專利名稱：機(jī)動(dòng)車(chē)輛車(chē)輪的懸架裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了車(chē)輛底盤(pán)系統(tǒng)，特別涉及了懸架系統(tǒng)，更特別地涉及了車(chē)輪的導(dǎo)向。
懸架系統(tǒng)具有兩個(gè)主要功能，它們?cè)诠ぷ鬟^(guò)程中必須一直同時(shí)存在。一個(gè)功能是為車(chē)輛提供懸架，也就是說(shuō)，允許每個(gè)車(chē)輪根據(jù)輪上載荷的變化作基本垂直的上下移動(dòng)。該系統(tǒng)的另一個(gè)功能是車(chē)輪導(dǎo)向，換句話說(shuō)，控制車(chē)輪平面的角位置。
“車(chē)輪平面”是與車(chē)輪關(guān)聯(lián)的平面，垂直于車(chē)輪軸并經(jīng)過(guò)與地面的接觸區(qū)域的中心。車(chē)輪平面相對(duì)車(chē)輛車(chē)身的角位置由兩個(gè)角度來(lái)限定，即外傾角和轉(zhuǎn)向角。車(chē)輪的外傾角位于與地面垂直的橫向平面中，將車(chē)輪平面從車(chē)輛的中央平面分隔開(kāi)。當(dāng)車(chē)輪頂部從中央平面向車(chē)輛外部?jī)A斜時(shí)，該角為正角，通常稱之為“外傾”或“正向外傾”。相反，當(dāng)所述角為負(fù)角時(shí)，稱之為“反向”或“負(fù)向外傾”。車(chē)輪的轉(zhuǎn)向角位于與地面平行的水平平面上，將車(chē)輪平面從車(chē)輛的中央平面分隔開(kāi)。
在大多數(shù)車(chē)輛中，外傾角(下面將使用“外傾”來(lái)表示“外傾角”)對(duì)懸架和轉(zhuǎn)向的特定位置是固定的，也就是說(shuō)，理論上它不能夠獨(dú)立于懸架的偏移或轉(zhuǎn)向而變動(dòng)。但是，它承受了組成懸架系統(tǒng)的元件變形導(dǎo)致的變動(dòng)，變形是由地面向車(chē)輪施加的力引起的。這些變動(dòng)可能相當(dāng)大。例如，在現(xiàn)代客車(chē)中，當(dāng)車(chē)輛行駛在轉(zhuǎn)彎處時(shí)，如果不考慮車(chē)輛車(chē)身的側(cè)傾(在離心力的作用下通常向同一方向傾斜)所起的作用，因輪胎上的橫向力會(huì)導(dǎo)致外傾可能有幾度的變動(dòng)。該“彈性的”外傾變動(dòng)使得在轉(zhuǎn)彎外部的車(chē)輪的外傾趨向于正值。長(zhǎng)期以來(lái)，在現(xiàn)代車(chē)輛的懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或控制折衷中允許這些可預(yù)測(cè)的變動(dòng)，以限制它們?cè)诘妆P(pán)工作上的不良影響。
實(shí)際上，外傾極大地影響了底盤(pán)接觸系統(tǒng)的車(chē)輛操作性能。特別地，輪胎的性能依賴于其接觸區(qū)域的結(jié)構(gòu)而變動(dòng)很大，而這種結(jié)構(gòu)主要依賴于外傾。正是這些變動(dòng)主要推動(dòng)了靜態(tài)外傾角的選擇。從而，例如，大的靜態(tài)負(fù)向外傾通常應(yīng)用在賽車(chē)中來(lái)補(bǔ)償因輪胎的變形或車(chē)身的側(cè)傾產(chǎn)生的變動(dòng)，即使懸架的元件比客車(chē)中的還要?jiǎng)傆?。這種結(jié)構(gòu)在競(jìng)賽中不但有用，而且是可以接受的，因?yàn)榇藭r(shí)繞彎道控制的標(biāo)準(zhǔn)是占主要的。相反，在客車(chē)中，由于輪胎磨損和直線穩(wěn)定性在折衷考慮中占有更為重要的地位，所以當(dāng)橫向力作用到車(chē)輪平面的位置上，輪胎和地面接觸元件變形的效果累加到車(chē)輛側(cè)傾的效果上時(shí)，主要在轉(zhuǎn)彎周?chē)x擇非常小的負(fù)初始靜態(tài)外傾并只能承受較小的滑動(dòng)推力。
