PL226678B1 - Zawieszenie o regulowanej sztywności kątowej szczególnie do pojazdów terenowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zawieszenie kół z regulacją sztywności kątowej, przeznaczone szczególnie do pojazdów terenowych poruszających się zarówno po drogach utwardzonych, jak i w wyjątkowo trudnym terenie.

[STAN TECHNIKI]

Zawieszenia kół pojazdów, przeznaczonych do poruszania się zarówno po drogach utwardzonych, jak i w bard/o trudnym terenie, muszą spełniać wiele, często wykluczających się wymagań. W przypadku pojazdów szosowych wymaga się zapewnienia odpowiedniego komfortu podróżowania, mierzonego przyspieszeniami drgań, działających na pasażerów. Drugim ważnym wymaganiem, związanym z bezpieczeństwem, jest zapewnienie dobrego kontaktu kół z nawierzchnią, umożliwiającego przenoszenie sił stycznych pomiędzy kołami i nawierzchnią. Miarą bezpieczeństwa są w tym przypadku zmiany obciążeń pionowych kół, wynikające z jazdy po nierównościach, które powinny być możliwie małe.

W przypadku pojazdów terenowych dochodzą dodatkowe wymagania wynikające z poruszania się po drodze o dużych nierównościach oraz dużych podłużnych i poprzecznych nachyleniach drogi. Pokonywanie dużych nierówności wymaga stosowania dużych skoków zawieszenia, szczególnie w sytuacjach wymuszających duży wykrzyż osi, czyli naprzemienne ugięcie kola przedniego lewego i tylnego prawego przy jednoczesnym odciążeniu kola przedniego prawego i tylnego lewego. Możliwość uzyskania dużego skoku zawieszenia wiąże się z koniecznością stosowania stosunkowo małej jego sztywności pionowej. Konsekwencją małej sztywności pionowej może być zbyt mała sztywność kątowa, szczególnie, jeśli z warunków zabudowy wynika konieczność zastosowania małego rozstawu elementów sprężystych. Zbyt mała sztywność kątowa zawieszenia objawia się dużymi przechyłami poprzecznymi pojazdu na zakręcie. W przypadku pojazdów terenowych duże przechyły mogą wystąpić przy trawersowaniu zbocza o dużym nachyleniu poprzecznym, co grozi wywróceniem pojazdu na bok.

Znanym sposobem korygowania niedostatecznej sztywności kątowej zawieszenia jest zastosowanie stabilizatora w postaci drążka skrętnego zakończonego dwoma ramionami, zamocowanego obrotowo do kadłuba pojazdu i ustawionego poprzecznie do jego płaszczyzny symetrii (fig. 1). Końce ramion stabilizatora połączone są z elementami mocującymi koła. Przy zgodnych pionowych ruchach kół stabilizator nie wpływa na pracę zawieszenia, swobodnie obracając się w swoich mocowaniach. Natomiast przy przeciwnych ruchach kół jego środkowa część ulega skręceniu, a na końcach ramion pojawiają się siły przeciwdziałające przemieszczeniom kół. W ten sposób stabilizator zwiększa sztywność kątową zawieszenia nie zwiększając sztywności pionowej.

Nie we wszystkich sytuacjach działanie stabilizatora jest korzystne. Np. przy ruchu prostoliniowym po nierównej nawierzchni stabilizator wpływa niekorzystnie na komfort jazdy. Znane są rozwiązania pozwalające na rozłączanie stabilizatora lub zmianę jego sztywności (np. patenty: Active stabilizer bar system for a vehicle chassis - US nr 7 798 508 B2; Active link for a stabilizer bar - US nr 5 186 486 A; Active anti-roll bar - EP nr 2 719 557 A1; EP nr 0 234 808 A2; EP nr 0 152 914 A1).

Sprzęgnięcie zawieszenia przedniego i tylnego pozwala z kolei na przeciwdziałanie nadmiernym przechyłom podłużnym samochodu. Realizowano to przy pomocy elementów sprężystych (np.: Citroen 2CV) lub przez zastosowanie układu hydraulicznego (zawieszenie hydroelastic w samochodach BMC Morris 1100).

We współczesnych samochodach coraz częściej stosowane są zawieszenia aktywne lub półaktywne, pozwalające na dostosowywane własności zawieszenia do warunków ruchu i optymalizację jego działania w zależności od stawianych wymagań. Realizowane to może być w przypadku zawieszeń pneumatycznych lub hydropneumatycznych. Takie rozwiązania odznaczają się jednak znaczną komplikacją konstrukcji, wymagają zaawansowanego sterowania, a przez to są wrażliwe na uszkodzenia i nie sprawdzają się w trudnych warunkach eksploatacyjnych, a w szczególności w pojazdach o przeznaczeniu militarnym.

