SE540192C2 - Fjäderupphängning - Google Patents

Abstract

Uppfinningen hänförd sig till en fjäderupphängning (3) för en hjulaxel (4) till ett fordon (1), varvid fjäderupphängningen (3) innefattar en fjäderlänk (6) som är monterad till en fordonskropp (8) på fordonet (1 ) via ett fjäderfäste (5) och ett axelfäste (7). Fjäderlänken (6) innefattar en bladfjäder (16) med en ögla (17) i sin ena ände och är monterad till fjäderfästet (5) via öglan (17). Öglan (17) på bladfjädern (16) är vänd nedåt i en vertikal fordonsriktning d. När fordonet (1) utsätts för sidokrafter vid kurvtagning och kraften på fordonets (1 ) hjulaxel (4) därmed ökar i den vertikala fordonsriktningen d, så kommer fjäderlänken (6) att deformeras i den vertikala fordonsriktningen dsamt i den horisontella fordonsriktningen dså att avståndet mellan öglans (17) centrum och hjulaxeln (4) minskar, vilket gör att en understyrningseffekt uppstår.

Description

Fjäderupphängning Uppfinningens område Den föreliggande uppfinningen hänför sig till en fjäderupphängning för en hjulaxel i ett fordon enligt inledningen till det oberoende kravet.

Uppfinningens bakgrund När ett fordons hjul rör sig vertikalt, vid exempelvis kurvtagning eller väjning, kan fordonet utsättas för girkrafter. Dessa krafter gör att fordonet kan börja svänga utan att föraren vridit på ratten. Om styreffekten uppstår när ett av hjulen lättar medan det motsatta hjulet trycks ner, som när exempelvis karossen kränger eller lutar i sidled, så kallas det krängstyrning. Exempelvis kan det innersta hjulet lätta vid hård kurvtagning.

Vid krängstyrning uppstår en skillnad i hjulvinklar mellan de båda hjulen som lättar respektive trycks ned, vilket göra att fordonet blir under- eller överstyrt. Överstyrning innebär att fordonet svänger mer än förväntat i en kurva. Exempelvis sportbilar är ofta neutral- till överstyrda för att lättare reagera på förarens kommandon vid mer avancerad körning.

Understyrning innebär att fordonet inte svänger så mycket som förväntat utan strävar efter att gå rakt fram i en kurva. En lätt understyrning eftersträvas av de flesta fordonsfabrikanter, eftersom det ger fordonet ett mer förutsägbart och lätthanterligt beteende i en kritisk situation. Alltför kraftig understyrning gör dock fordonet tunghanterat. Generellt sätt är framhjulsdrivna fordon mer understyrda än bakhjulsdrivna.

Det finns ett flertal olika lösningar för att göra ett fordon understyrt. I exempelvis GB-2211473-A visas en bakre hjulaxelupphängning för ett fordon.

Upphängningen använder sig av en vipp-effekt för att minska storleken på krafter som överförs till fordonskroppen. På så sätt kan en understyrningseffekt ges, samtidigt som stötabsorption fås när ett bakre hjul slår i ett gupp.

I US-20030098565-A1 visas en bladfjäderupphängning för en bakre hjulaxel. Upphängningen innefattar bladfjädrar som är fastsatta till fordonet med främre och bakre stöd. De bakre stöden är stela i en tvärgående riktning, och de främre stöden är fjädrande i en tvärgående riktning. När fordonet utsätts för tvärgående sidokrafter, skapas en svängpåle för den bakre axeln som är placerad bakom den bakre axelns centrum. Hjulaxeln kommer då att luta något med avseende på fordonets längsgående färdriktning och på så sätt skapa understyrning av fordonet när fordonet tar sig igenom en kurva. Lösningen använder sig av ett särskilt utformat bärlager som ger möjlighet till tvärgående rörelse.