為了優(yōu)化外傾，特別是在橫向加速的過(guò)程中，懸架系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)成其外傾的變動(dòng)為車(chē)輪的垂直偏移的函數(shù)。這種方式下，車(chē)輛車(chē)身的側(cè)傾能夠引起外傾的有益變動(dòng)，部分地或完全地補(bǔ)償了車(chē)輛車(chē)身的傾斜和上述變形。所謂的“多臂”系統(tǒng)就是這樣的情況。這樣的系統(tǒng)要求特定的車(chē)輛設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，由于空間要求和成本的原因，它不能在大多數(shù)現(xiàn)有車(chē)輛中實(shí)現(xiàn)。這些系統(tǒng)只對(duì)橫向加速(偏移、側(cè)傾)起反應(yīng)，而不會(huì)對(duì)引起它的力起反應(yīng)，這一方面延遲了校正的效果，另一方面迫使側(cè)傾移動(dòng)的偏差通常比用戶感覺(jué)到舒適的程度要大。而且，為保證足夠的外傾變動(dòng)，這樣的系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)學(xué)上要求接觸區(qū)域相對(duì)車(chē)輛移位，也就是所知的“輪距變動(dòng)”，而這些變動(dòng)也可能是擾亂性的。因而，這樣的系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的外傾校正幅度就相對(duì)受到限制。
從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度來(lái)看，在自由度方面，懸架系統(tǒng)通常只有一個(gè)自由度(車(chē)輪或車(chē)輪支撐相對(duì)車(chē)輛的自由度)。該自由度允許懸架的垂直移動(dòng)，該垂直移動(dòng)，如前所述，能夠與受限的外傾變動(dòng)結(jié)合起來(lái)。
但是，在一些已知的系統(tǒng)中，外傾控制是主動(dòng)的，換言之，幾何變形由千斤頂移動(dòng)引起，如在文獻(xiàn)US 4515390和DE 19717418中描述的那樣。這些系統(tǒng)允許至少存在一個(gè)額外的由致動(dòng)器控制的自由度。這樣的系統(tǒng)非常特別，因?yàn)樗鼈儾荒軕?yīng)用到大多數(shù)普通車(chē)輛中，特別是因?yàn)樗鼈冋紦?jù)的空間和致動(dòng)器所需要的大功率。另外，外傾變動(dòng)還伴隨著車(chē)身高度和輪距的大變動(dòng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的懸架系統(tǒng)，它不需要或需要很少能量輸入來(lái)控制其外傾，其外傾基本上不依賴于懸架的垂直振動(dòng)，更普遍地，不依賴于車(chē)輛車(chē)身的移動(dòng)，它能夠保證輪距變動(dòng)減少到最小。
該目的可通過(guò)一種懸架系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，車(chē)輪支撐連接到車(chē)輛車(chē)身，所述車(chē)輪支撐設(shè)計(jì)為支撐半徑為“r”的車(chē)輪，所述車(chē)輪設(shè)計(jì)成通過(guò)一個(gè)接觸區(qū)域擱在地面上，所述系統(tǒng)包括裝置，該裝置相對(duì)車(chē)身為車(chē)輪支撐提供一個(gè)外傾自由度和一個(gè)懸架偏移自由度，這兩個(gè)自由度相互之間獨(dú)立，其特征在于所述系統(tǒng)構(gòu)造成使得車(chē)輪支撐相對(duì)車(chē)身的外傾移動(dòng)有一個(gè)繞平均位置的旋轉(zhuǎn)瞬心，該旋轉(zhuǎn)瞬心位于地面上方2.5r到地面下方r的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的懸架系統(tǒng)實(shí)際上有兩個(gè)自由度，這兩個(gè)自由度允許懸架和外傾移動(dòng)相互獨(dú)立。外傾移動(dòng)繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)瞬心產(chǎn)生，該旋轉(zhuǎn)瞬心位于距接觸區(qū)域有限的距離內(nèi)，以便在外傾移動(dòng)或反向外傾移動(dòng)中限制輪距變動(dòng)，在主動(dòng)的外傾控制的情況下限制所需的能量輸入。
