CN101272923B - 车辆悬架装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种相对于车体外壳(8)悬挂车轮(2)的悬架(1)，所述装置允许轮架(3)相对于车体外壳作一大致竖直的悬架运动以及一外倾运动，该装置包括滑动器(5)和下臂(6)，该滑动器包括能够彼此相对运动的上部(52)和下部(51)，该上部连接到车体外壳，该下部连接到轮架，该装置还包括摇臂(4)，该摇臂在外倾平面中铰接到下臂，并且通过连杆(7)铰接到轮架，该摇臂还在外倾平面中铰接到滑动器的下部。

Description

车辆悬架装置

技术领域

本发明涉及机动车辆的地面接触系统，具体地涉及悬架和车轮支撑装置，其使得车轮在相对于悬架元件的外倾方面具有一定的自由度。

本发明更具体地涉及乘用车和运动型轿车的悬架。

背景技术

悬架装置具有两个主要的功能，在操作时这两个功能在所有时间都必须同时实现。其中一个功能是使车辆悬起，也就是允许每个车轮大致竖直地摆动。这些装置的另一功能是为车轮导向，也就是控制车轮平面的角位置。

“车轮平面”是与车轮相关的平面的名称，该车轮平面垂直于车轮的轴线，并且通过当车轮竖直时与地面静态接触的区域的中心。从而所限定的车轮平面与车轮轴线紧密相联并且其指向随着车轮的指向而变化。

车轮平面相对于车体的角位置由两个角度限定：外倾角和转向角。车轮的外倾角是在垂直于地面的横截面内由车轮平面与车辆的中平面所形成的角度。

车轮的转向角是在平行于地面的水平面内由车轮平面与车辆的中平面所形成的角度。

外倾面能够被定义为与地面正交、垂直于车辆的平面，并且该平面穿过车轮与地面接触的区域的中心。正是在此平面中发生外倾运动。

专利申请EP 1070609描述了一种悬架装置，其允许车轮在外倾方面具有一定程度的自由度，基本上独立于悬架运动。借助多连杆或双叉形架系统来实现该悬架运动。外倾的变化来自于连杆臂的铰链点相对于车体的运动。

国际申请WO 01/72572描述了一种悬架装置，其中的车轮支撑件允许车轮在相对于悬架元件的外倾方面具有一定程度的自由度。这个一定程度的自由度的控制或者例如通过致动器根据车辆驱动参数而主动地进行，或者通过在接触区域中施加在车轮上的力而被动地进行。

国际申请WO 04/058521描述了允许车轮在相对于悬架元件的外倾方面具有一定程度自由度的另一种车轮支撑装置。其外倾装置包括一方面连接到轮架、另一方面连接到悬架元件的三重铰链(triple hinge)，所述三重铰链包括两个活页以及两个杠杆，每个杠杆固定到其中一个相应的活页，所述杠杆一方面连接到轮架，另一方面连接到悬架元件。

在上述专利申请描述的支撑和悬架装置中，相对于传统的悬架装置已经增加了一定程度的自由度，以允许车轮相对于车体进行一些外倾运动。所增加的灵活性可以通过多种不同的方式来实现，但是一般情形是增加零件数目以及球形或枢轴接头的数目会产生降低系统整体的刚度以及/或者强度的趋势。这些系统还相当昂贵。更何况，机动车辆中由悬架系统所占据的空间总是处于不断的旨在为车厢或车轮提供更多空间的重新评估考量之中。

本发明的目的是提供一种悬架装置，其能够化解上述种种不足之中的至少一些不足。

发明内容

上述发明目的是通过一种相对于车体悬挂车轮的悬架装置所实现的，所述装置允许大致竖直的悬架运动并允许轮架相对于车体的外倾运动，该装置包括滑动器和下臂，该滑动器包括能够彼此相对运动的上部和下部，该上部连接到车体，该下部连接到轮架，该装置还包括摇臂，该摇臂在外倾平面中一方面铰接到下臂，另一方面通过连杆铰接到轮架，该摇臂还在外倾平面中铰接到滑动器的下部。

