專利名稱：一種具有傾斜的力作用線的螺旋彈簧的后輪懸架的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種后輪懸架，其具有彈簧，在優選實施例中該彈簧為螺旋彈簧，螺旋彈簧有幾何彈簧中心線和力的作用線，其被支承在上彈簧座和下彈簧座中，轉彎時，彎道外側的車輪或關聯的螺旋彈簧向內側偏轉，彎道內側的車輪或關聯的螺旋彈簧向外側偏轉。
背景技術：
這種類型的后輪懸架公知的例如是半獨立式車橋。德國第DE 10 2004 058 698 B3號專利文獻公開了一種車輪懸架或活動式底盤， 其包含車身，通過連桿布置可移動地連接到車身的車輪，其具有輪轂支架和至少一個螺旋壓縮彈簧，螺旋壓縮彈簧一端支承在車身上，另一端支承在在輪轂支架或連桿布置上。車身支架的彈簧剛度應該可以相對于車輪的接觸點以一種可以控制的方式改變。此處使用螺旋壓縮彈簧布置，其力的作用線偏離幾何彈簧中心線。力的作用線通過轉向裝置相對于幾何中心線在空間上調節。因此，當機動車輛負載時，可以在車輛的后橋帶來負載偏移。換言之， 當力的作用線相對于彈簧的中心線在空間上偏轉時，機動車輛的高度在后者的后面調節。 德國第DE 10 2004 058 698 B3號專利文獻的關鍵點在于能單獨調節車輛每側的螺旋壓縮彈簧，也就是說也能主動地進行控制。在德國第DE 10 2004 058 698 B3號專利文獻的一個說明性的實施例中公開了這樣一種情況螺旋壓縮彈簧作為麥弗遜式滑柱的一部分，換言之作為前車輪懸架的一部分，可以被傾斜地設置。但是，這僅僅解決了使懸架滑柱的導向元件或活塞免受破壞力的問題，德國第DE 699 08 502 T2號專利文獻也公開了這個方案。 德國第DE 10 2004 058698 B3號專利文獻進一步教導后輪懸架上的螺旋壓縮彈簧垂直地安裝。在德國第DE 699 08 502 T2號(同歐洲第EP 0 976 591 Bl號)專利文獻中公開了一種具有懸架滑柱和圍繞后者的螺旋壓縮彈簧的前車輪懸架，螺旋壓縮彈簧固定在懸架滑柱上的下座和車身上的上座中。螺旋壓縮彈簧具有在無負載的情況下以一定的彎曲半徑彎曲的轉向軸。螺旋壓縮彈簧呈C形或設置在位于兩個安裝點間的C形物中。通過這種方式，該發明達到了減少作用在懸架滑柱的導向部分和其中的活塞的側向力的目的。國際公布號為WO 2009/124658的專利文獻公開了一種反向轉向的后驅動橋，該反向轉向的后驅動橋在加在彎道外側的車輪上的側向力的作用下，引起輪轂支架繞前束方向上的虛擬延伸軸線旋轉，其中，上述車輪固定在上述輪轂支架上，上述輪轂支架通過支承元件支承在實質上沿車身縱向延伸的縱向構件上。國際公布號為WO 2009/124658的專利文獻以半獨立車橋為基礎，在側向作用力的作用下，也就是說，例如在轉彎時，該半獨立車橋有過度轉向的傾向，因此，該發明的目的就是設計一種滿足一般強度要求的車橋。為達到這個目的，國際公布號為WO 2009/124658的專利文獻提出在車輪中心上方和下方兩種情況下各提供兩個支承元件，這些支承元件力矩可變，但是能抵抗彎曲，并且和延伸的虛擬軸線一樣，相對于側向凸出的垂直方向實質上傾斜相同的角度，上連接支承元件在機動車輛的橫向上實質上向內延伸，其一端支承在輪轂支架上，另一端支承在上轉矩支承元件上，上轉矩支承元件的另一端支承在車橋體上，下連接支承元件實質上在縱向上延伸，一端支承在輪轂支架上，另一端支承在下轉矩支承元件上，下轉矩支承元件的另一端支承在車橋體上。特別地，當機動車輛轉彎時，大量側向力作用在彎道內側和外側的車輪上，并且這些力需由后車輪懸架或其中的組件吸收。這些側向力由適當的支架或支承襯套吸收已經公知，并且，一方面，這些部件必須有足夠的剛度以避免過度轉向。另一方面，支架或支承襯套需要有足夠的柔韌性以到達一定的乘坐舒適度。