Fordonets hjul är vid en annan typ av upphängning, exempelvis tvåbälgsupphängning, upphängda till fordonets kaross via vardera en fjäderlänk som förbinder hjulaxeln med karossen via vardera ett fjäderläste. Vid belastning pressas fjäderfästet och fjäderlänken nedåt i vertikal led. Belastningen ger upphov till en vinkeländring i fjäderlänken och därmed en ”förlängning" av fjäderlänken i horisontell led. Förlängningen innebär att det horisontella avståndet mellan fjäderfästet och hjulaxeln ökar. Då fordonet vid kurvtagning får en större belastning på det yttre hjulet, blir fjäderlänken i hjulupphängningen på det yttre hjulet längre i horisontell led än fjäderlänken i hjulupphängningen på det inre hjulet. Hjulaxeln snedställs då och ifall hjulaxeln är en bakre axel så kan fordonet bli överstyrt, vilket inte är önskvärt.

Syftet med uppfinningen är således att tillhandahålla en förbättrad hjulupphängning som ger fordonet ett understyrd beteende vid användnigen av en fjäderlänk som förbinder hjulaxeln med fordonets kropp.

Sammanfattning av uppfinningen Det ovan beskrivna syftet uppnås genom en fjäderupphängning för en hjulaxel till ett fordon, varvid fjäderupphängningen innefattar en fjäderlänk som är monterad till en fordonskropp på fordonet via ett fjäderfäste och ett axelfäste. Fjäderlänken innefattar en bladfjäder med en ögla i sin ena ände och är monterad till fjäderfästet via öglan. Öglan på bladfjädern är vänd nedåt I en vertikal fordonsriktning dv. När fordonet utsätts för sidokrafter vid kurvtagning och kraften på fordonets hjulaxel därmed ökar i den vertikala fordonsriktningen dvsett från ett markplan, så kommer fjäderlänken att deformeras i den vertikala fordonsriktningen dvsamt i den horisontella fordonsriktningen dhså att avståndet mellan öglans centrum och ett genomgående hjulaxelcentrum på hjulaxeln minskar i den horisontella fordonsriktningen dhjämfört med när kraften på fordonets hjulaxel inte ökar i den vertikala fordonsriktningen dv, vilket gör att en understyrningseffekt uppstår.

Genom att vända bladfjädern med öglan nedåt, kan alltså ökad understyming av fordonet åstadkommas med bibehållen körhöjd. Körhöjden är avståndet mellan fordonets undersida och markplanet. Önskade understymingsegenskaper kan alltså erhållas utan att försämra körhöjden. Befintligt fjäderfäste och axelfäste kan användas utan några större modifieringar. Lösningen blir på så sätt billig och enkel att åstadkomma, samtidigt som köregenskapema förbättras.

Fjäderiänken innefattar en enbladsfjäder. Fjäderlänken har då alltså endast en bladfjäder, och på så sätt kan vikten minskas jämfört med att ha exempelvis en tvåbladsfjäder.

Föredragna utföringsformer beskrivs i de beroende kraven och i den detaljerade beskrivningen.

Kort beskrivning av de bifogade figurerna Nedan kommer uppfinningen att beskrivas med hänvisning till de bifogade figurerna, av vilka: Fig. 1 visar ett fordon med fjäderupphängningar för de olika hjulaxlama.

Fig. 2 visar en fjäderupphängning enligt en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 3 visar ett tvärsnitt A-A av fjäderupphängningen i figur 2.

Fig. 4A visar ett exempel på en fjäderiänk med centrerad ögla.

Fig. 4B visar ett exempel på en fjäderiänk med överliggande ögla.

Fig. 4C visar ett exempel på en fjäderlänk med underliggande ögla.

Fig. 5 visar ett exempel på en fjäderlänk med ett säkerhetsband.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen I Fig. 1 visas schematiskt ett lastfordon 1 med hjul 2 förbundna med hjulaxlar 4. Hjulaxlama 4 är upphängda via fjäderupphängningar 3 till en fordonskropp 8 (Fig. 2), exempelvis en fordonsram. Fordonsramen kan utgöras av två långsträckta parallella ramsidobalkar som är förbundna med varandra med ett antal tvärbalkar.

I Fig. 2 visas en fjäderupphängning 3 för en hjulaxel 4 till lastfordonet 1 i Fig. 1 i mer detalj. Fjäderupphängningen 3 kan användas till andra fordon än lastfordon, exempelvis personbilar, utryckningsfordon etc. I Fig. 2 visas endast en fjäderupphängning 3 placerat nära ena änden på hjulaxeln 4, men det är underförstått att det i de flesta fall även finns en andra fjäderupphängning 3 vid den andra änden av samma hjulaxel 4.