作为一种优选方式，连杆通过相应的枢轴接头铰接到该摇臂和轮架。而且，仍然作为一种优选方式，该滑动器的下部通过球形接头铰接到轮架。在此情形下，该滑动器的下部优选地通过球形接头铰接到该摇臂，一个支柱限制该滑动器下部的转动。

可选地，该滑动器的下部可通过枢轴接头铰接到摇臂。

作为一种优选方式，该下臂是叉形架，该摇臂通过球形接头铰接到该叉形架，该装置还包括直接在该摇臂上作用的转向杆。

作为一种优选方式，悬架弹簧在该滑动器内起作用。

本发明还涉及一种车轴，对于车轴的每个车轮而言，该车轴都具有一个根据本发明的悬架装置。

作为一种优选方式，该车轴还包括外倾连接装置，该外倾连接装置使得每个车轮的外倾依赖于该车轴的另一车轮的外倾。

作为一种优选方式，该外倾连接装置还执行该车轴的防滚功能。

作为一种进一步的优选方式，该防滚功能通过工作在扭转情况下的横向防滚杆来实现，外倾连接通过该防滚杆相对于车体的横向运动而实现。

本发明还涉及包括根据本发明的车轴的机动车辆。

附图说明

借助于参照附图的描述，将会更好地理解本发明，这些附图分别为：

图1至3：本发明的悬架装置在三个不同外倾位置的纵向示意图。

图4和5：本发明的悬架装置的两个不同实施方式的纵向示意图。

图6至9：该装置的各种实施方式的立体示意图。

图10和11：该装置的一个优选实施方式的立体图。

图12：图10和11的实施方式的分解立体图。

图13至20：根据本发明各种优选实施方式的车轴的立体示意图。

具体实施方式

在各种实施方式中，相同或相似的元件配以相同的附图标记。它们不需要进行过度重复的描述。

图1示出了根据本发明的悬架装置。该装置1包括滑动器5以及下臂6。滑动器5包括连接到车体8的上部52以及连接到轮架3的下部51。滑动器的两个部件的相对运动允许车轮2的竖直悬挂运动——也就是轮架3相对于车体8的竖直运动。悬架系统还包括摇臂4，该摇臂4在外倾平面内一方面连接到下臂6、另一方面通过连杆7连接到轮架3。摇臂4还在外倾平面内铰接到滑动器的下部51。该图示出外倾角为零(也就是车轮平面PR即为垂直于地面S的竖直平面PV)。

图2和3示出图1的装置的各种外倾位置。在图2中，车轮朝向车辆内侧倾斜(外倾角从而为负)。在图3中，车轮朝向车辆外侧倾斜(外倾角从而为正)。通过比较这些图可清晰地看到，车轮相对于车体的外倾运动与摇臂4相对于滑动器5以及下臂6的摆动相关联。

图4示意性地示出了悬架弹簧9能够与滑动器5相关联从而形成本领域已知的撑杆。可选地，如图5所示，悬架弹簧9可独立于滑动器5，并且例如直接在车体8和下臂6之间起作用。

图6到9以立体图和示意性的方式示出了根据本发明的悬架装置的可能构造的多个实施例。为了简化附图，由车轮2和轮架3形成的组件特别示出为搁置在地面上的单个刚性元件。

这些构造的不同实施例通常具有下列特性，它们使用叉形架形式的下臂6，该下臂6与轨距杆或转向杆61相关联，并且与结合滑动器和悬架弹簧9的撑杆5相关联。

在图6的实施方式中，滑动器的下部51包括连接到摇臂4的第一球形接头241以及连接到轮架3的第二球形接头251。连杆71具有绕轴线27连接到摇臂4的第一枢轴接头以及绕轴线28连接到轮架3的第二枢轴接头。轴线27和28优选地互相平行并且大致水平。这两个枢轴接头允许转向力通过连杆71从轮架传递到下臂6以及连杆61。轴线23是摇臂4所绕着相对于下臂6以及相对于转向杆61摆动的轴线。

