用于机动车辆的独立车轮悬架的制作方法

本发明涉及具有权利要求1的前序部分特征的用于机动车辆的独立车轮悬架。

背景技术：

在现代机动车辆上，所有的车轮以它们可以移动这样的方式连接至车辆的车身或底盘。这里，各个车轮以及该车轮安装于其上的车轮支架是簧下质量的一部分，其或多或少遵循各自行驶表面的高度，同时车身和底盘形成簧上质量的一部分，其至少在很大程度上应该与簧下质量的突然运动分开。在许多情况下，通过每个车轮的一个或多个连杆提供移动连接，连杆通常以允许它们围绕至少一个轴线枢转的方式连接至车辆车身。根据需要，不同数量的连杆可以用于引导车轮。根据连杆相对于车辆或其纵向轴线的路径，可以区分纵向连杆、倾斜连杆和横向连杆。在具有比较简单的结构并且几乎专门用于后车桥的悬架类型的情况下，每个车轮通过单个连杆可枢转地连接至车辆车身，该单个连杆也可以被称为摇臂。各自连杆可以是纵向连杆，该纵向连杆因此围绕与车辆横向轴线平行的枢转轴线可枢转，或可以是倾斜连杆，在该倾斜连杆中枢转轴线相对于横向轴线并且相对于纵向轴线是倾斜的。车轮支架经常以固定的方式连接至连杆或甚至与连杆整体制造。连杆通常具有大致三角形的结构，在该三角形结构中用于连接至车辆车身的两个枢轴轴承设置在前部区域中，并且车轮支架或用于后者的连接点设置在后部区域中。

主要是为了最小化行驶系的一部分传递至车辆车身的振动，连杆通常通过柔性轴承连接至车辆车身。虽然轴承的柔性以期望的方式抑制震动和振动的传递并且因此总体有助于乘坐舒适性，但这同时也影响连杆相对于车辆车身以及相对于车轮的导向。在横向作用力的情况下，尤其在转弯时，摇臂相对于车辆车身围绕车辆的垂直轴线扭转。因此，车辆倾向于转向过度，轴承的设计更柔软或更柔性更是如此。原则上，这个问题可以通过将纵向或倾斜连杆与横向连杆结合来解决，但这关于车桥的运动学是有问题的，并且在某些情况下甚至可能是完全不切实际的。

专利文件us3,781,032a显示一种托臂轴，各个车轮通过y型臂连接至车辆车身。y型臂通过两个前枢轴轴承连接至车辆车身，该y型臂定义与y轴线平行的枢转轴线。车轮支架在后部区域中设置在y型臂上。在车轮支架附近，y型臂通过悬架支柱连接至车辆车身，该悬架支柱相对于z轴线朝向x轴线倾斜。

carlitza，alliberts，schmitzt和engelsa，“力矢量弹簧实施到扭转梁后悬架中的效应”，sae(美国汽车工程师学会)国际车辆动力学、稳定性和nvh(噪声、振动和不平顺性)杂志，1(2):283-288，2017，描述一种扭转梁车桥，相对于车辆车身支撑在该扭转梁车桥上的弹簧是由力矢量弹簧提供的。这些产生侧分力，该侧分力用于为各自车轮提供更佳的轨迹控制。

专利文件us7,984,915b2显示一种车轮悬架，在该车轮悬架中车轮支架通过一个纵向连杆、两个后横向连杆和一个前横向连杆连接至车辆车身。悬架支柱安装在后下部横向连杆上。为了在受到侧向力作用时调整相关车轮的追踪行为，规定前横向连杆在横向方向上的刚度是可调节。为此目的，这个横向连杆具有液压驱动器，可以通过该液压驱动器调整刚度。例如，可以根据传感器数据控制驱动器，传感器数据对应于车辆的速度、载荷或加速度。

专利文件us6,343,618b1公开一种具有两个串联连接的闭合阀瓣的阀单元，闭合阀瓣各自通过弹簧加载的关闭元件来驱动。像悬架支柱那样，关闭元件具有螺旋弹簧并且通过球头节安装在阀壳体内。