Fjäderupphängningen 3 innefattar en fjäderlänk 6 som sträcker sig huvudsakligen i en horisontell fordonsriktning dhoch som är monterad till en fordonskropp 8 på fordonet 1 via ett fjäderfäste 5 som inhyser ett lager 13. Fjäderfästet 5 är fäst till fordonskroppen 8, närmare bestämt ramsidobalken, med exempelvis bultar eller nitar. Fjäderiänken 6 innefattar en bladfjäder 16 med en ögla 17 i sin ena ände och är monterad till fjäderfästet 5 via en bult 12 som sträcker sig i en huvudsakligen tvärgående fordonsriktning dtgenom lagret 13 och genom öglan 17 på bladfjädern 16. Öglans centrum 9 är utmärkt i figuren. Fjäderlänken 6 är vid sin andra ände fäst till hjulaxeln 4 via ett axelfäste 7. Hjulaxelns 4 centrum 18 är utmärkt i figuren. Axelfästet 7 kan exempelvis vara en brygga med byglar 28 som sätts fast över utskjutande tappar 31 på hjulaxeln 4, och som spänner fast fjäderlänken 6 mot hjulaxeln 4 genom att skruva fast byglarna 28 med bultar eller skruvar i en platta 32. Andra sätt att fästa fjäderlänken 6 till hjulaxeln 4 är dock tänkbara. Axelfästet 7 är fäst till en stötdämpare 10 som i sin tur är fäst till fordonskroppen 8. Fjäderlänken 6 har i exemplet i figuren en förlängning 22 som sträcker sig bakom hjulaxeln 4 i den horisontella fordonsriktningen dh, och som ligger an mot undersidan av en luftbälg 11.

Som visas i figuren så är öglan 17 på bladfjädern 16 vänd nedåt i en vertikal fordonsriktning dv. Med ”nedåt'' menas här i en riktning mot markplanet. Med andra ord så är fjäderlänken 6 monterad så att öglan 17 på bladflädern 16 är en underliggande ögla 17. När fordonet 1 utsätts för sidokrafter vid kurvtagning och kraften på fordonets hjulaxel 4 därmed ökar i den vertikala fordonsriktningen dV, så kommer fjäderlänken 6 att deformeras i den vertikala fordonsriktningen dvsamt i den horisontella fordonsriktningen dhså att avståndet mellan öglans centrum 9 och ett genomgående hjulaxelcentrum 18 på hjulaxeln 4 minskar i den horisontella fordonsriktningen dhjämfört med när kraften på fordonets hjulaxel 4 inte ökar i den vertikala fordonsriktningen dv. Öglan 17 har här en huvudsakligen cirkulär form.

I Fig. 3 visas ett tvärsnitt av fjäderfästet 5 i Fig. 2 längs linjen A-A. Fjäderfästet 5 är här utformad med två byglar 33 som inhyser lagret 13 mellan sig. Bulten 12 sträcker sig genom lagret 13 längs med en axel 15, som här också formar en rotationsaxel 15 för öglan 17 (Fig. 2) genom öglans centrum 9. Bulten 12 är fäst med en mutter 14 och ett förband 35. Bladfjädern 16 ligger tätt kring lagret 13 och är rörlig kring axeln 15. Mellan byglarna 33 och lagret 13 kan brickor 34 arrangeras för att ta emot krafter i den tvärgående fordonsriktningen dt.

Fjäderlänken 6 visas alltså här stelt monterad till fjäderfästet 5 i den tvärgående fordonsriktningen dt. På så sätt tillåts inga förflyttningar av fjäderiängen i den tvärgående fordonsriktningen dt. Lagret 13 kan exempelvis vara ett gummilager eller ett kullager.