在一種較佳實(shí)施方式中，所述旋轉(zhuǎn)瞬心位于地面上方0.3r到地面下方0.5r的范圍之間，更優(yōu)選為，在地面上方0.2r到地面下方0.4r之間，最優(yōu)選為在地面上方0.1r到地面下方0.3r之間。
在其它的較佳實(shí)施方式中，所述旋轉(zhuǎn)瞬心位于地面上方0.5r到1.5r的范圍之間，或者在地面上方1.5r到2.2r之間。
為了保證穩(wěn)定的工作，系統(tǒng)最好構(gòu)造成能夠使得懸架在繞平均位置的輕微懸架移動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的由地面在接觸區(qū)域施加到車(chē)輪的橫向力不超過(guò)相當(dāng)于0.1P的限制，其中“P”為軸負(fù)載，另外系統(tǒng)還最好構(gòu)造成能夠使得，懸架在繞平均位置劇烈移動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生的由地面在接觸區(qū)域施加到車(chē)輪的橫向力不超過(guò)相當(dāng)于0.3P的限制。
較佳地，系統(tǒng)包括一個(gè)搖臂，搖臂在一側(cè)連接到車(chē)身，在另一側(cè)連接到車(chē)輪支撐，從而所述搖臂到車(chē)身的連接能夠?qū)崿F(xiàn)所述的外傾自由度。
為了允許工作，所述旋轉(zhuǎn)瞬心最好能夠位于地平面下方，從而當(dāng)由地面在接觸區(qū)域施加到車(chē)輪的橫向力指向車(chē)輛外部時(shí)，所述橫向力會(huì)引起車(chē)輪支撐相對(duì)車(chē)身向減少外傾的方向傾斜。在與橫向力有關(guān)的被動(dòng)工作情況下，系統(tǒng)可能包括測(cè)量搖臂位移的裝置或者其它測(cè)量施加到搖臂上的扭矩的裝置，以推斷所述橫向力。
較佳地，搖臂由兩個(gè)桿連接到車(chē)身，桿的形狀構(gòu)造成能夠通過(guò)搖臂相對(duì)車(chē)身的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)允許車(chē)輪支撐的外傾移動(dòng)。在這種情況下，所述桿最好能夠通過(guò)至少一個(gè)彈性鉸接而鉸接起來(lái)?？商鎿Q地，例如，搖臂能夠通過(guò)一個(gè)弧形滑條連接到車(chē)身，該滑條的形狀成形為以便通過(guò)搖臂相對(duì)車(chē)身的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)允許車(chē)輪支撐的外傾移動(dòng)。由于同樣的原因，搖臂還能夠通過(guò)兩個(gè)直滑條連接到車(chē)身。這些滑條能夠額外地對(duì)外傾移動(dòng)起到緩沖作用。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)令人感興趣的結(jié)構(gòu)提供搖臂能夠以這樣的方式連接到車(chē)身，即它能夠圍繞位于搖臂上方的一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，其中，車(chē)輪支撐，例如通過(guò)在垂直平面中交叉的橫向臂連接到搖臂。
可替換地，車(chē)輪支撐還可通過(guò)一個(gè)Macpherson系統(tǒng)連接到搖臂。
較佳地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包括能夠影響車(chē)輪外傾的控制裝置，例如，通過(guò)直接作用于相對(duì)車(chē)身的外傾移動(dòng)，以影響車(chē)輪的外傾。這些控制裝置可能包括一個(gè)對(duì)抗外傾移動(dòng)的減震器和/或一個(gè)彈性的可變形的元件，如彈性鉸接。但是，控制裝置還可能包括一個(gè)致動(dòng)器，該致動(dòng)器被作為車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)的一個(gè)函數(shù)來(lái)控制。
