CN102933406B - 具有y梁式控制臂的扭转梁悬架 - Google Patents

Abstract

用于将车辆中的车架和车桥互连的悬架设备包括：控制臂，该控制臂具有第一梁和第二梁，该第一梁和第二梁具有彼此平行地间隔开的关系，每个梁均具有第一端和第二端，该第一端具有单个臂，该第二端具有上臂和下臂而形成Y形状，该第一端能够以枢转方式连接至车架，而该第二端能够连接至设于所述上臂和下臂之间的车桥；以及衬套装置，该衬套装置能够安装至所述车桥，该衬套装置具有上部和下部，该上部连接在所述第一梁的上臂和所述第二梁的上臂之间，该下部连接在所述第一梁的下臂和所述第二梁的下臂之间。

Description

具有Y梁式控制臂的扭转梁悬架

技术领域

本发明涉及车辆的悬架，尤其是重型车辆的悬架。更具体地，本发明涉及一种用于将车辆中的车架和车桥互连的后悬架设备。

背景技术

许多后部空气悬架允许车桥中的在侧倾情形(相对的车轮在垂直方向上行驶)下的扭转，以提供侧倾刚度。然而，由于车桥与这种悬架附接的方式，非期望的力被传递到车桥上。

Merkle的美国专利No.4,310,171中提出了一种解决方案。Merkle提出了一种车桥附接设备，该车桥附接设备具有控制臂，该控制臂具有两个平行的板，这两个板被成形为：在一端形成有水平间隔开的耳部以附接至车辆的吊架，并在相反的另一端形成有竖直间隔开的耳部以附接至车桥。该竖直间隔开的耳部借助于凸缘而刚性连接至车桥。由于这种刚性连接，该设备的侧倾刚度是固定的。

发明内容

根据本发明的悬架设备包括控制臂，该控制臂被设置为具有第一端和第二端的梁，该第一端具有单个臂，该第二端具有上臂和下臂，该上臂和下臂分叉而形成Y形状，所述第一端能够连接至车架，而所述第二端能够连接至设于所述上臂和下臂之间的车桥。衬套装置将这些臂安装到车桥上，该衬套装置具有与所述上臂连接的上部以及与所述下臂连接的下部，该衬套具有选定的刚度(rate)。

根据本发明的悬架通过将车桥限制在所述控制臂的两个臂之间而改善了扭转力向车桥的传递。车桥围绕扭转中心扭转，从而允许增加至车桥的扭转，而不会在车桥中引入额外的弯曲力矩。本发明借助于这种车桥衬套有利地增加了对悬架响应性的调整。

根据本发明的另一方面，所述控制臂由第一梁和第二梁形成，该第一梁和第二梁具有彼此平行地间隔开的关系，该第一梁和第二梁通过所述衬套装置而与车桥互连。根据本发明，可以改变该第一梁和第二梁之间的间距，以提供用于使车桥扭转的、所期望的机械方面的优点。该第一梁和第二梁是相对较薄的板构件，它提供了在组装时重量较轻的优点，同时，还在竖直方向上提供了足够的强度和刚度。此外，将该第一梁和第二梁形成为薄板还为悬架组件在适应横向悬挂情形方面提供了一定的横向灵活性。

因此，通过在竖直方向比在横向方向上具有更高刚度的控制臂，本发明提高了侧倾刚度。

根据本发明，所述第一梁和第二梁仅通过车桥衬套装置以及将这些梁安装至车架的第二衬套装置互连。

根据本发明的另一方面，该第一梁和第二梁在车桥端部的衬套装置设于该第一梁和第二梁各自的上臂和下臂之间的情况下彼此连接，以形成所述控制臂。

优选地，所述衬套装置包括两个上衬套和两个下衬套。

根据本发明的另一方面，可以改变将所述梁与车桥附接的衬套的刚度(rate)，以影响特定的悬架特性。例如，使两个上衬套在前后方向上刚度较大而在竖直方向上刚度相对较小，并使两个下衬套在前后方向上刚度较小而在竖直方向上刚度相对较大，这能够改善侧倾转向性(roll steer)、横向刚度(lateral stiffness)、侧倾刚度(roll rate)、束角刚度(toe stiffness)和外倾刚度(camber stiffness)。

根据本发明的又一方面，每个所述第一梁和第二梁均包括板部分和凸缘，该凸缘从所述板部分的边缘垂直延伸，其中，所述第一梁和第二梁在各自的凸缘沿相反方向延伸的情况下相互并置。