Härnäst kommer principen för hur understyming åstadkoms med den ovan beskrivna Fjäderupphängningen 3 att förklaras. I Fig. 4A och 4B visas först två exempel på kända fjäderupphängningar då överstyrning eller inte tillräcklig understyming erhålls. Det vedertagna sättet att åstadkomma understyming för en bakre hjulaxel 4 har varit att luta fjäderlänken 6, vilken lutning illustreras i Fig. 4A och 4B. Detta utförande ger dock inte gett understyrningseffekt i önskad grad ifall inte körhöjden (eller markfrigången) minskas, eftersom öglans 17 rotation motverkar understyrningseffekten vilket beskrivs närmre i anknytning till Fig. 4B nedan. Med en minskning av körhöjden menas att exempelvis att förlänga fjäderfästet 5 nedåt så att en ökad lutning av fjäderlänken 6 kan uppnås. I Fig. 4C visas sedan understyrningen enligt uppfinningen. I figurerna illustreras öglan 17 som fast punkt, medan axelfästet 7 förflyttas. I exemplen är axelfästet 7 utsatt för en uppåtriktad vertikal kraft F vid krängrörelse. Fjäderupphängningen 3 sitter då exempelvis på den yttre sidan av fordonet 1 (Fig. 1 ) i en kurva, och hänger upp en bakre hjulaxel 4. Det är då önskvärt att avståndet mellan öglans centrum 9 och axelfästet 7 minskas för att åstadkomma en understyrningseffekt. Hjulaxeln 4 kommer då att snedställas och understyrning kan åstadkommas. I figurerna 4A-4C så visas fjäderfästet 5 inte, och axelfästet 7 illustreras schematiskt som en rektangel.

Fig. 4A visar schematiskt fjäderupphängningen 3 med en fjäderlänk 6, där fjäderlänken 6 har en centrerad ögla 17, en s k "berlinerögla”. En centrerad ögla 17 innebär att öglan 17 är centrerad kring en mittlinje på fjäderlänken 6.

Fjäderlänken 6 är fäst till axelfästet 7 i en vinkel ? från den horisontella fordonsriktningen dhned till öglans mittpunkt 9. Öglan 17 kan vrida sig kring öglans mittpunkt 9 genom lagret 13. Den streckade linjen visar hur fjäderlänken 6 vrids uppåt kring öglans mittpunkt 9 då axelfästet 7 utsatt för kraften F. Axelfästet 7 förflyttas avståndet dz i en vertikal fordonsriktning dvav kraften F. Samtidigt vrids då öglan 17 kring öglans mittpunkt 9 vilket gör att axelfästet 7 förflyttas i den horisontella fordonsriktningen dhen sträcka dx. Avståndet dx kan approximeras till Image available on "Original document" och beror alltså enbart på böjningen dz och lutningen a. Denna fjäderupphängning 3 ger inte tillräcklig understyrning.

I Fig. 4B visas schematiskt fjäderupphängningen 3 med en fjäderlänk 6, där fjäderlänken 6 har en överliggande ögla 17. Öglan 17 är då vänd ifrån markplanet. Fjäderlänken 6 är här fäst till axelfästet 7 i en vinkel ? från den horisontella fordonsriktningen dhned till ett ställe på fjäderlänken 6 där öglan 17 påbörjas. Öglans 17 radie är här markerad med "e”. Öglan 17 kan vrida sig kring öglans mittpunkt 9 genom lagret 13. Den streckade linjen visar hur fjäderlänken 6 vrids uppåt kring öglans mittpunkt 9 då axelfästet 7 utsatt för kraften F. Axelfästet 7 förflyttas då avståndet dz i en vertikal fordonsriktning dvav kraften F. Samtidigt vrids öglan 17 kring öglans mittpunkt 9 en vinkel ? vilket gör att axelfästet 7 förflyttas i den horisontella fordonsriktningen dhbort från öglans centrum 9 en sträcka dx. Detta inträffar eftersom öglan 9 vecklar ut sig genom kraften F som verkar på axelfästet 7 och som drar i fjäderlänken 6. Avståndet dx kan approximeras till: Image available on "Original document" och beror alltså både på böjningen dz och lutningen a, samt vinkeländringen ? och öglans 17 radie e. I detta fall så dominerar e·? över ?·dz, vilket innebär att avståndet mellan öglans centrum 9 och axelfästet 7 ökar, vilket ger överstyrning som inte är önskvärt.