為了減少后車輪懸架的負前束效應，可以傾斜地布置支架或支承襯套，這在例如如圖1所示的公知技術中可以看到。圖1表示一種具體為半獨立車橋的后車輪懸架1。后車輪懸架1包含兩個后縱向擺動臂2，其在接近旋轉軸的前方通過焊接剖面3連接。典型的剖面3典型地具有U或T形的橫截面，其尺寸制成使得在一側向內和外偏轉時扭曲，并可以起到穩定器的作用。對于具有類似構造的扭力梁式車橋，縱向連桿通過具有焊接扭力管的向下開口的U形剖面大致在中部相互連接。如果剖面在端部連接縱向連桿，則使用術語“扭力曲柄式車橋”。轉彎時在側向力的作用下車輪懸架結構元件的依從性導致負前束效應。但是，結構部件的依從性和車橋的前束校正運動導致遲鈍駕駛，機動車輛的駕駛員和車內的乘客認為遲鈍駕駛是一個缺點。因此，需要設計后輪懸架的各個部件或結構元件以抵消這種依從性，即抵消這種易彎曲性，也就是說它們的尺寸需要改變。這使得重量增加，例如如果材料的厚度需要做相應的改變，會給機動車輛的重量，特別是后輪懸架帶來不利影響。但是，重量的增加同樣意味著例如耗油量的增加。但是，例如德國第DE 10 2008 045 817 Al號專利文獻公開了另一種公知方案，其在半獨立車橋中額外增加一個稱為瓦特式三桿件懸架(Watt linkage)的結構。通過增加瓦特式三桿件懸架，支承襯套可以制造得柔軟些以增加乘坐舒適度，并且側向力可由額外增加的瓦特式三桿件懸架吸收。但是，即使可以相應改變后輪懸架的各個部件的設計，額外增加的瓦特式三桿件懸架還是額外地增加了機動車輛，更具體地說后輪懸架的重量。此外， 額外增加的瓦特式三桿件懸架需要額外的安裝空間，而安裝空間可能有限。所以，考慮到例如后行李箱的可用空間，也就是說，考慮到例如備用車輪的布置，需要做一些折中。除了需要安裝瓦特式三桿件懸架的額外組件，還額外產生了一個聲音通道，車輛內的乘客可能會容易聽到一些令人煩惱的噪聲。
發明內容
因此，本發明的根本目的就是以簡單的方式通過以下一種方式改進背景技術的后輪懸架，即使得上述懸架在例如重量和依從性方面得到改善，同時不需要額外增加組件， 這樣所需的安裝空間也不會增加。根據本發明，上述目的通過具有以下特征的后輪懸架實現，該后輪懸架具有彈簧， 該彈簧具有彈簧中心線和力的作用線，并且支承在上、下彈簧座中，彈簧在一個優選實施例中具體為螺旋彈簧，其以這樣的方式實施和布置，即，其力的作用線在向內偏轉時的傾斜程度與向外偏轉時的傾斜程度不同。向內偏轉時的傾斜程度最好比向外偏轉時的傾斜程度大。換言之，彈簧以這樣的方式布置和實施，即，其力的作用線在向內偏轉時比向外偏轉時更偏向水平面，并且在兩種情況下，即在彎道內側和彎道外側車輪上，力的作用線都是相對
4水平面和垂直面傾斜。因此，在向外偏轉的情況下，力的作用線變得更豎直些，當向外偏轉時上彈簧座與下彈簧座之間的距離增加。當然，轉彎時彎道內側的車輪，更具體的說是安裝在那里的彈簧，向外偏轉；彎道外側的車輪，更具體地說是安裝在那里的彈簧，同時向內偏轉，由彈簧并且其實也由彎道內側的車輪產生的側向分力比彎道外側產生的小，相應的細節如下。下面的說明中，作為彈簧優選實施例的螺旋彈簧與彈簧同樣地表示。力的作用線有一個上尖端和一個下尖端。對于上尖端，力的作用線與上彈簧座相交。對于下尖端，力的作用線與下彈簧座相交。對于彈簧的中心線，例如當螺旋彈簧向內或向外偏轉時，上尖端和下尖端布置在彈簧中心線相對的兩側。如果螺旋彈簧的力的作用線傾斜地布置，是有利的，當車輛轉彎時，可以產生側向力，抵消相應車輪的側向力。因為螺旋彈簧產生和吸收了側向反作用力，后輪懸架的組件或結構元件的尺寸可以減少，因為可以把它們設計成對抗相應的低負載。這樣，可以有利地達到減少重量的目的，其直接效果就是耗油量減少。