W przypadku pojazdów terenowych może pojawiać się problem zbyt dużej sztywności kątowej zawieszenia, ograniczającej możliwość wykrzyżowania osi, przy jeździe po dużych nierównościach o antysymetrycznym przebiegu. Może to powodować odrywanie się kół od gruntu i zmniejszenie możliwej do przeniesienia na nawierzchnię siły napędowej. W takiej sytuacji korzystna byłaby duża sztywność pionowa zawieszeń i mała sztywność kątowa. Najprostszym rozwiązaniem może być w tym przypadku zastosowanie tzw. antystabilizatora (fig. 2) w postaci drążka skrętnego, podobnego do

PL 226 678 B1 stabilizatora, w którym jednak ramiona zwrócone są w przeciwne strony, a sam drążek skrętny umieszczony jest skośnie w stosunku do osi kół. Sztywność pionowych elementów sprężystych dobiera się w tym przypadku z warunku uzyskania założonej (małej) sztywności kątowej. Natomiast zwiększenie do wymaganej wartości sztywności pionowej bez zwiększania sztywności kątowej zapewnia antystabilizator. Nie są znane praktyczne zastosowania tego rozwiązania.

Podobną funkcję może pełnić układ dwóch dodatkowych sprężyn zamocowanych do nadwozia za pośrednictwem wahliwej dźwigni dwustronnej (fig. 3). Taki układ sprężyn zwiększa sztywność pionową zawieszenia nie zwiększając jego sztywności kątowej.

Zbyt mała sztywność kątowa zawieszenia jest z kolei niekorzystna przy jeździe pojazdu po zakręcie z większymi prędkościami, gdyż powoduje duże przechyły poprzeczne. W przypadku samochodu terenowego mała sztywność kątowa zawieszenia jest też niekorzystna podczas trawersowaniu zbocza o dużym nachyleniu poprzecznym, gdyż duże przechyły poprzeczne nadwozia grożą wywróceniem na bok.

Spełnienie wyżej wymienionych sprzecznych wymagań dotyczących sztywności kątowej zawieszania do samochodu terenowego może być skutecznie zrealizowane przy zastosowaniu zawieszenia o regulowanej sztywności kątowej.

Znane jest z niemieckiego dokumentu nr DE 915 418 C zawieszenie przegubowego mostu napędowego z układem dodatkowych sprężyn umieszczonych pomiędzy obudową półosi a obudową przekładni głównej za pośrednictwem elementów osadczych. Obudowa przekładni głównej zamocowana jest do ramy pojazdu za pośrednictwem pionowego sworznia umieszczonego wewnątrz metalowo gumowej tulei i zablokowanego śrubą. Zamocowanie takie umożliwia przemieszczenia się obudowy przekładni głównej w kierunku pionowym w zakresie ograniczonym położeniem ograniczników lub podatnością pierścienia gumowego oraz w pozostałych kierunkach w małym zakresie ograniczonym odkształcalnością pierścienia gumowego umieszczonego pomiędzy metalowymi tulejami. Celem zastosowania tego rozwiązania jest ograniczenie zmiany pochylenia kół w zależności od obciążenia (załadowania) pojazdu. Zastosowanie dodatkowych sprężyn ogranicza wychylenie półosi względem położenia początkowego, a także powoduje, że siła przekazywana z półosi poprzez sprężynę na obudowy przekładni działa na ramieniu o długości odpowiadającej odległości pomiędzy punktem mocowania sprężyny a osią przegubu. W wyniku działania sił reakcji z drugiej strony obudowy przekładni następuje jej przemieszczenie w kierunku pionowym, co wiążę się z przemieszczeniem osi przegubów.

[ISTOTA WYNALAZKU]

Zawieszenie o regulowanej sztywności kątowej, uzyskanej dzięki zastosowaniu dodatkowego układu sprężyn, zwiększających sztywność pionową zawieszenia, a nie zwiększających jego sztywności kątowej, według wynalazku wyróżnia się tym (fig. 4 i 5), że wyposażone jest w dodatkowy układ sprężyn (2), a każda ze sprężyn tego układu jest przymocowana jednym swym końcem do wspornika koła lub jego elementu prowadzącego (wahacza lub mostu), a drugim końcem do jednego z ramion trójramiennej dźwigni dwustronnej (4), która z kolei poprzez trzecie ramię połączona jest obrotowo z kadłubem pojazdu (nadwoziem lub ramą), przy czym oś obrotu dźwigni jest równoległa do osi wzdłużnej pojazdu. Dźwignia trójramienna wyposażona jest w dodatkowe ramię (5). Ramię to pozwala na zablokowanie dźwigni w położeniu centralnym za pomocą blokady (6) sterowanej siłownikiem (np. pneumatyczno-sprężynowym (7). Dodatkowo, dźwignia może być ustawiana w innych położeniach za pomocą siłownika (8) połączonego z ramieniem (5), dzięki czemu można zmieniać napięcie sprężyn dodatkowych, co z kolei umożliwia, na przykład przy jeździe trawersem wzdłuż zbocza, zmniejszenie przechyłu nadwozia (fig. 8) w porównaniu do sytuacji, gdy dźwignia (4) jest unieruchomiona w położeniu środkowym (fig. 7).