I Fig. 4C visas schematiskt fjäderupphängningen 3 med en fjäderlänk 6, där fjäderlänken 6 har en underliggande ögla 17. Öglan 17 är då vänd mot markplanet. Fjäderlänken 6 är här fäst till axelfästet 7 i en vinkel ? från den horisontella fordonsriktningen dhupp till ett ställe på fjäderlänken där öglan 9 påbörjas. Fjäderlänken 6 är alltså monterad i en vinkel ? uppåt i en riktning från axelfästet 7 till fjäderfästet 5. Öglans 9 radie är här markerad med ”e”. Öglan 17 kan vrida sig kring öglans mittpunkt 9 genom lagret 13. Den streckade linjen visar hur fjäderlänken 6 vrids uppåt kring öglans mittpunkt 9 då axelfästet 7 utsatt för kraften F. Axelfästet 7 förflyttas då avståndet dz i en vertikal fordonsriktning dvav kraften F. Samtidigt vrids öglan 17 kring öglans mittpunkt 9 en vinkel ? vilket gör att axelfästet 7 förflyttas i den horisontella fordonsriktningen dhmot öglans centrum 9 en sträcka dx. Detta inträffar eftersom öglan 9 vecklar in sig av kraften F som verkar på axelfästet 7. Avståndet dx kan approximeras till: Image available on "Original document" och beror alltså både på böjningen dz och lutningen a, samt vinkeländringen ? och öglans 17 radie e. I detta fall så dominerar ?·dz över e· ?, vilket innebär att avståndet mellan öglans centrum 9 och axelfästet 7 minskar vilket ger understyming. Fjäderlänken 6 deformeras alltså i den vertikala fordonsriktningen dvsamt i den horisontella fordonsriktningen dhoch avståndet mellan öglans centrum 9 och ett genomgående hjulaxelcentrum 18 på hjulaxeln 4 minskar därmed i den horisontella fordonsriktningen dhjämfört med när kraften på fordonets hjulaxel 4 eller axelfästet 7 inte ökar i den vertikala fordonsriktningen dv. Den underliggande öglan 17 på fjäderlänken 6 är alltså inte låst till fjäderlänken, utan kan öppnas respektive stängas beroende på hur fordonet svänger och på vilken hjulaxel 4 och på vilken sida av hjulaxeln 4 som som fjäderupphängningen 3 är monterad.

Fig. 5 visar en frilagd fjäderlänk 6 med ett säkerhetsband 19. Säkerhetsbandet 19 omsluter åtminstone delvis fjäderlänken 6 för att hålla ihop fjäderlänken 6 ifall ett brott på den inträffar. I figuren visas hur säkerhetsbandet 19 sträcker sig från ett monteringsområde 23 på bladfjädern 16 inom vilket monteringsområde 23 bladfjädern 16 är anpassad att monteras till hjulaxeln 4 (Fig. 2). Säkerhetsbandet 19 sträcker sig sedan längs med en första sida 25 på bladfjädern 16 för att omsluta öglan 17, och vidare längs med en andra sida 26 på bladfjädern 16 till monteringsområdet 23 på bladfjädern 16. Den första och den andra sidan 25, 26 är motsatta sidor av bladfjädern 16. Den första och den andra sidan 25, 26 utgör även yttersidorna av bladfjädern 16 i en vertikal fordonsriktning dv(Fig. 2).

Monteringsområdet 23 innefattar exempelvis två motstående platta ytor av bladfjädern 16, på vilka säkerhetsbandet 19 sedan placeras. Monteringsområdet 23 är placerat mellan förlängningen 22 av bladfjädern 16 och den resterande delen av bladfjädern 16. Säkerhetsbandet 19 är fäst till bladfjädern 16 med fästelement 21, 24 i monteringsområdet 23 och/eller kring öglan 17.

Fästelementen 21 , 24 kan exempelvis utgöras av nitar eller skruvar. Som visas i Fig. 2, så spänns sedan axelfästet 7 över monteringsområdet 23 och spänner därmed ytterligare fast säkerhetsbandet 19 mellan plattan 32 och bladfjädern 16, och mellan hjulaxeln 4 och bladfjädern 16. 1 figuren visas även lagret 13 och bulten 12 som går genom lagret 13.