作为一种优选方式，在此构造中，滑动器附连到车体的上部点54与球形枢轴241和251以及滑动器的轴线A成一条直线。这种几何条件可确保外倾运动以及悬挂运动仍与撑杆的转动独立。

作为一种选择，如果不满足这种几何条件，撑杆的下部51可包括能够限制所述转动(从而限制其效果)的扭转支柱53。这种可选方式在图7中示出。支柱53能够通过合适的连接搁置在摇臂4上。尽管这里示出为球形接头242，简单的支撑连接应该足够并且防止出现任何静态冗余。该连接的刚度可以比球形接头241的刚度低得多。支柱53可以如上所述地刚性地连接到滑动器，但是同样可铰接到滑动器，条件是该支柱能够限定该滑动器的转动。

图8示出了图7实施方式的一个可选实施方式。区别主要在于撑杆(即下部51)如何铰接到摇臂4。这里这个铰接使用绕轴线24运转的枢轴接头243。该枢轴接头从而替代图7的支柱53而阻止滑动器的转动。由于其静态冗余特性，这个构造需要正确地定位枢轴和球形接头。作为一种优选方式，轴线23、24、27和28平行并且大致水平。

图9的构造也在撑杆的下部51和摇臂4之间使用轴线24的枢轴接头243，并且也在撑杆和轮架3之间使用轴线25的枢轴接头252。连杆72从而可在摇臂和轮架之间通过简单的点连接(球形接头或与其功能等同的形式)铰接。在此构造中，车轮的转向力从而从轮架3通过滑动器的下部51传递到下臂6和连杆61。这是与图6至8相比的一个区别，在图6至8中，执行这种传递的是连杆71。作为一种优选方式，在图9的构造中，轴线23、24和25平行并且大致水平。

图10至12以不同视图示出了根据本发明的悬架装置的一个实施方式。该实施方式更具体地相应于图7中示出的原理；这里，其特别适于乘用车的从动和转向前轮。为了使得附图易于理解，未示出车轮，但是本领域技术人员能够根据刹车片的位置来理解各个元件是如何设置的。在此情形中，下悬架臂是叉形架6，并且车轮的转向受到设置在叉形架前方的转向杆61的控制。

这些附图示出了撑杆5的具体形状，特别是其下部51。撑杆5的下部51包括号角状体55，该号角状体延伸程度和其铰接到轮架3(借助球形接头251)的程度一样远。该号角状体还在其中心部分通过球形接头241铰接到摇臂4。滑动器5的下部51包括也连接到摇臂4的支柱53。该支柱的目的是阻止滑动器的转动，如图7所示。下部51包括本领域公知的带有弹簧-阻尼连接的叉形组件。为了能够与图1至4中所显示的原理相比较，让我们注意这里滑动器5的下部51与号角状体55、支柱53以及阻尼器的体部相结合。上部52基本上相当于伸缩阻尼器的杆。这两个部件能够彼此相对移动，从而使得车辆在竖直悬架方面具有一定程度的自由度。此外，车轮的转向伴随有下部51绕着撑杆的杆部件的转动。

连杆71通过轴线27和28将摇臂4连接到轮架3，从而将转向力从轮架传递到转向杆61。转向杆61通过球形接头232连接到摇臂4。该摇臂4还通过球形接头231连接到下叉形架6。轴线23从而由这两个球形接头限定，并且摇臂绕着该轴线相对于车体摆动。

还能够清楚地看到(特别是在图11中)，该构造允许传动轴在号角状体55和支柱53之间经过并且穿过摇臂4中形成的凹陷的中部。

图12以分解图的形式示出了本实施方式的基本元件，以使得该优选构造更易于理解。当该装置组装时，转向杆61的球形接头232固定到摇臂4的叉233，轮架3的下球形接头251固定到号角状体55的端部253，号角状体55的球形接头241固定到摇臂4的孔244，摇臂4的下球形接头231固定到下臂6的端部234，支柱53通过接头242连接到摇臂4，并且连杆71绕其轴线28固定到轮架3并且绕其轴线27固定到摇臂4。