Rozwiązanie może być zastosowane zarówno w przypadku zawieszenia zależnego, jak i niezależnego.

[KORZYSTNE SKUTKI WYNALAZKU]

W rozwiązaniu według wynalazku uzyskano zawieszenia o małej sztywności kątowej w stosunku do jego sztywności pionowej, umożliwiające duże anty symetryczne skoki kół i związany z tym duży wy krzyż osi, co jest korzystne przy jeździe w terenie o dużych nierównościach. Rozwiązanie daje równocześnie możliwość zwiększenia w razie potrzeby sztywności kątowej oraz przeciwdziałania przechyłom poprzecznym kadłuba pojazdu przy jeździe po zakręcie lub przy trawersowaniu zbocza o dużym pochyleniu.

PL 226 678 B1

[PRZYKŁAD WYKONANIA]

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie wykonania uwidocznionym na rysunku (fig. 4). przedstawiającym zawieszenie niezależne pojazdu terenowego, oraz na schematach przedstawionych na fig. 5-8.

Jak przedstawiono na fig. 4 zawieszenie obok układu sprężyn głównych (1) wyposażone jest w układ sprężyn dodatkowych (2). Sprężyny dodatkowe są połączone jednym swoim końcem z wahaczem (3), a drugim z dźwignią dwustronną (4) zamocowana obrotowo w kadłubie pojazdu (ramie lub nadwoziu). Dźwignia połączoną jest z dodatkowym ramieniem (5), na którego koniec oddziałuje blokada (6) uruchamiana za pomocą siłownika (7), która umożliwia unieruchomienie dźwigni w położeniu centralnym (fig. 5). Przy zablokowanej dźwigni uzyskuje się zwiększoną sztywność kątową zawieszenia.

W przypadku zwolnienia blokady (fig. 6) swobodny obrót dźwigni (4) sprawia, że sprężyny dodatkowe (2) zwiększają sztywność pionową zawieszenia, nie zwiększając jego sztywności kątowej, która zależy wtedy tylko od sztywności i rozstawu sprężyn głównych. Takie ustawienie zawieszenia umożliwia uzyskanie w warunkach jazdy terenowej dużego wykrzyżu osi zapewniającego dobry kontakt kół z nawierzchnią.

Zmniejszenie przechyłu nadwozia przy jeździe trawersem wzdłuż zbocza, uzyskuje się dzięki dodatkowemu siłownikowi (np. hydraulicznemu, (8)) umożliwiającemu po zwolnieniu blokady (6) ustawienie dźwigni (4) w innym niż centralne położeniu, w szczególności w skrajnym lewym lub prawym (fig. 8). Takie ustawienie dźwigni sprawia, że zwiększa się napięcie sprężyny dodatkowej, która jest od strony spadku, a zmniejsza napięcie sprężyny dodatkowej, która jest od strony wzniesienia. Zmiana napięcia sprężyn dodatkowych wytwarza moment sił w zawieszeniu przeciwdziałający momentowi przechylającemu nadwozie. Działanie siłownika sterowane jest za pomocą zaworu (9).

Claims (3)

1. Zawieszenie o regulowanej sztywności kątowej z układem dodatkowych sprężyn (2), z których każda jest przymocowana jednym swym końcem do wspornika koła lub jego elementu prowadzącego (wahacza lub mostu), znamienne tym, że drugi koniec każdej ze sprężyn dodatkowych połączony jest z jednym z ramion trójramiennej dźwigni dwustronnej (4), która z kolei połączona jest obrotowo z kadłubem pojazdu (nadwoziem lub ramą i poprzez trzecie ramię, przy czym obrót dźwigni odbywa się wokół osi obrotu równoległej do osi wzdłużnej pojazdu.

2. Zawieszenie wg zastrzeżenia 1, znamienne tym, że trójramienna dźwignia dwustronna (4) połączona jest z dodatkowym ramieniem (5), na które działa blokada (6), za pomocą której dźwignia może być unieruchamiana środkowy m położeniu lub zwalniana tak, aby mogła się swobodnie obracać wokół osi mocowania jej do kadłuba pojazdu.

3. Zawieszenie wg zastrzeżenia 1, znamienne tym, że trójramienna dźwignia dwustronna (4) połączoną jest poprzez ramię (5) z siłownikiem (8), za pomocą którego dźwignia może być ustawiana i unieruchamiana w innym położeniu niż środkowe, np. w skrajnym lewym lub