此外，不需要額外的組件，例如瓦特式三連桿懸架，并且不會不利地影響需要的安裝空間，因為根據本發明，以最簡單的方式實施的螺旋彈簧僅需傾斜安裝即可，或者更具體的說，螺旋彈簧以這樣的方式安裝，即，使其力的作用線傾斜布置，以便產生側向力來抵消相應車輪的側向力。在一個有利的實施例中，可以簡單地使上、下彈簧座之間的后輪懸架的螺旋彈簧傾斜安裝，產生相應傾斜的力的作用線。最好是螺旋彈簧的上端遠離車輪，其下端位于朝向車輪的方向。但是，還可以想到的是，可以以相應的方式實施上、下彈簧座，以確保螺旋彈簧或其力的作用線傾斜。螺旋彈簧通過以下這樣的方式布置和實施是有利的，S卩，例如當螺旋彈簧向外或向內偏轉時，與下尖端相比，上尖端比下尖端離彈簧的幾何中心更近些，這樣，形成了產生側向力的不對稱的壓力分布，其抵消掉車輪的側向力。在一個優選實施例中，后車輪懸架實施為半獨立車橋，每個(后)車輪至少分配一個力的作用線方向彼此相向的螺旋彈簧，各自的上尖端從各自的上彈簧座穿過。所以，后輪懸架或半獨立車橋的各自的車輪的各自的螺旋彈簧相對于縱軸相對傾斜，即各自的上端彼此相向，但是當螺旋彈簧即不向內也不向外偏轉時，兩者最好具有相同的傾斜度。螺旋彈簧一般由上、下彈簧座的引導元件引導。一個公知的選擇是把引導元件實施成接合在上、下彈簧吊耳中的銷。與公知技術不同，本發明中可以把引導元件接合在螺旋彈簧的外圓周。這樣，例如下彈簧板或下彈簧座可以有利地以一定角度放置。在本實施例中，轉彎時下彈簧板或多或少的在彎道外側向內移動，這樣上彈簧座和下彈簧座之間的距離在彎道外側減少，因此螺旋彈簧被壓縮，并產生如下效應在水平方向上力的作用線的傾斜增大。這樣就可能產生側向力以抵消車輪的側向力。傾斜的彈簧盤的另一個有利效果是下彈簧吊耳中的壓力點相對于彈簧幾何中心的移動增加。本發明提供一種后輪懸架，例如半獨立車橋，其中螺旋彈簧具有傾斜的力的作用線，以便產生側向力以抵消轉彎時各自車輪上的側向力。結果，后車輪懸架或半獨立車橋的結構元件可以設計成用于較低負載，因為螺旋彈簧具有如下效應它吸收的力不作用于后輪懸架的結構元件，并且這有在不額外增加部件的情況下減少重量的有利效果。此外，利用根據本發明的方法，能夠實現依從性減少的后輪懸架，保證車輛本身更直接地做出反應。誠然，這也可以通過例如一個額外的瓦特式三桿件懸架實現，但是這產生了額外的重量并且需要額外的安裝空間，這與本發明的目的背道而馳。
圖1表示根據公知技術的后輪懸架。本發明的另外一些有利的實施例將在從屬權利要求和下面的
中公開。在附圖中圖2表示根據本發明的后輪懸架的示意性透視圖，圖3和圖4表示分別位于彎道外側和內側的后輪懸架的一側的后輪懸架的反應的示意圖，圖5表示根據圖1的后輪懸架在向外偏轉時的詳細情況，圖6表示根據圖1的后輪懸架在向內偏轉時的詳細情況，圖7到12表示公知的后輪懸架與根據本發明的后輪懸架相比的結果，更具體地說，是關于側向力、側向偏移、前束和車輪外傾的車輪運動的各自曲線。
具體實施例方式在不同的附圖中，相同的部件始終有相同的標注，正因如此上述部件一般也只描述一次。圖2表示如根據公知技術的圖1所示的通過舉例的方式實施為半獨立車橋5的后車輪懸架5。半獨立車橋5具有分配給各個輪轂支架6的縱向擺動臂2。縱向擺動臂2通過剖面3互相連接。后車輪懸架5的縱向擺動臂2和剖面3或結構元件可以有多種不同的結構，但此處不再做進一步詳述。支承襯套也同樣布置在縱向擺動臂2上，但未表示出。每個縱向擺動臂2都分配有彈簧7，該彈簧在一個優選實施例中為螺旋彈簧7，其在一端，即下端8處支承在各自的縱向擺動臂2上，在另一端，即上端10處例如支承在車身上(未表示出)。下面的論述中螺旋彈簧7表示彈簧7。問題的關鍵在于各螺旋彈簧7以如下的方式布置當向內側偏轉時(圖6)力的作用線9(參見圖5和6)的傾斜程度與向內偏轉時(圖5)的傾斜程度不同。向內偏轉時力的作用線9的傾斜程度最好比向外偏轉時大。