較佳地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包括一個(gè)相對(duì)的車(chē)輪支撐，它設(shè)計(jì)成支撐所述車(chē)輛的軸的相對(duì)車(chē)輪，所述相對(duì)的車(chē)輪支撐以一種與車(chē)輪支撐結(jié)構(gòu)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)連接到搖臂，從而使得懸架系統(tǒng)轉(zhuǎn)向和懸掛同軸的兩個(gè)車(chē)輪。
較佳地，本發(fā)明的系統(tǒng)包括控制轉(zhuǎn)向的裝置，該裝置將車(chē)輪支撐連接到搖臂。這些轉(zhuǎn)向控制裝置還能夠以這樣的一種方式將車(chē)輪支撐連接到搖臂，以至于轉(zhuǎn)向依賴于外傾移動(dòng)。
發(fā)明還涉及一種裝備了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的車(chē)輛。該車(chē)輛能夠?qū)蓚€(gè)系統(tǒng)一起裝配到同一個(gè)軸上，所述系統(tǒng)基本上相對(duì)車(chē)輛的縱軸對(duì)稱布置。這兩個(gè)系統(tǒng)能夠以這樣的一種方式互聯(lián)即每一個(gè)車(chē)輪支撐的外傾移動(dòng)都偶合起來(lái)。如果這(些)懸架系統(tǒng)包括一個(gè)可控制的致動(dòng)器，那么致動(dòng)器被作為車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)的一個(gè)函數(shù)來(lái)控制。車(chē)輛還可在同一個(gè)軸上包括兩個(gè)相互獨(dú)立的系統(tǒng)，每一個(gè)系統(tǒng)都由一個(gè)獨(dú)立于另一個(gè)的致動(dòng)器來(lái)控制。
下面將描述本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式來(lái)闡述其特征、解釋其原理。很自然地，本發(fā)明還可能有大量其它的實(shí)施方式，正如許多變形提出的那樣。


圖1、1a、2、3、3a是從縱向看的示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明第一種實(shí)施方式的系統(tǒng)的原理和工作。
圖4、5、5a、5b、5c是從縱向看的示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明第二種實(shí)施方式的系統(tǒng)的原理和工作。
圖6、7、8、9是從縱向看的示意圖，表示本發(fā)明第二種實(shí)施方式的變形的原理。
圖10、11是從縱向看的示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方式的系統(tǒng)的原理。
圖12、13、13a是從縱向看的示意圖，表示應(yīng)用到根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)上的控制裝置的原理。
圖14、15、15a是從縱向看的示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明的車(chē)輛的原理。
附圖不是按比例繪制的。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的懸架系統(tǒng)1的平面縱視圖。該平面(也就是二維)表示非常方便，因?yàn)樗逦仫@示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)如何區(qū)別于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)。
懸架系統(tǒng)1包括一個(gè)設(shè)計(jì)來(lái)維持車(chē)輪2的平面PR的車(chē)輪支撐3、上臂7和下臂8、搖臂4和懸架彈簧6。半徑為“r”的車(chē)輪通過(guò)其接觸區(qū)域AC與地面S接觸。上下臂7、8在它們的外端(相對(duì)打算使用該系統(tǒng)的車(chē)輛而言)鉸接到車(chē)輪支撐3，在它們的內(nèi)端鉸接到搖臂4。搖臂4鉸接到車(chē)輛車(chē)身5(示意性地表示)。這樣，懸架系統(tǒng)1構(gòu)造成給予車(chē)輪支撐一個(gè)相對(duì)車(chē)身5的外傾自由度，這是因?yàn)檐?chē)輪支撐能夠相對(duì)車(chē)身傾斜，還給予它一個(gè)懸架自由度，這是因?yàn)檐?chē)輪支撐能夠基本上以一種已知的方式，例如“多臂”系統(tǒng)方式，來(lái)承受基本垂直的移動(dòng)。