根据本发明的另一方面，所述悬架设备还包括吊架，该吊架能够安装至车架，所述控制臂的第一端以可枢转方式安装至该吊架。

根据本发明的又一方面，所述悬架设备还包括弹簧，该弹簧能够安装在车桥和车架之间。该弹簧可设置在如下的支架和位于如下的臂上的座之间，该臂能够安装至车桥并从车桥延伸，该支架能够安装至车架。

附图说明

通过参考以下详细描述、结合附图来阅读，将能更好地理解本发明，在附图中：

图1是根据本发明的悬架设备的侧视图；

图2是图1的悬架设备的透视图；

图3是用于将控制臂与车桥连接的顶部衬套装置的一个实施例的透视图；

图4是用于将控制臂与车桥连接的下衬套装置以及用于对弹簧进行支撑的弹簧臂的一个实施例的透视图；

图5是可在本发明的悬架设备中使用的可调衬套的一个示例；并且，

图6是可调衬套的另一个示例。

具体实施方式

图1是根据本发明的悬架设备的侧视图。图2示出了图1的悬架设备的透视图。该悬架设备将车架纵梁10和车桥12连接。在图2中，为了清楚起见，仅示出了该车架的另一侧的车架纵梁11，而该图的前景中的车架纵梁已被省去。本发明的悬架设备的组件将安装在车桥的每一端上，以将该车桥的每一端连接到相应的车架纵梁。图2详细示出了一个这样的组件，为了避免该图过于复杂，仅示出了上述另一侧的部件。

该悬架将车桥12和车架10互连。该图示中的车桥12是驱动桥并包括齿轮座14，该齿轮座14连接到变速器(未示出)的输出轴。车桥12还包括主轴16，其用于将一个或多个车轮安装到该车桥上。齿轮座14中的齿轮装置将驱动力传递到该主轴以使车轮转动。

该悬架包括控制臂20，该控制臂20在车架10和车桥12之间延伸。在附图中，控制臂20由两个平行梁22、24形成。具有两个平行梁22、24的实施例是优选的，因为它提供了具有足够强度和竖直刚度的、重量相对较轻的控制臂，并且它能够在一个梁失效的情况下提供冗余。然而，本发明也构思了形成该控制臂20的单个梁，因此，应在此意义上理解下文的描述。每个梁22、24均成形为Y形构造，从而包括具有单个臂的第一端30以及具有两个分叉臂(即上臂32和下臂34)的第二端。此术语“上”和“下”是针对该梁22、24安装在车架上时的定向而言的，如图所示。每个梁22、24均是大致平面的板材或板构件，并且其外边缘28垂直地弯曲或成形而形成凸缘，以增加该梁的刚度。如果重量不是重要的考虑因素，则该梁可以形成为具有足够厚度的板构件，以提供所需的刚度。替代地，该梁也可形成为箱状构件，该箱状构件具有侧壁和周壁以围成一个空间。

为了在将力传递至车桥12时提供所期望的机械方面的优点，可以选择构成该控制臂20的、梁22和梁24之间的间距。此外，也可以选择该梁22、24的外边缘28的深度，以在这些梁中提供具有期望大小的横向刚度。

为了进行竖直枢转运动，该控制臂20的第一端30安装到与所述车架附接的吊架40上。在此可以使用吊架衬套装置42。

根据本发明，车桥12在分叉的上臂32和下臂34之间安装至控制臂20。如图3中的透视图所示的上衬套组件50将控制臂20的上臂32连接至车桥12。如图4中的透视图所示的下衬套组件60将控制臂20的下臂34连接至车桥12。上衬套组件50和下衬套组件60连接至该车桥，并通过U型螺栓44将该车桥夹在上衬套组件50和下衬套组件60之间(图2中仅一个U型螺栓44可见)。

参见图3，上衬套组件50包括与车桥12接合的板52并具有两个肩状槽形部(shoulder and trough formations)54，这两个肩状槽形部54形成在所述板中以接合U型螺栓44，从而将该上衬套固定至车桥。两个衬套安装部56彼此平行地形成并竖立在板52上。衬套安装部56具有与所述车桥基本平行的孔58。衬套安装部56在各自的孔58中均载有选定的衬套(未示出)。控制臂20的上臂32借助于从衬套安装部56内的所述衬套中插入穿过的紧固件而安装到上衬套组件50上。