该分解图更具体地示出了将支柱53连接到摇臂4的接头242。该接头优选地为弹性材料的(elastomeric)并且较为柔软的接头，从而它允许小的运动而不会产生较大的力。比较而言，球形接头241、231和251优选地刚度很大，因为其控制车轮所被导向的精确度，特别是在外倾以及转向角方面的精确度。出于相同的原因，在摇臂4上以及在轮架3上的连杆71的枢轴优选地刚度很大，例如通过使用普通轴承或滚珠、滚针或滚柱轴承。

图13至18示出了根据本发明的车轴的具体实施例。根据本发明的车轴，对于每个车轮而言，包括一个根据本发明的悬架装置(1和1’)。作为一种优选方式，车轴的两个车轮的外倾运动还通过外倾连接装置联系到一起，该外倾连接装置例如为公开文献WO05/021294或在申请FR 04/06930中描述的种类。

作为一种优选方式，外倾连接通过车轴的防滚杆的平移运动来提供。

图13至18从而示出了根据本发明的悬架装置的一个优选特征的多个实施方式，该优选特征通过防滚杆的横向运动将一个车轮的外倾运动与同一车轴的另一车轮的外倾运动相联系。

图13至18示出再次采用图7的构造的用于前或后车轴组件的每个车轮的车轴。应该指出的是车辆前部是图中的右侧。

在图13中，防滚杆100连接下叉形架6和6’，使得正如本身已知的那样，在悬架行程不同时，一些负载能够从一个车轮传递到另一个车轮。为此，防滚杆100由支撑件101和101’引导而相对于车体绕着轴线AB转动并沿着AB平移，并且通过竖直拉杆102和102’连接到每个叉形架。根据本发明的一个优选特征，防滚杆还执行外倾连接功能。为此，水平拉杆103和103’将防滚杆连接到两个摇臂4和4’。摇臂在外倾方面的摆动使得防滚杆(沿着轴线AB)平移从而使得外倾摆动彼此依赖。在此实施例中，防滚杆的枢转轴线AB在车轴前方，并且水平拉杆作用在竖直拉杆上。

在图14中，防滚杆在车轴后方并且水平拉杆(103，103’)直接作用在防滚杆上，与其枢转轴线AB相距不远。

在图15中，防滚杆在车轴前方并且水平拉杆(103、103’)连接到轮架3和3’。它们通过竖直拉杆(102、102’)作用在防滚杆上。

在图16中，水平拉杆(103、103’)连接到滑动器的下部51和51’。它们通过竖直拉杆(102、102’)作用在防滚杆上，也就是说它们将其用作杠杆来放大传递到防滚杆的力并减小防滚杆在其支撑件中的横向移动。

在图17中，水平拉杆(103、103’)连接到摇臂4和4’。它们直接作用在防滚杆上。竖直拉杆(102、102’)连接到撑杆的下部，例如连接到阻尼器的体部。

在图18中，防滚杆在车轴后方。其直接连接到下部51和51’，而无需任何竖直或水平拉杆。相对于车体支撑防滚杆的支撑件也不同，因为它们使用大致竖直的连杆104和104’。图18还示出了致动器110，该致动器能够影响连杆104的摆动运动，也就是说防滚杆100的平移运动，从而影响车轴的车轮的外倾运动。该致动器可以是主动致动器(例如根据车辆驾驶参数而控制)或者简单的被动阻尼器。

图13至18示出通过防滚杆的平移运动提供的外倾连接的多种可行的构造，然而无数其它构造也是可以预期的。

这种外倾连接的原理实际上能够应用于其中车轮的外倾角变化的任何悬架装置，例如在公开号为WO 01/072572、EP 1247663、EP 1275534、WO 04/052666、WO 04/058521或WO 05/021294的专利申请中、或申请号为FR 04/06930、FR 04/07409或FR 05/04271的申请中描述的那些悬架装置。