在車(chē)輪2和地面S之間采用經(jīng)典的單點(diǎn)接觸假設(shè)，旋轉(zhuǎn)瞬心在平面移動(dòng)中的共線的理論使得外傾移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)位于車(chē)輪平面PR和一條直線交叉的位置，另外兩個(gè)旋轉(zhuǎn)瞬心，也就是搖臂相對(duì)車(chē)身移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR b/c)和車(chē)輪支撐相對(duì)搖臂的懸架移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/b)就在該直線上。該運(yùn)動(dòng)理論通常應(yīng)用在底盤(pán)系統(tǒng)中。因而能夠理解，正是結(jié)構(gòu)的選擇，也就是說(shuō)，組成懸架系統(tǒng)的各元件的尺寸和定位，使它能夠(通過(guò)確定懸架元件的特征軸的位置)獲得一個(gè)所需的外傾移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)的位置。圖1顯示的懸架系統(tǒng)位于平均位置，該平均位置可以這樣確定，即與攜帶正常負(fù)載的車(chē)輛在平坦地面上側(cè)傾的直線位置一致。
在這樣一個(gè)系統(tǒng)的諸多設(shè)計(jì)約束條件中，圖1清晰地顯示出搖臂在車(chē)身上的鉸接點(diǎn)的位置由于受到靠近地面的限制而朝向圖的底部。這樣，作為一個(gè)車(chē)輛所需的離地間隙的函數(shù)，可選擇各種不同的結(jié)構(gòu)。
圖1表示了一種特殊結(jié)構(gòu)的情況，其中，由彈簧施加的力Fr傾向車(chē)輛內(nèi)部。當(dāng)在接觸區(qū)域沒(méi)有任何由地面施加到車(chē)輪的橫向力時(shí)(也就是當(dāng)力Fz垂直時(shí))，當(dāng)由車(chē)身施加到搖臂的力Rc如所示那樣，也就是說(shuō)，稍微傾向車(chē)輛內(nèi)部時(shí)，就獲得了平衡。這種判斷可通過(guò)計(jì)算或作圖法來(lái)完成?；谙到y(tǒng)各元件平衡的圖解結(jié)構(gòu)在圖1中由虛線表示。顯然地，即使彈簧推力是傾斜的，也能獲得平衡狀態(tài)。
圖1a顯示了一種與圖1的結(jié)構(gòu)比較起來(lái)令人感興趣的變化形式。在該懸架系統(tǒng)1a中，要獲得一個(gè)也是垂直的由車(chē)身5施加到搖臂4a的力Rc。
圖1和1a中顯示的圖解結(jié)構(gòu)基于系統(tǒng)1和1a的各元件的平衡。在圖1a的情況下，兩個(gè)力(Fz和Rc)是垂直的，懸架系統(tǒng)的整體平衡要求第三個(gè)力(Fr)也是垂直的。
在圖1a中，用一條虛線來(lái)表示一個(gè)事實(shí)，即搖臂4a也能構(gòu)成相對(duì)的車(chē)輪的(對(duì)稱)懸架系統(tǒng)的搖臂，這將結(jié)合圖15和15a更加精確地描述。
圖2顯示圖1的懸架系統(tǒng)位于一個(gè)位置，在該位置下，外傾承受負(fù)變。車(chē)輪2通過(guò)繞外傾的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)旋轉(zhuǎn)而向車(chē)輛內(nèi)部?jī)A斜。需要注意的是該點(diǎn)的位置是不固定的，因?yàn)樵谠搶?shí)施例中，懸架的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/b)的位置隨著上下臂7和8的繞軸旋轉(zhuǎn)輕微地變動(dòng)。當(dāng)然，這種變動(dòng)本身還由系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)確定。