专利文件gb1482500a显示一种具有悬架支柱的后车轮悬架，该悬架支柱充当车轮导向构件并且将车轮支架连接至车辆车身，并且该后车轮悬架具有由钢板制成的纵向摇臂，该纵向摇臂将车轮支架连接至车辆车身，其中该臂可枢转地连接至车辆车身。后车桥的两个纵向摇臂通过铰接至车辆车身的其端部区域中的横向钢板条连接以给出刚性形状和固定角度而结合为由钢板制成的整体结构单元。

鉴于指出的现有技术，在防止或最小化具有纵向连杆或倾斜连杆的独立车轮悬架的转向过度方面肯定有改进的空间。

技术实现要素：

本发明的基本目的是在具有独立车轮悬架的车辆车桥的情况下抵消转向过度。

根据本发明，目的是通过具有权利要求1的特征的独立车轮悬架来实现的，其中从属权利要求与本发明的有利实施例有关。

应该注意的是在下面的描述中单独提出的特征和措施可以以任何技术上可行的方式结合，给出本发明的更多实施例。此外，描述尤其结合附图表征和具体说明本发明。

本发明提供一种用于机动车辆的独立车轮悬架。在这种背景下，考虑到的机动车辆是乘用车或卡车。车轮悬架可以用于前车轮或后车轮。特别地，车轮悬架可以用于驱动或未驱动的后车轮的车轮悬架。在这种背景下，术语“独立车轮悬架”意味着车桥上的两个车轮是单独并且彼此独立地悬架并且因此可以至少在很大程度上彼此独立地移动。然而，这包括由稳定器以已知的方式提供独立车轮的悬架之间的力传递的可能性。然而，稳定器(在存在的情况下)例如像在扭转梁车桥的情况下那样不在两侧刚性地连接至车轮悬架。

车轮悬架具有连杆，连杆具有以围绕枢转轴线可枢转这样的方式安装在车辆车身的柔性枢轴轴承。也就是说，形成枢轴轴承，连杆通过枢轴轴承以相对于车辆车身可枢转这样的方式安装。在优选实施例中，车轮悬架具有连杆，连杆以通过至少相对于y轴线偏移的两个柔性枢轴轴承围绕枢转轴线可枢转这样的方式安装在车辆车身上。也就是说，形成两个枢轴轴承，连杆通过两个枢轴轴承以相对于车辆车身可枢转这样的方式安装。这里，“车辆车身”用作车身壳体、底盘以及(在存在的情况下)副车架的统称。例如，接收橡胶-金属衬套或相似元件的轴承凸耳或轴承套筒可以在连杆上形成。例如，穿过橡胶-金属衬套的枢轴销可以设置在车辆车身上。在每种情况下，两个枢轴轴承都是柔性设计，其主要目的是最小化传递至车辆车身的震动和振动。两个枢轴轴承相对于彼此的布置定义枢转轴线，枢转轴线通常也对应于轴承套筒或相似元件的对准。两个枢轴轴承优选关于y轴线相对于彼此偏移设置，并且因此枢转轴线与x轴线成一角度——即不与x轴线平行。此外，作为一选项，枢轴轴承也可以关于x轴线和/或关于z轴线相对于彼此偏移设置。

此外，连杆具有用于车辆车轮的至少间接连接的车轮连接点。车轮连接点可以用于固定车轮支架。然而，车轮支架在连杆自身上形成也是可能的。众所周知，为了安装车轮的目的提供车轮支架或这种转向节，车轮因此在安装状态下相对于其可旋转地安装。两个枢轴轴承以及车轮连接点形成大体三角形布置。在一些实施例中，连杆也可以被称为a臂。关于连杆的材料和进一步配置，在本发明的背景下没有限制。例如，连杆可以制造为由金属板材零件组成的壳体结构，其可以由灰铸铁或例如铝这样的轻金属铸成，或其可以由复合材料或纤维增强塑料制成。当然，该材料的组合也是可想到的。连杆可以或多或少具有片状形式或可以具有几个臂，在臂的端部分别设置有枢轴轴承或车轮连接点。这种臂可以具有直的、弯曲的和/或成角度的设计。