在所示的实施例中，梁22、24在该控制臂20的第一端30处并在分叉的上臂32和下臂34处互连，但梁22、24之间并不互连。如下文将讨论的，这提供了横向的灵活度。

现在转到图4，下衬套组件60包括与车桥12的底部接合的座62。座62位于具有安装孔的杆64之间，这些安装孔接纳U型螺栓44，以将下衬套组件60如上所述地固定至车桥12。下衬套组件60也包括设于座62下方的两个衬套安装部66。与上衬套组件50中一样，衬套安装部66也形成有与所述车桥平行的孔并载有选定的衬套(未示出)。控制臂20的下臂34借助于从衬套安装部66内的所述衬套中插入穿过的紧固件而安装到下衬套组件60上。

根据本发明，这些衬套优选形成为由弹性材料形成的圆柱形构件，其尺寸和形状适合于衬套安装部56、66，并且可根据刚性或刚度来选择该材料。因此，控制臂20在具有选定的弹性量的情况下附接到所述车桥。根据本发明的另一个方面，每个衬套安装部56、66中的衬套可以分别选定，从而例如允许上衬套组件50具有与下衬套组件60相同或不同的衬套刚度，或者允许每个衬套组件50、60中的两个衬套具有相同或不同的刚度。此外，每个衬套可具有可变刚度，以实现悬架特性的变化，即，衬套可以形成为在一个方向上具有与另一个方向上不同的刚度。如图5所示，一种已知的具有可变刚度的衬套80采用了在该衬套中置于选定的一个部分或多个部分中的孔洞82，以使此部分相对于衬套的其余部分减小刚度。孔洞82使得衬套80沿着这些孔洞的方向、在该图中沿着轴线A减小刚度。替代地，图6示出了由不同材料(相对较硬的材料92和相对较软的材料94)形成的衬套90的截面图。与沿着以B标示的轴线相比，衬套90沿着以A标示的轴线具有更大刚度。通过把具有可变刚度的衬套80、90选择性地定向在衬套安装部56、66中，可以调节该衬套组件的沿特定方向上的刚度。其他布置结构也是可以的，例如，该衬套也可以一半由较硬的材料制成，而另一半由较软的材料制成，从而沿着同一轴线、在两个相反方向上提供不同的刚度。

调节该衬套组件的刚度能够影响到悬架的特性。例如，可以利用可变衬套80、90来实现使两个上衬套在前后方向上刚度相对较大而在竖直方向上刚度相对较小，并使两个下衬套在前后方向上刚度相对较小而在竖直方向上刚度相对较大，这能够改善侧倾转向性、横向刚度、侧倾刚度、束角刚度和外倾刚度。

可以选择各个衬套组件上的上衬套安装部56和下衬套安装部66的间距和位置，以便以特定角度定向所述车桥来设定其行星齿轮(pinion)的角度。

重新转到图4，下衬套组件60包括梁70，在安装之后，该梁70从座62沿着与控制臂20延伸的方向相反的方向延伸。梁70包括用于减振器74(如图1和图2所示)的安装凸缘72，该减振器74连接在梁70和车架之间。弹簧座76位于梁70的端部以支撑弹簧构件，该弹簧构件在图1和图2中被示为空气弹簧78。如图1可见，空气弹簧78安装在梁70和车架之间。

通过将车桥限制在控制臂20的上臂32和下臂34之间，在侧倾情形中，施加至车桥的任何扭转都围绕其轴向中心施加，并且不会引入额外的弯曲力矩。相比之下，在常规的控制臂悬架中，仅在一侧连接至车桥(例如，通常在顶侧或底侧)，因此，在侧倾情形中存在着车桥扭转时引入的弯曲力矩。

控制臂20的具有较深竖直尺寸(垂直于车桥的轴线)和较窄横向尺寸(平行于车桥的轴线)的外形使得它在竖直方向上比横向方向上刚度更大。该竖直刚度使得控制臂20能够在侧倾情形中将载荷有效传递到车架上。通过使控制臂在横向方向上刚度较小，该控制臂减小了进入横向扭矩杆中的预加载荷的量。横向扭矩杆80可附接在扭矩杆支架18(图1中可见)和车架纵梁11之间。

已经根据优选的原理、实施例和部件对本发明进行了描述，然而，本领域的技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行等同替代。

Claims (18)

