
suspensión de la figura 1; y
la figura 7 es una vista en planta en despiece
ordenado de una variante constructiva del miembro de conexión de
tipo varilla de la figura 6.
En la descripción y las reivindicaciones que
vienen a continuación, términos tales como "longitudinal" y
"transversal", "vertical" y "horizontal",
"frontal" y "trasero" están concebidos como referidos a la
condición montada en el vehículo. Además, la expresión "eje del
miembro de conexión de tipo varilla" está concebida como la
dirección que pasa sustancialmente por los puntos de articulación
del elemento.
Haciendo referencia en primer lugar a las
figuras 1 y 2, una suspensión independiente para conectar un
portaruedas 1 de una rueda 2 de un vehículo a motor, en particular
una rueda no directriz, a la estructura del vehículo a motor (no
mostrada) comprende básicamente tres miembros de conexión de tipo
varilla, indicados respectivamente 10, 11 y 12. Cada uno de los
miembros de conexión de tipo varilla 10, 11 y 12 está provisto en
sus extremos con un primer y un segundo punto único de articulación
al portaruedas 1 y a la estructura del vehículo, respectivamente, y
se dispone para controlar el grado de libertad de traslación a lo
largo de su propio eje, es decir, a lo largo de la dirección que
pasa sustancialmente por sus propios puntos de articulación.
Como se describirá en detalle a continuación, en
la realización mostrada en la figura 1 y 2 el primer miembro de
conexión de tipo varilla 10 se dispone para controlar tres grados de
libertad del portaruedas 1 (dos grados de libertad rotacionales
además del grado de libertad de traslación), mientras que el segundo
y tercer miembros de conexión 11 y 12 están dispuestos cada uno para
actuar como una sola varilla de conexión que controla el único grado
de libertad de traslación a lo largo de su propio eje, donde la
expresión "controlar un grado de libertad" se usa en el sentido
de proporcionar una rigidez suficientemente alta para permitir
desplazamientos considerablemente más pequeños en la dirección del
grado de libertad controlado que los permitidos en otras
direcciones.
En la suspensión mostrada en las figuras 1 y 2,
el segundo miembro de conexión de tipo varilla 11 se articula en un
extremo del mismo en un primer punto 14 al portaruedas 1 y en el
extremo opuesto en un segundo punto 15 a la estructura del vehículo
y actúa como varilla longitudinal. El tercer miembro de conexión de
tipo varilla 12 se articula en un extremo de este en un primer punto
16 al portaruedas 1 y en el extremo opuesto en un segundo punto 17 a
la estructura del vehículo y actúa como varilla de control de
combadura. El primer miembro de conexión de tipo varilla 10 se usa,
junto con la varilla longitudinal 11, para contener una parte
inferior del portaruedas, mientras la varilla de control de
combadura 12 se articula a una parte superior del portaruedas 1.
Además, un ensamblaje de amortiguador de resorte 20 sin función
estructural se interpone entre el portaruedas 1 y la estructura del
vehículo.
En la figura 6 se ilustra en detalle el primer
miembro de conexión de tipo varilla 10, que comprende un cuerpo
central rígido alargado 21, que tiene por ejemplo una estructura
tubular cilíndrica, a cuyos extremos interno y externo se unen, por
ejemplo por soldadura, asientos cilíndricos 22 y 23 destinados a
recibir los cojinetes para articulación al portaruedas 1 y a la
estructura del vehículo, respectivamente. De acuerdo con una primera
realización (figura 6), el asiento externo 22 recibe un primer par
de cojinetes 24 para la articulación al portaruedas 1 alrededor de
un primer eje x1, mientras que el asiento interno 23 recibe un
segundo par de cojinetes 25 para la articulación a la estructura del
vehículo alrededor de un segundo eje x2. Preferiblemente, aunque no
exclusivamente, los ejes x1 y x2 se disponen sobre planos
perpendiculares al eje del cuerpo 11, indicado por y, con lo que el
miembro de conexión 10 tiene forma de doble T visto en planta.
Ventajosamente, la proporción entre el tamaño longitudinal del
miembro de conexión (es decir, a lo largo de la dirección del eje y
del cuerpo 21) y su tamaño transversal (es decir, a lo largo de las
direcciones de los ejes x1 y x2) es al menos 3.