连杆至少通过被动弹簧元件间接连接至车辆车身。也可以说车辆车身至少通过被动弹簧单元间接支撑在连杆上。当然，这里，弹簧单元用于相对于车辆车身为车轮提供弹簧支撑。弹簧单元可以直接安装在连杆上或可替代地安装在例如车轮支架这样的连接至连杆的部件上，当后者没有与连杆整体形成时。弹簧单元用于将车辆车身(即车辆的簧上质量)与簧下质量分开。在车轮的垂直偏转以及因此连杆相对于车辆车身的垂直偏转的情况下，存在弹簧单元的弹性变形，这进而导致回复力。弹簧单元可以是单部分或多部分设计。弹簧单元是被动设计，即没有任何驱动器或马达驱动。

不言而喻的是连杆可以直接或可替代地通过减震器间接地连接至车辆车身，该减震器用于通过将动能转化为热来抑制振动。这种减震器可以在空间上与弹簧单元结合。

根据本发明，弹簧单元设计为在连杆上产生分力，该分力沿着y轴线向外指向并且在压缩过程中增加。弹簧单元因此设计为在连杆上产生分力，该分力沿着y轴线向外指向。如上面已经指出的，弹簧单元可以直接或间接(通过至少一个插入部件)将分力传递至连杆。相应的分力沿着y轴线(即在横向方向上)——也就是从车辆中心或车辆中心平面向外——起作用。如果由于增加的静态或动态载荷而发生压缩，即车辆车轮相对于车辆车身的垂直偏转，则相应的分力增加。原则上，这包括在没有压缩的情况下(也就是说例如在正常载荷下)，相应的分力是零并且因此在压缩期间从零开始增加。

在转弯过程中，在弯道外侧的车轮上发生压缩。同时，车辆车身的惯性导致车身相对于弯道、相对于连杆以及设置在连杆上的车轮向外推的倾向。如从车辆车身所看到的，在弯道外侧的车轮或在弯道外侧的连杆受到朝向车辆的中心起作用的力或围绕垂直轴线的相应扭矩。虽然这被由弹簧单元产生的分力抵消，但这将导致转向过度。根据实施例或瞬间载荷，转向过度可以完全或部分地被抑制。这里，车轮悬架或弹簧单元当然优选设计或以这样一种方式设置：在该方式中当车辆直线向前行驶时，平行于行驶方向的车轮对准是由横向(即沿着y轴线)作用在每个车轮或每个连杆上的力的总和引起的。也就是说，例如，如果即使在直线向前行驶中弹簧单元产生横向分力时，则这可以通过在车轮连接点处的轴承力补偿。

在根据本发明的实施例中，转向过度被纯被动弹簧单元抵消是有利的。不需要主动元件，主动元件将使车轮悬架的结构复杂化。这里，弹簧单元也至少在用于连杆或相对于车辆车身设置与连杆上的车轮的弹簧支撑的通常功能中占了一部分。根据实施例，不需要任何附加部件但仅需要实施例的修改或在任何情况下都存在的部件的布置。

弹簧单元以向外指向的分力作为车辆车轮的车轮载荷的函数单调地增加这样的方式配置，是有利的。也就是说，车轮载荷越大，向外指向的分力就越大。在这种情况下，在回弹过程中的向外指向的分力减小。这确保在弯道内侧的车轮处的转向过度同样被抵消，这通常回弹。在转弯过程中，车辆车身的惯性通常在弯道内侧的这个车轮上施加力或扭矩，力或扭矩相对于车辆车身向外(即远离车辆中心)推车轮。这同样对应于转向过度。凭借由弹簧单元产生的向外指向的分力与直线向前行驶相比减小的事实，在弯道内侧的车轮处的转向过度至少也减小或甚至避免。