1.一种用于将车架和车桥互连的悬架设备，包括：

控制臂，所述控制臂包括具有第一端和第二端的梁，所述第一端具有单个臂，所述第二端具有上臂和下臂，所述上臂和所述下臂分叉而形成Y形状，所述第一端能够连接至所述车架，而所述第二端能够连接至设于所述上臂和所述下臂之间的所述车桥；

衬套装置，所述衬套装置能够安装至所述车桥，所述衬套装置包括上衬套装置和下衬套装置，所述上衬套装置具有由弹性材料形成并与所述上臂连接的上衬套，所述下衬套装置具有由弹性材料形成并与所述下臂连接的下衬套，所述上衬套装置和所述下衬套装置通过一个构件互连并在所述上衬套装置和所述下衬套装置之间提供了用于所述车桥的空间，每个所述上衬套和下衬套均具有选定的刚度。

2.如权利要求1所述的悬架设备，其中，所述控制臂包括第一梁和第二梁，所述第一梁和所述第二梁具有彼此平行地间隔开的关系。

3.如权利要求2所述的悬架设备，其中，每个所述第一梁和第二梁均包括板和凸缘，所述凸缘从所述板的边缘垂直延伸，其中，所述第一梁和所述第二梁在各自的凸缘沿相反方向延伸的情况下相互对置。

4.如权利要求2所述的悬架设备，其中，所述第一梁和所述第二梁在各自的上臂和下臂之间与所述衬套装置连接。

5.如权利要求1所述的悬架设备，其中，所述上衬套装置包括两个上衬套，并且所述下衬套装置包括两个下衬套。

6.如权利要求5所述的悬架设备，其中，所述两个上衬套中的每一个以及所述两个下衬套中的每一个均具有选定的刚度。

7.如权利要求1所述的悬架设备，其中，所述衬套装置包括多个衬套，每个衬套均具有可变刚度。

8.如权利要求1所述的悬架设备，还包括吊架，所述吊架能够安装至所述车架，所述第一端以枢转方式安装至所述吊架。

9.如权利要求1所述的悬架设备，还包括弹簧，所述弹簧能够安装在如下构件上的座与所述车架之间，该构件能够安装至所述车桥并从所述车桥延伸。

10.如权利要求1所述的悬架设备，其中，所述梁的所述单个臂、上臂和下臂限定一个平面，并且其中，所述梁在与所述平面平行的方向上比与所述平面垂直的方向上刚度更大。

11.一种用于将车辆中的车架和车桥互连的悬架设备，包括：

控制臂，所述控制臂包括第一梁和第二梁，所述第一梁和所述第二梁具有彼此平行地间隔开的关系，每个所述梁均具有第一端和第二端，所述第一端具有单个臂，所述第二端具有上臂和下臂而形成Y形状，所述第一端能够以枢转方式连接至所述车架，而所述第二端能够连接至设于所述上臂和所述下臂之间的所述车桥；以及

衬套装置，所述衬套装置能够安装至所述车桥，所述衬套装置具有上部和下部，所述上部包括由弹性材料形成并连接在所述第一梁的上臂和所述第二梁的上臂之间的上衬套，所述下部包括由弹性材料形成并连接在所述第一梁的下臂和所述第二梁的下臂之间的下衬套，所述上部和所述下部通过一个构件互连并在所述上部和所述下部之间提供了用于所述车桥的空间，所述衬套装置的上衬套和下衬套均具有选定的刚度。

12.如权利要求11所述的悬架设备，其中，每个所述第一梁和第二梁均包括板部分和凸缘，所述凸缘从所述板部分的边缘延伸，其中，所述第一梁和所述第二梁在各自的凸缘沿相反方向延伸的情况下相互对置。

13.如权利要求12所述的悬架设备，还包括吊架，所述吊架能够安装至所述车架，所述第一梁的第一端和所述第二梁的第一端以枢转方式安装至所述吊架。

14.如权利要求12所述的悬架设备，还包括弹簧，所述弹簧能够安装在所述车桥和所述车架之间。

15.如权利要求14所述的悬架设备，其中，所述弹簧设置在如下的支架和位于如下的臂上的座之间，该臂能够安装至所述车桥并从所述车桥延伸，该支架能够安装至所述车架。

16.如权利要求11所述的悬架设备，其中，所述衬套装置包括多个衬套，每个衬套均具有可变刚度。

17.如权利要求11所述的悬架设备，其中，所述衬套装置包括两个上衬套和两个下衬套。

18.如权利要求17所述的悬架设备，其中，所述两个上衬套中的每一个以及所述两个下衬套中的每一个均具有选定的刚度。