如實施例闡述的那樣，車輛每側的螺旋彈簧 7以相對的方向彼此相向，每種情況下上端10向內傾斜，即遠離輪轂支架6 (圖2)。圖5和6所示的向內偏轉和向外偏轉使用的是后輪懸架5的同一側表示的。誠然， 后輪懸架5的對側向外或向內偏轉。然而，通過對比圖5與圖6，很明顯向內偏轉時力的作用線9的傾斜程度比向外偏轉時的大，并且這種情況也同樣適用于相對方向放置的螺旋彈簧7(未表示出)的相對側。圖中的螺旋彈簧7具有圓柱形外周。當然，當彈簧7安裝時也可以彎曲，即例如實施成C形或S形，或以相應形式安裝。還可以想到的是對于外側和內側可以例如提供不同粗細的金屬絲。當然，這些示例性的實施例不應限制本發明。關鍵在于，當向內或向外偏轉時，螺旋彈簧7產生側向力7抵消車輪的側向力，因此在無需增加額外組件的前提下減少后輪懸架5的結構元件上的相當于“側向彈簧力”大小的負載。
所以，問題的關鍵在于，當機動車輛轉彎時，通過傾斜的力的作用線9產生側向力抵消車輪的側向力，使得后輪懸架或半獨立車橋的結構元件能夠形成合適的尺寸，與沒有傾斜的力的作用線9相比，可以減少負載。圖3和4通過舉例表示當機動車輛轉彎時(轉彎箭頭11)后輪懸架5的反應。圖3中，很明顯彎道外側的車輪向內偏轉(圖的左手側)，而彎道內側的車輪向外偏轉(圖的右手側)。向內和向外偏轉可以很明顯地從方向相反的箭頭12(向內側偏轉) 和13 (向外側偏轉)看出。各車輪可以進行數毫米的車輪移動，例如在每種情況下從0到 65毫米。圖4中，車輪上產生的側向力用箭頭14和箭頭16表示。因為在彎道外側產生的側向力比在彎道內側產生的側向力大些，使用彎道的外側(圖的左手側)的箭頭14比彎道內側的箭頭16畫得要大些，圖8的曲線表示傳統的半獨立車橋車輪上產生的側向力。曲線17表示彎道外側的車輪的側向力(向內偏轉)。曲線18表示彎道內側的車輪的側向力(向外偏轉)。X軸表示車輪移動的距離。Y軸表示側向力。曲線19表示兩個側向力的總和(彎道內側/外側)。當車輪移動距離增加時，車輪的各側向力增加，因此總的側向力也增加(曲線19)。圖7表示根據本發明的螺旋彈簧通過傾斜的力的作用線9產生或吸收側向力，抵消車輪的側向力。再一次說明，X軸表示車輪移動的距離，Y軸表示螺旋彈簧的側向力。曲線21表示彎道外側車輪的螺旋彈簧的側向力(向內偏轉)。曲線22表示彎道內側車輪的螺旋彈簧的側向力(向外偏轉)。曲線23表示螺旋彈簧側向力的總和。將圖7中的曲線23轉移到圖8中，表示螺旋彈簧吸收了側向力并且把施加到后輪懸架的構件上的負載減少約30% (曲線23相對于曲線19)，這是因為螺旋彈簧的側向力與車輪地側向力相互作用。如果彎道外側(向內偏轉，圖6)的螺旋彈簧7的作用線9比彎道內側(向外偏轉，圖5)的傾斜程度更顯著些，上述效果很容易達到。這意味著螺旋彈簧7 減輕了后輪懸架或半獨立車橋的結構組件上的30%的總負載，在公知的半獨立車橋中，這些負載必須由結構組件承受。因此，圖7和8表示在彎道外側產生的側向彈簧力比在彎道內側產生的力更大些， 這是由于力9的力的作用線的相對傾斜。結構組件上的負載可以減少30%。如果再加上螺旋彈簧的幾何傾斜，這種效應會進一步增大。圖8的曲線23與圖7相比其沿X軸發生了移動，這是由于圖8中Y軸的刻度與圖 7的不同。此外，圖7中曲線23與Y軸的交點很明顯在X軸上方，同時圖8中的原點是X軸與Y軸的交點。圖9和10表示根據公知技術的半獨立車橋車輪移動距離(X軸)對橫向偏移(Y 軸)的曲線與本發明的半獨立車橋相比的圖表。彎道內側與外側標示于圖9中。各種情況下的總和如圖10所示。曲線24 (圖9)表示根據公知技術的半獨立車橋在彎道外側的橫向偏移，而曲線26 表示后者的彎道內側的橫向偏移。類似地，曲線27表示根據本發明的半獨立車橋在彎道外側的橫向偏移，而曲線26表示后者的彎道內側的橫向偏移。很顯然，與公知的半獨立車橋相比，本發明的半獨立車橋在彎道內側和外側獲得了較小的橫向偏移。如圖10所示，這種情況在形成的總和中亦如此。曲線29表示公知的半獨立車橋的橫向偏移的總和，而曲線31 表示根據本發明的半獨立車橋的橫向偏移的總和。