根据一实施例，枢转轴线与y轴线平行，其中连杆设计为纵向连杆。也就是说两个枢轴轴承相对于x轴线和z轴线在同一位置并且仅沿着y轴线相对于彼此偏移，通常间隔开。连杆设计为纵向连杆并且相对于x轴线从枢轴轴承朝向后面延伸。通常，车轮连接点对应于连杆的最后部分。根据本发明的车轮悬架的优势在这个实施例中最有力地发挥作用，因为横向力(即在y轴线的方向上作用的力)用大的有效杠杆臂作用于连杆上。因此这种力的至少部分补偿在转弯时是特别重要的以便稳定各自车轮的轨迹。

根据替代实施例，枢转轴线与y轴线成一角度，其中连杆设计为倾斜连杆。在这种背景下，也使用术语“半拖曳车桥”。设置在两侧的连杆的枢转轴线相对于车辆中心平面是对称的。它们相对于x-y平面各自倾斜地延伸，即既不平行于x轴线也不平行于y轴线。相对于y轴线选定的角度可以不同，通常在10°到45°之间。此外，枢转轴线可以与x-y平面成一角度，即两个枢轴轴承另外可以关于z轴线相对于彼此偏移，即它们可具有垂直偏移。在这种情况下，可以说各自枢转轴线在x-y平面上的投影与x轴线并且与y轴线成一角度。

弹簧单元优选地可以具有弹簧，弹簧的力的作用线相对于z轴线朝向y轴线向内倾斜。这里，力的作用线对应于由弹簧产生的力的有效路径。如所描述的，如果力的作用线相对于z轴线朝向y轴线向内倾斜即当从下往上看时力的作用线向内(即朝向车辆中心)延伸，弹簧必定一方面产生用于支撑车辆车身的垂直分力，并且另一方面产生水平分力，也就是向外指向的分力。两个分力在压缩期间增大。根据需要，力的作用线相对于z轴线的选定斜率的大小可以不同。然而，选定斜率通常小于45°，其结果是垂直分力大于向外指向的分力。

例如，弹簧可以支撑在与连杆分开制造的车轮支架上。另外，原则上也可想到用于弹簧和连杆之间的力传递的可能复杂机制。根据有利的实施例，弹簧支撑在连杆上。通常，弹簧可能通过弹簧盘或一些其他合适的元件支撑在连杆的上侧，通过弹簧盘或一些其他合适的元件实现弹簧和连杆之间的固定连接。弹簧以铰接的方式安装在连杆上也是可能的，因此允许特定的枢转运动。

力的作用线的倾斜可以通过各种方式实现。一方面，弹簧的中心线可以相对于z轴线朝向y轴线向内倾斜。在圆柱螺旋弹簧的情况下，中心线或弹簧中心线对应于圆柱轴线。在非圆柱弹簧的情况下，单独的圈数具有不同的直径和/或相对于彼此偏移，例如每个单独圈数的中心点的类型正常构造并且该中心点通过虚线连接，该虚线接着形成中心线。然而，本发明明确地不限于螺旋弹簧；相反，也可以使用例如气动弹簧这样的其他类型的弹簧。

可替代地或此外，弹簧的力的作用线相对于弹簧的中心线朝向y轴线向内倾斜。也可以说力的作用线在y-z平面内相对于中心线偏斜或倾斜。也就是说，力的作用线在y-z平面上的投影与中心线的投影成一角度。在数学上，这也可以被解释为围绕x轴线旋转。也就是说力的作用线的倾斜不能通过弹簧的倾斜实现(或至少不仅仅通过弹簧的倾斜实现)，而是通过弹簧的设计来实现。这种弹簧也被称为力矢量弹簧。虽然弹簧的中心线在卸载状态下可以是弯曲的，但这种弹簧通常以它们在安装状态下也可以在正常载荷下产生直线中心线这样的方式设计。在这种状态下，外形尺寸至少大体上可以对应于传统弹簧，在传统弹簧中力的作用线与中心线一致。这种力矢量弹簧可以以其中心线平行于z轴线(即不需要弹簧的整体倾斜)这样的方式安装。这对车轮悬架的整体尺寸有决定性的优势。通常，倾斜弹簧的安装由于设计的原因而受到限制，并且因此在向外指向分力的影响方面也存在这些限制。在描述的力的不同作用线的情况下，可以克服这些限制。因此产生向外指向的分力是可能的并且也可能在不改变弹簧的安装位置或尺寸的情况下适应于不同的车辆模型变体。为了这个目的，需要的全部就是使用具有不同的力的作用线的弹簧。