由于外傾的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)位于接觸區(qū)域的下方，這里顯示的外傾變動(dòng)可由一個(gè)地面S在接觸區(qū)域AC施加到車(chē)輪2的橫向力Fy引起。該朝向車(chē)輛內(nèi)部的力Fy可能在橫向加速中發(fā)生，橫向加速是由轉(zhuǎn)彎或相對(duì)水平面傾斜的地面S的形狀引起的。
圖3重復(fù)了圖1和2的實(shí)施例在正向外傾變化的情況，該正向外傾變化由朝向車(chē)輛外部的橫向力Fy引起。
圖3a顯示了圖1到3描述的系統(tǒng)的一個(gè)“主動(dòng)”的變化形式。在這種變化形式下，搖臂4相對(duì)車(chē)身5繞一點(diǎn)(CIR b/c)轉(zhuǎn)動(dòng)，該點(diǎn)位于搖臂4上的上下臂7、8的鉸接點(diǎn)的上方。外傾的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)的位置可依照上面解釋的理論來(lái)為圖3a的結(jié)構(gòu)而確定。它當(dāng)然還在車(chē)輪平面PR中，但這次位于車(chē)輪2的頂部。更為精確地，旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)最好基本上位于圓C的中心，而車(chē)輪上部的截面內(nèi)接在此圓中。
依照應(yīng)用在前圖的理論，當(dāng)然的是由地面S在接觸區(qū)域AC施加的力自然地將車(chē)輪2向這樣一個(gè)方向傾斜，該方向與外傾所需的方向相反，因?yàn)橛糜谕鈨A移動(dòng)的樞軸點(diǎn)(CIR r/c)位于地面S上方。這就是這種結(jié)構(gòu)需要使用主動(dòng)裝置來(lái)引起所需外傾的原因。在這種情況下，千斤頂100起著這樣一種作用，該千斤頂將搖臂4相對(duì)車(chē)身5定位為一個(gè)函數(shù)，例如是車(chē)輛工作參數(shù)的函數(shù)?；⌒坞p箭頭一方面示意性地表示千斤頂100對(duì)搖臂縱軸的位置所起的作用，另一方面示意性地表示在車(chē)輪平面PR位置上的作用效果。如前面討論的那樣，這種情況的缺點(diǎn)在于需要消耗相對(duì)較多的能量。但是它也有一些優(yōu)點(diǎn)。
優(yōu)點(diǎn)之一涉及了這樣的系統(tǒng)所占有的空間。實(shí)際上，一個(gè)所謂的“被動(dòng)”結(jié)構(gòu)要求在車(chē)輪上部周?chē)褪窃谲?chē)輛擋泥板下提供足夠大的自由空間，來(lái)允許車(chē)輪平面PR的振動(dòng)。相反，圖3a顯示的“主動(dòng)”結(jié)構(gòu)允許這樣的車(chē)輛設(shè)計(jì)，其車(chē)身在任何外傾情況下都非?？拷?chē)輪。
這里，擋泥板51(附著到車(chē)身5)顯示得非?？拷?chē)輪。于是只有懸架的垂直偏差需要考慮到車(chē)身設(shè)計(jì)中。
該“主動(dòng)”結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)涉及了外傾移動(dòng)過(guò)程中的半輪距變動(dòng)。例如，在一種如右轉(zhuǎn)(圖2中)的情況下，千斤頂100將一個(gè)負(fù)向外傾施加到車(chē)輪2上，這種移動(dòng)發(fā)生在位于車(chē)輪2頂部的一個(gè)點(diǎn)(CIRr/c)的周?chē)?，?chē)輪2的底部(進(jìn)而接觸區(qū)域AC)被推向(相對(duì)車(chē)身5)轉(zhuǎn)彎外部。這對(duì)應(yīng)于已知的正向半輪距變動(dòng)。該特征的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)將車(chē)身5的重心向轉(zhuǎn)彎(bend)內(nèi)部移動(dòng)來(lái)抵消負(fù)載轉(zhuǎn)移。從而，與轉(zhuǎn)彎內(nèi)部的車(chē)輪比較而言，在外部車(chē)輪上的超負(fù)載得到減少。這對(duì)于軸的整個(gè)抓著潛能而言是一個(gè)積極因數(shù)。