根據本發明的半獨立車橋能夠在彎道外側獲得14%的減少量，在彎道內側獲得 33%的減少量，所以總共可以獲得20%的減少量(圖10)。換言之，根據本發明的半獨立車橋因此性增加并帶來如下結果在不提供額外組件的前提下，車輛反應更直接，至少可以減少乘坐時的“軟綿綿的(spongy)”感覺。圖11表示根據本發明的半獨立式車橋對負前束效應(箭頭)的作用，相對于公知的半獨立式車橋負前束效應減少了 10%。X軸表示車輪移動距離，Y軸表示以度計的前束角。曲線32表示公知的半獨立車橋的負前束，曲線33表示根據本發明的半獨立式懸架的負前束。顯然，根據本發明的半獨立式懸架的負前束效應減少了 10%。圖12表示根據本發明的半獨立式車橋的外傾效應(曲線34)與公知的半獨立式車橋(曲線36)相比的示意圖。X軸表示車輪移動距離，Y軸表示以度計的車輪外傾角。顯然，為了產生反力矩，可以因彈簧座上的垂直作用力減少而在減少車輪負外傾角方面得到一定程度的提高。當然，上述數量和弓I用的數值僅是例子，而不應該限制本發明。
權利要求
1.一種后輪懸架，其具有彈簧(7)，該彈簧(7)具有彈簧中心線和力的作用線(9)，該彈簧(7)支承在上、下彈簧座中，其特征在于，彈簧(7)以這樣的方式實施和布置，即，向內偏轉時其力的作用線(9)的傾斜程度與向外偏轉時傾斜程度不同。
2.根據權利要求1所述的后輪懸架，其特征在于，力的作用線(9)具有上尖端和下尖端，當彈簧(7)向內或向外偏轉時，二者相對于彈簧中心線相對布置。
3.根據權利要求1或2所述的后輪懸架，其特征在于，彈簧(7)產生側向力，每種情況下，當彈簧(7)向內或向外偏轉時，該側向力與車輪的側向力方向相反。
4.根據上述任何一項權利要求所述的后輪懸架，其特征在于，向內偏轉時力的作用線 (9)的傾斜程度比向外偏轉時大。
5.根據上述任何一項權利要求所述的后輪懸架，其特征在于，彈簧(7)傾斜地安裝在上、下彈簧座之間。
6.根據上述任何一項權利要求所述的后輪懸架，其特征在于，當彈簧(7)既不向內也不向外偏轉時，后輪懸架(5)的各個彈簧(7)的各自的力的作用線(9)具有方向相反的傾斜，傾斜程度最好相同。
7.根據上述任何一項權利要求所述的后輪懸架，其特征在于，與穿過下彈簧座的力的作用線的下尖端相比，穿過上彈簧座的力的作用線(9)的上尖端比下尖端距彈簧中心線更近。
8.根據上述任何一項權利要求所述的后輪懸架，其特征在于，其為機動車輛的半獨立車橋(5)。
9.根據上述任何一項權利要求所述的后輪懸架，其特征在于，上和/或下引導元件接合在彈簧(7)的外周。
10.根據上述任何一項權利要求所述的后輪懸架，其特征在于，上和/或下彈簧座以一定角度安裝。
全文摘要
本發明涉及一種具有傾斜的力作用線的螺旋彈簧的后輪懸架(1)，其含有彈簧(7)，該彈簧優選為螺旋彈簧(7)，螺旋彈簧有彈簧幾何中心線和力的作用線(9)，螺旋彈簧(7)支承在上彈簧座和下彈簧座中。為了減少施加到后輪懸架(1)的結構元件上的力，以這樣一種方式實施和布置彈簧(7)，即，向內偏轉時其力的作用線(9)的傾斜程度與向外偏轉時傾斜程度不同。
文檔編號B60G11/14GK102211509SQ201110083989
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月31日 優先權日2010年4月12日
發明者安德列斯·卡利茨, 簡斯·格洛勒, 西奧·屈佩爾斯 申請人:福特全球技術公司