原则上，弹簧可以以不同的构造形式实施，例如实施为气动弹簧。根据另一实施例，弹簧设计为螺旋弹簧。在这种情况下，弹簧通常由弹簧钢或纤维复合塑料组成。螺旋弹簧在松弛状态下通常是直圆柱形，在螺旋弹簧中力的作用线和中心线一致。在本发明的背景下，可以考虑构造形式，在构造形式中例如单独圈数的曲率半径变化或可替代地中心线在松弛状态下是弯曲的。

根据这样的实施例，弹簧在松弛状态下是s形。这指的是在松弛状态下的弹簧或其中心线的形状。如上面已经提到的，这种弹簧在伸展或压缩状态下通常是直线的。然而，在伸展状态下它们具有与中心线不一致但与该中心线成一角度的力的作用线。用具有由纤维橡胶复合材料组成的旋转波纹管的气动弹簧也可以达到相似的效果。在这种情况下，通过旋转波纹管的不对称配置实现力的作用线与气动弹簧的几何中心线成一角度。

附图说明

本发明的更多有利细节和效果在下面通过在附图中说明的各种图示实施例更详细地进行解释。附图中：

图1显示根据本发明的独立车轮悬架的第一实施例的平面图；

图2显示处于直线向前行驶的来自图1的独立车轮悬架的正视图；

图3显示在转弯时来自图1的独立车轮悬架的正视图；

图4显示根据本发明的独立车轮悬架的第二实施例的平面图；

图5显示处于直线向前行驶的来自图4的独立车轮悬架的正视图；

图6显示在转弯时来自图4的独立车轮悬架的正视图；以及

图7显示根据本发明的独立车轮悬架的第三实施例的平面图。

具体实施方式

在各个附图中，相同部分在所有情况下具有相同的附图标记，因此这些部件通常也仅描述一次。

图1显示根据本发明的用于例如汽车这样的机动车辆的独立车轮悬架1的示意图。这里，图的平面对应于机动车辆的x-y平面。两个车轮5、15各自通过连杆2、12连接至车辆车身20。在这种情况下，每个连杆2、12在前部区域具有两个枢轴轴承2.1、12.1，枢转轴线s1、s2由枢轴轴承2.1、12.1定义。每个枢轴轴承2.1、12.1以在此未具体说明的方式形成为柔性轴承，例如通过安装在在连杆2、12上形成的轴承套筒中的橡胶-金属衬套。每个连杆2、12的两个枢轴轴承2.1、12.1平行于y轴线相对于彼此偏移，其结果是各自的枢转轴线s1、s2也平行于y轴线。

每个车轮5、15通过车轮支架导向，车轮支架在车轮连接点2.2、12.2与连杆2、12整体地形成。每个连杆2、12相对于车辆车身20通过被动弹簧单元3、13而提供有弹簧支撑，被动弹簧单元3、13在目前情况下是由螺旋弹簧4、14形成的。如特别从图2的正视图可以看到的是，各自弹簧4、14不与z轴线平行；相反，其中心线m1、m2朝向y轴线(即朝向车辆中心)向内倾斜。每个弹簧4、14设计为传统均匀的螺旋弹簧，并且因此弹簧4、14的各自力的作用线w1、w2与中心线m1、m2一致并且同样相对于z轴线倾斜。

图2对应于在正常载荷下并且在直线向前行驶下的车辆的状态。弹簧4、14两者受到相同的载荷。图3显示对应于图2的正视图，然而其中说明转弯。结果，在弯道外侧的车轮15受到的载荷大于在弯道内侧的车轮5受到的载荷。以相应的方式，在弯道外侧的弹簧14内作用的垂直分力f2z大于在弯道内侧的弹簧4中作用的垂直分力。因为弹簧力与各自力的作用线w1、w2平行以及因此与中心线m1、m2平行地起作用，所以弹簧4、14的倾斜一方面导致在弯道内侧的弹簧4中的较小的垂直分力f1z。另一方面，在弹簧4在弯道内侧的情况下，平行于y轴线的向外指向的分力f1y小于在弯道外侧的弹簧14中的相应分力f2y。