本發(fā)明系統(tǒng)的另一個(gè)有利特征(對(duì)其所有實(shí)施方式是共同的)是車(chē)輪相對(duì)車(chē)身的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)是一個(gè)虛擬的點(diǎn)，它與在該點(diǎn)的物理上實(shí)際存在的機(jī)械鉸接是不一致的。從而，所述點(diǎn)可位于車(chē)輪平面PR上的任何地方，包括(如這里所示)車(chē)輪或其輪胎占據(jù)的空間的內(nèi)部。如果只有一個(gè)單一的物理樞軸的話，這種情況當(dāng)然是不可能的。
圖4顯示了與圖1的方式類(lèi)似的本發(fā)明的第二種實(shí)施方式。為了能夠與第一種實(shí)施方式直接比較，旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/b、CIR b/c、CIR r/c)的位置基本上相同。但是，這只是一個(gè)實(shí)施例(如在第一種實(shí)施方式的情況下)，實(shí)際上有可能存在不定數(shù)量的結(jié)構(gòu)。與圖1的差別在于搖臂41相對(duì)車(chē)身5鉸接的方式。搖臂繞旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR b/c)的旋轉(zhuǎn)通過(guò)將兩個(gè)桿9a和9b相連接的優(yōu)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這兩個(gè)桿本身鉸接到車(chē)身，這樣在這里顯示的平均位置，它們各自的軸相交在搖臂41相對(duì)車(chē)身5的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR b/c)。從而，搖臂41通過(guò)一個(gè)虛擬樞軸相對(duì)車(chē)身得到鉸接，該虛擬樞軸就是一個(gè)沒(méi)有物化的樞軸，不像前圖所示的繞一個(gè)固定點(diǎn)的樞軸連接。這有兩個(gè)重要的結(jié)果一方面所述點(diǎn)的位置相對(duì)車(chē)身沒(méi)有固定，因?yàn)樗趽u臂振動(dòng)過(guò)程中移動(dòng)相當(dāng)大，另一方面它的位置相對(duì)地面沒(méi)有受到限制，其位置是在圖1情況下的相同點(diǎn)的位置。圖5顯示了與圖2相比較相同的系統(tǒng)處在外傾位置的情況。
為了在受到由地面在接觸區(qū)域施加的垂直力Fz時(shí)系統(tǒng)獲得完美的平衡，系統(tǒng)必須以這樣的方式構(gòu)造，即在車(chē)輪的平均位置處，系統(tǒng)的每個(gè)元件都是平衡的。
圖5a和5b說(shuō)明了一種方式來(lái)獲得這種平衡狀態(tài)。在圖4所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上闡述的這種結(jié)構(gòu)基于一個(gè)假設(shè)，即彈簧在其中一個(gè)臂上產(chǎn)生垂直推力Fr，在這種情況下為下臂8。懸架系統(tǒng)的平衡易于受到外部力的影響，這些外部力有地面在接觸區(qū)域施加的垂直力Fz、彈簧施加到臂8上的力Fr和由桿9a和9b施加到搖臂上的合力Fb。圖5b顯示了系統(tǒng)的特征尺寸?！癊”為接觸區(qū)域中心與車(chē)輪支撐3鉸接到帶彈簧的臂(8)的鉸接點(diǎn)之間的連線投影到水平線上的距離?！癊1”為搖臂相對(duì)車(chē)身的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR b/c)和帶彈簧的臂(8)鉸接到搖臂(41)的鉸接點(diǎn)之間的連線投影到水平線上的距離?！癏”為車(chē)輪支撐3與帶彈簧的臂(8)的鉸接點(diǎn)到不帶彈簧的臂(7)的軸之間在外傾平面上的距離?！癏1”為搖臂41與帶彈簧的臂(8)的鉸接點(diǎn)到不帶彈簧的臂(7)的軸之間在外傾平面上的距離?！癆”為接觸區(qū)域中心和彈簧的推力Fr的軸之間在外傾平面上的距離?！癇”為旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR b/c)和彈簧的推力Fr的軸之間在外傾平面上的距離。距離A與B之和與車(chē)輛的半輪距一致。