Fjäderlänken 6 kan även innefatta en klämenhet 20 som förbinder en undre och en övre del av säkerhetsbandet 19. Klämenheten 20 fungerar som en löpögla runt fjäderlänkens ögla 17, och är endast fast förbunden med någon av den undre och den övre delen av säkerhetsbandet 19. Den av den undre eller övre delen av säkerhetsbandet 19 som inte är fast förbunden med klämenheten 20 tillåts röra sig i klämenhetens 20 öppning vid fjädringsrörelse eller vid brott på fjäderlänken 6. Klämenheten 20 kan exempelvis innefatta en bygel som placeras kring bladfjädern 16 och säkerhetsbandet 19 och som låses fast med ett skruvförband 27 eller genom svetsning. Klämenheten 20 är som visas i figurerna placerad i anslutning till öglan 17. Ifall brott inträffar på bladfjädern i närheten av öglan 17 så förhindras bladfjädern 16 att passera över öglan 17. Bladfjädern 16 förhindras alltså att röra sig i relation till öglans 17 position mer än vad ett spel mellan öglan 17 och säkerhetsbandet 19 och eventuell förlängning av säkerhetsbandet 19 tillåter. Fjäderlänkens 6 längd kan då väsentligen bibehållas, och även fjäderlänkens 6 stabilitet i den vertikala fordonsriktningen dt. Dessa egenskaper kan förbättras genom att utforma säkerhetsbandet 19 tätt kring bladfjädern 16 så att inget eller enbart ett litet spel finns mellan säkerhetsbandet 19 och bladfjädern 16 kring öglan 17 på bladfjädern 16. Ett ytterligare sätt att förbättra dessa egenskaper är att placera klämenheten 20 så nära öglan 17 som möjligt.

Säkerhetsbandet 19 kan exempelvis vara tillverkat av plattjärn, eller stål med god draghållfasthet. Det har en tjocklek på mellan 1-5 mm, exempelvis 2, 3 eller 4 mm. Säkerhetsbandets 19 bredd kan exempelvis motsvara bladfjäderns 16 bredd. Säkerhetsbandet 19 är enligt en utföringsform tillverkat i en enhet. Bladfjädern 16 kan vara tillverkad av exempelvis fjäderstål, stål eller komposit.

Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna. Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Därför begränsar inte de ovan nämnda utföringsformema uppfinningens omfattning, som definieras av de bifogade kraven.

Claims (5)

Patentkrav

1. En fjäderupphängning (3) för en hjulaxel (4) till ett fordon (1), varvid fjäderupphängningen (3) innefattar en bladfjäder (16) som sträcker sig huvudsakligen i en horisontell fordonsriktning dhoch som är monterad till en fordonskropp (8) på fordonet (1) via ett fjäderfäste (5) som inhyser ett lager (13), vilken bladfjäder (16) är utformad med en ögla (17) vid sin ena mot fjäderfästet (5) vända ände och är monterad till fjäderfästet (5) via en bult (12) som sträcker sig i en huvudsakligen tvärgående fordonsriktning dt genom lagret (13) och genom öglan (17) på bladfjädern (16) som vid sin andra ände fäst till hjulaxeln (4) via ett axelfäste (7), varvid bladfjädern (16) är en enbladsfjäder och monterad i vinkel uppåt i en riktning från axelfästet (7) till fjäderfästet (5) och varvid öglan (17) är vänd nedåt i en vertikal fordonsriktning dv,kännetecknad av att bladfjädern (16) innefattar ett säkerhetsband (19) som sträcker sig från ett monteringsområde (23) på bladfjädern (16) inom vilket monteringsområde (23) bladfjädern (16) är anpassad att monteras till hjulaxeln (4) och längs med en första sida (25) på bladfjädern (16) för att omsluta öglan (17) och vidare längs med en andra sida (26) på bladfjädern (16) till monteringsområdet (23) på bladfjädern (16) och av att den första och den andra sidan (25, 26) är motsatta sidor av bladfjädern (16).

2. Fjäderupphängningen (3) enligt krav 1 , varvid bladfjädern (16) är stelt monterad till fjäderfästet (5) i den tvärgående fordonsriktningen dt.

3. Fjäderupphängningen (3) enligt något av tidigare krav, varvid lagret (13) är ett gummilager.

4. Fjäderupphängningen (3) enligt krav 1 , varvid bladfjädern (16) innefattar en klämenhet (20) som förbinder säkerhetsbandet (19) till bladfjädern

5. Fjäderupphängningen (3) enligt något av tidigare krav, varvid öglan (17) har en huvudsakligen cirkulär form.