图19示出在根据申请WO 01/072572、WO 04/058521、FR 04/06930或FR 05/04271的悬架装置的情形中通过防滚杆的平移运动提供的外倾连接的实施例。研究附图左侧部分可见，防滚杆100在这里通过竖直拉杆102连接到下臂，并且水平拉杆103将竖直拉杆的端部连接到其中一个外倾连杆(camber link)(在此情形中为内连杆76)。从而，车轮2(图中左侧的车轮)的外倾运动通过防滚杆100在支撑件101和101’中的平移运动而与相对的车轮2’(图中右侧的车轮)的外倾运动相关联。

图20示出在根据申请WO 04/052666、FR 04/07409或FR05/04271的悬架装置的情形中通过防滚杆的平移运动提供的外倾连接的实施例。研究附图左侧部分可见，防滚杆100在这里通过竖直拉杆102连接到下臂，并且水平拉杆103将竖直拉杆的端部连接到其中一个外倾杠杆(camber lever)(在此情形中为杠杆54)。从而，车轮2(图中左侧的车轮)的外倾运动通过防滚杆100在支撑件101和101’中的平移运动与相对的车轮2’(图中右侧的车轮)的外倾运动相关联。

叉形架形式的下臂6已经在各个实施方式中示出。这种叉形架当然可以按照目前已知的方式由构成三角形的两个臂替代。同样，在未转向轮的情形中，下臂当然可采用梯形的形状并且独立地(即无需求助于轨距杆61)控制车轮的转向角。从而在此申请中的措辞“下臂”包括悬架设计领域的技术人员所公知的各种可选项。

除非特别指明，本申请中所使用的术语“枢轴”同样优选地用于指代不仅允许绕着轴线转动而且允许沿着同一轴线平移运动的接头(一般称为“滑动枢轴”)，还用于指代仅允许绕着轴线转动的接头(一般称为“不滑动接头”)。枢轴类型的选择可能会影响力的传递，但是通常不会改变装置的运动学特性。

Claims (10)

1.一种相对于车体(8)悬挂车轮(2)的悬架装置(1)，所述装置允许大致竖直的悬架运动并允许轮架(3)相对于车体的外倾运动，该装置包括滑动器(5)和下臂(6)，该下臂铰接到车体，该滑动器包括能够彼此相对运动的上部(52)和下部(51)，该上部连接到车体，该装置还包括摇臂(4)，该摇臂在外倾平面中一方面铰接到下臂，另一方面通过连杆(7)铰接到轮架，其特征在于，该摇臂在外倾平面中铰接到滑动器的下部，并且该滑动器的下部连接到轮架。

2.如权利要求1所述的装置，其中连杆(71)通过第一和第二枢轴接头(27、28)分别铰接到该摇臂(4)和轮架(3)。

3.如权利要求2所述的装置，其中滑动器的下部通过第二球形接头(251)铰接到轮架。

4.如权利要求3所述的装置，其中滑动器的下部通过第一球形接头(241)铰接到摇臂，一个支柱(53)限制滑动器下部的转动。

5.如权利要求2所述的装置，其中滑动器的下部通过第三枢轴接头(243)铰接到摇臂。

6.如前述权利要求之一所述的装置，其中下臂是叉形架，摇臂通过第三球形接头(231)铰接到该叉形架，该装置还包括直接在摇臂上作用的转向杆(61)。

7.如权利要求1-5其中一项所述的装置，其中悬架弹簧(9)在滑动器内部起作用。

8.一种车轴，对于该车轴的每个车轮而言，包括一个如前述权利要求之一所述的悬架装置。

9.如权利要求8所述的车轴，还包括外倾连接装置，该外倾连接装置使得每个车轮的外倾依赖于该车轴的另一车轮的外倾。

10.如权利要求9所述的车轴，所述外倾连接装置还执行该车轴的防滚功能。

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