De acuerdo con una variante constructiva,
mostrada en la figura 7, cada par de cojinetes 24, 25 del primer
miembro de conexión de tipo varilla 10 se puede reemplazar por un
cojinete alargado. Sin embargo, es claramente posible recibir un
mayor número de cojinetes en los asientos 22, 23 del elemento
10.
Como se ha mencionado anteriormente, el primer
miembro de conexión de tipo varilla 10 es capaz de controlar, además
del grado de libertad t de traslación a lo largo de su propio eje y
(que en este caso corresponde al eje geométrico de su propio cuerpo
21) un primer grado de libertad adicional r1 de rotación alrededor
del eje y (torsión), ya que los momentos torsores aplicados sobre la
rueda alrededor de las direcciones perpendiculares a las de los ejes
x1, x2 (como resultado de las fuerzas de frenado, por ejemplo) se
transmiten por los asientos cilíndricos 22, 23 al cuerpo 21 en forma
de esfuerzos de torsión, a los que el cuerpo 21 se puede oponer en
virtud de su propia rigidez de torsión. El miembro de conexión de
tipo varilla 10 también es capaz de controlar, en virtud de su
propia rigidez de flexión, un segundo grado de libertad adicional r2
de rotación alrededor de una dirección z sustancialmente
perpendicular al eje y.
Los dos grados de libertad r1 y r2 se deben
considerar grados de libertad "elásticos", más que
estrictamente cinemáticos, ya que no se definen por una restricción
geométrica, ya que el grado de libertad de traslación t a lo largo
del eje y está en el contrario, pero se definen por las
características elásticas del miembro de conexión 10.
La varilla longitudinal 11 controla el grado de
libertad de traslación t1 a lo largo de la dirección de su propio
eje y1 que conecta los puntos de la articulación 14 y 15, mientras
que la varilla de control de combadura 12 controla el grado de
libertad t2 de traslación a lo largo de la dirección de su propio
eje y2 que conecta los puntos de articulación 16 y 17.
Una arquitectura de suspensión del tipo descrito
anteriormente es por lo tanto capaz de controlar cinco grados de
libertad a la vez usando únicamente tres miembros de conexión de
tipo varilla en vez de los cinco miembros necesarios en un sistema
multiconexión tradicional.
El uso de un miembro de conexión de tipo varilla
de acuerdo con la invención permite crear también un sistema de
suspensión con una deformación controlada, es decir, un sistema
capaz de soportar específicamente las fuerzas aplicadas en
diferentes puntos y que actúan en diferentes direcciones. Para
entender mejor este aspecto de la invención, el concepto de eje de
cizalla se introducirá haciendo referencia a las figuras 3 a 5. El
eje de cizalla de un sistema deformable genérico se puede definir
como el eje alrededor del cual el sistema tiene una rigidez de
torsión mucho menor que aquélla alrededor de otras direcciones
perpendiculares a él. El eje de cizalla se puede contemplar de este
modo como el lugar geométrico de los puntos de mayor rigidez de
traslación con respecto a las fuerzas aplicadas perpendicularmente a
ese eje.
La construcción geométrica del eje de cizalla s
de la suspensión se muestra en la figura 3 en el caso teórico en el
que el miembro de conexión de tipo varilla sea infinitamente rígido
bajo torsión alrededor de su propio eje y. Como resultado de la
rigidez de traslación de los tres miembros de conexión de tipo
varilla 10, 11 y 12, el eje de cizalla s debe cruzar los ejes y e y1
de los miembros 10 y 11, respectivamente, así como el eje y2 del
elemento 12. Además, como resultado de la rigidez de torsión del
primer miembro de conexión de tipo varilla 10, el eje de cizalla s
debe ser perpendicular al eje y de este último. Los desplazamientos
alrededor del eje de cizalla s se controlan mediante la rigidez del
primer miembro de conexión 10 con respecto a la dirección
correspondiente al grado de libertad r2 definido anteriormente.
En realidad, como el primer miembro de conexión
10 no es infinitamente rígido bajo torsión, el eje de cizalla s no
es perpendicular sino que está inclinado respecto al eje y (figura
4), aunque tiene que cruzar el eje y1 de la varilla longitudinal 11
y el eje y2 de la varilla de control de combadura 12, además del eje
y mencionado anteriormente. La inclinación del eje de cizalla s se
puede definir en la etapa diseño ajustando apropiadamente la rigidez
de torsión del miembro de conexión 10.