在弯道外侧的弹簧14中的较大的向外指向的分力f2y在连杆12上产生扭矩，扭矩在连杆12离开弯道时倾向于使该连杆向外转动。因此向外指向的分力f2y完全或部分地补偿相反的分力(这里未说明)，相反的分力是由车辆车身20的惯性并且由在转弯过程中车轮15在行驶表面上的摩擦力引起的。以这种方式至少减少并且在理想情况下甚至避免可能的转向过度。同样，弯道内侧的弹簧4与直线向前行驶相比是松弛的，其结果是向外指向的分力f1y与直线向前行驶相比是减小的。由于其他分力(这里未说明)，例如分力在枢轴轴承2.1中产生，因此在弯道内侧的连杆2也整体受到抵消转向过度的扭矩。在显示的构造的情况下，因此虽然枢轴轴承2.1、12.1具有比较高的柔性以便例如提高乘坐舒适性，至少限制并且在理想情况下避免转向过度是可能的。

通常，虽然为了清楚起见没有在图1-3中说明，但每个连杆2、12通过减震器连接至车辆车身20。同样，两个连杆2、12通常可以通过稳定器彼此连接，车辆车身20的侧倾运动通过稳定器限制。

图4-6显示根据本发明的独立车轮悬架1的第二实施例，独立车轮悬架1在很大程度上对应于在图1-3中显示的第一实施例并且在此程度上不再再次解释。然而，在这个实施例中，使用螺旋弹簧4、14，用螺旋弹簧4、14的力的作用线w1、w2相对于中心线m1、m2朝向y轴线向内倾斜。然而，各自弹簧4、14以及其各自的中心线m1、m2垂直对准，即平行于z轴线。在所考虑的示例中，偏离中心线m1、m2的力的作用线w1、w2是凭借各自弹簧4、14在松弛状态下是s形的事实来实现的。在安装状态下，弹簧4、14以直线方式对准，因此在弹簧4、14内获得不对称的力分布，导致力的作用线w1、w2的图示倾斜。如从图6(图6再一次说明转弯)与图3的比较可以看到的，在这个实施例中也可以产生向外指向的分力f1y、f2y，在弯道内侧的车轮5上的分力小于在弯道外侧的车轮15上的分力。因此，这里至少可以减少转向过度。在图4-6所示的实施例中，没有必要以倾斜角度设置弹簧4、14是有利的，并且因此它们可以更容易集成到整体车轮悬架1中。在不必调整弹簧4、14的外形尺寸或安装位置的情况下产生或改变向外指向的分力f1y、f2y是可能的。

图7以对应于图1和图4的平面图显示根据本发明的车轮悬架1的第三实施例，车轮悬架1在很大程度上与图4-6中显示的实施例相同并且因此不再再次解释。然而，在这个实施例中，连杆2、12设计为倾斜连杆。也就是说各自连杆2、12的枢轴轴承2.1、12.1不仅在y方向上而且在x方向上相对于彼此偏移设置。因此，各自的枢转轴线s1、s2在x-y平面内倾斜地延伸。在如图4-6的这里显示的实施例中，使用垂直对准的弹簧4、14，在此情况下力的作用线w1、w2相对于中心线m1、m2向内倾斜。作为替代，如图1-3，使用整体向内倾斜的传统螺旋弹簧也将是可能的。

附图标记列表：

1车轮悬架

2,12连杆

2.1,12.1枢轴轴承

2.2,12.2车轮连接点

3,13弹簧单元

4,14弹簧

5,15车轮

f1y,f1z,f2y,f2z分力

m1,m2中心线

s1,s2枢转轴线

w1,w2力的作用线

20车辆车身

xx轴线

yy轴线

zz轴线