Finalmente, la figura 5 muestra esquemáticamente
el sistema de fuerzas que actúan sobre una rueda 2 conectada a la
estructura del vehículo a través de la suspensión ilustrada
anteriormente, que tiene un eje de cizalla s inclinado respecto al
eje y del primer miembro de conexión 10. El brazo de palanca de la
fuerza de impacto Fi, de la fuerza de frenado Fb y de la fuerza
directriz Fc con respecto al eje de cizalla s se indican como b1, b2
y b3, respectivamente. Como se puede entender, las tres fuerzas
actúan a lo largo de una dirección que no pasa por el eje de cizalla
s y, por lo tanto, la suspensión tiene un comportamiento bastante
suave con respecto a estas fuerzas. Sin embargo, variando la
orientación del eje de cizalla es posible obtener una suspensión que
tenga un comportamiento elástico diferente, conforme con las
especificaciones de diseño requeridas.
Naturalmente, permaneciendo inalterado el
principio de la invención, las realizaciones y los detalles de
fabricación pueden variar ampliamente respecto a los descritos e
ilustrados simplemente a modo de ejemplo no limitante.
Claims (6)
1. Suspensión independiente de vehículo a motor
para la conexión de un portaruedas (1) de una rueda (2) de vehículo
a la estructura de vehículo, comprendiendo la suspensión un primer,
un segundo y un tercer miembro de conexión (10, 11 y 12) cada uno de
los cuales tiene en un extremo un primer punto de articulación (22,
14, 16) al portaruedas (1) y en el extremo opuesto un segundo punto
de articulación (23, 15, 17) a la estructura de vehículo, en la
que:
- el primer miembro de conexión (10) está
dispuesto para controlar un grado de libertad de traslación (t) del
portaruedas (1) a lo largo del primer eje (y),
- el segundo miembro de conexión (11) es un
miembro de tipo varilla dispuesto para controlar un grado de
libertad de traslación (t1) a lo largo un segundo eje (y1) que pasa
sustancialmente a través de sus puntos de articulación (14, 15),
y
- el tercer miembro de conexión (12) es un
miembro de tipo varilla dispuesto para controlar un grado de
libertad de traslación (t2) a lo largo de un tercer eje (y2) que
pasa sustancialmente a través de sus puntos de articulación (16,
17);
y en la que:
- el primer miembro de conexión (10) está
dispuesto también para controlar los dos grados de libertad
restantes del portaruedas (1) en virtud de su rigidez de torsión
alrededor del primer eje (y) y alrededor de una dirección (z)
sustancialmente perpendicular al primer eje (y);
caracterizada:
- porque el primer eje (y) se extiende en la
dirección transversal del vehículo, y
- porque el primer miembro de conexión (10) es
un miembro de tipo varilla que comprende un cuerpo central alargado
(21) que lleva en sus extremos un primer asiento cilíndrico (22)
para al menos un primer cojinete (24) para la articulación al
portaruedas (1) y un segundo asiento cilíndrico (23) para al menos
un segundo cojinete (25) para la articulación a la estructura de
vehículo, en el que la proporción del tamaño longitudinal y el
tamaño transversal del primer miembro de conexión de tipo varilla
(10) es al menos tres, siendo el tamaño transversal el tamaño del
primer o segundo asiento cilíndrico (22, 23).
2. Suspensión de acuerdo con la reivindicación
1, en la que cada uno de dichos asientos cilíndricos primero y
segundo (22, 23) del primer miembro de conexión (10) lleva un par de
cojinetes (24, 25) que definen un respectivo eje de articulación
(x1, x2).
3. Suspensión de acuerdo con la reivindicación
1, en la que cada uno de dichos asientos cilíndricos primero y
segundo (22, 23) del primer miembro de conexión (10) lleva solo un
cojinete (24, 25) que define un respectivo eje de articulación (x1,
x2).
4. Suspensión de acuerdo con la reivindicación 2
o reivindicación 3, en la que los ejes de articulación (x1, x2) del
primer miembro de conexión (10) son sustancialmente perpendiculares
al primer eje (y).
5. Suspensión de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, en la que los ejes de articulación (x1, x2)
del primer miembro de conexión (10) son sustancialmente paralelos
entre sí.
6. Suspensión de acuerdo con la reivindicación
1, en la que el cuerpo central (21) del primer miembro de conexión
(10) tiene una estructura tubular cilíndrica.
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