從這些假設(shè)出發(fā)，各元件的平衡方程的解導(dǎo)致下面的條件當(dāng)比率(EBH1)/(E1AH)等于1時(shí)獲得完美的平衡。這些公式基于不帶剛性的無(wú)摩擦連接的假設(shè)。在實(shí)踐中，當(dāng)系統(tǒng)構(gòu)造成接近平衡時(shí)獲得令人滿意的運(yùn)轉(zhuǎn)，例如，當(dāng)上面的比率的值在0.5和1.5之間時(shí)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)然可以應(yīng)用得更廣泛，而不限于應(yīng)用在這里用來(lái)說(shuō)明該標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)上。例如，一種將該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到一個(gè)給定的結(jié)構(gòu)(給定半輪距、E、E1、H和H1)的方法是從該標(biāo)準(zhǔn)推斷垂直推力Fr的理想軸的位置(通過(guò)計(jì)算A和B)。
在通常情況下當(dāng)推力不必垂直時(shí)，為了完全滿足系統(tǒng)和其元件的平衡條件，平衡方程的解顯示出，對(duì)于一個(gè)給定的結(jié)構(gòu)，彈簧的推力軸必須經(jīng)過(guò)一個(gè)單點(diǎn)。該點(diǎn)可定義為理想推力軸的會(huì)聚點(diǎn)。
為確定該會(huì)聚點(diǎn)，可確定兩個(gè)不同的理想軸并尋找它們?cè)谕鈨A平面的交叉點(diǎn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述點(diǎn)位于任何理想推力軸的交叉點(diǎn)和直線的交叉點(diǎn)上，該直線經(jīng)過(guò)搖臂相對(duì)車(chē)身的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR b/c)并經(jīng)過(guò)搖臂上帶彈簧的臂樞接的點(diǎn)。如下解釋，該發(fā)現(xiàn)使得可簡(jiǎn)單地從所研究的結(jié)構(gòu)來(lái)確定會(huì)聚點(diǎn)。
在圖5c中參照?qǐng)D5的實(shí)施例結(jié)構(gòu)說(shuō)明了圖解法確定會(huì)聚點(diǎn)。為了確定所述點(diǎn)(G)，在這種情況下，使用了一個(gè)特殊的理想推力軸。該軸(Drv)是垂直的，其位置可確定為系統(tǒng)幾何特征的一個(gè)函數(shù)。實(shí)際上，在前面已經(jīng)顯示，在垂直推力的情況下，理想垂直推力軸的位置滿足了比率(EBH1)/(E1AH)等于1的條件(參看圖5b)。直線Dcg就是這樣的直線，它既通過(guò)點(diǎn)CIR b/c又通過(guò)帶彈簧的臂(這里是下臂8)在搖臂41上樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)。直線Drv在G點(diǎn)與直線Dcg相交。該點(diǎn)G為推力軸為保證完美平衡必須經(jīng)過(guò)的單點(diǎn)(對(duì)于一個(gè)給定的結(jié)構(gòu))。點(diǎn)G為理想推力軸的會(huì)聚點(diǎn)。理想推力軸的四個(gè)實(shí)施例(Ar1、Ar2、Ar3和Ar4)已經(jīng)得到顯示，它們滿足車(chē)輪平均位置的平衡條件。實(shí)踐中，彈簧的安放可采取多種方式，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是彈簧施加推力的軸(Ar1、Ar2、Ar3和Ar4)。
在懸架系統(tǒng)的工作過(guò)程中，彈簧的推力軸可根據(jù)各元件的位移變化。于是推力軸可能從點(diǎn)G(在平均位置確定)移開(kāi)，而平衡狀態(tài)可能遠(yuǎn)離完美平衡狀態(tài)。
除了其在系統(tǒng)工作過(guò)程中的變化之外，在平均位置的推力軸還可能因制造公差和/或如鉸接剛度等設(shè)計(jì)折衷的原因而遠(yuǎn)離會(huì)聚點(diǎn)。但是，最好在懸架劇烈偏移過(guò)程中產(chǎn)生的由地面在接觸區(qū)域施加到車(chē)輪的橫向力不超過(guò)相當(dāng)于0.3P的限制，其中“P”為軸負(fù)載。一種滿足該條件的方法是保證在劇烈偏移過(guò)程中從點(diǎn)G到彈簧的推力軸在外傾平面中的距離不會(huì)超過(guò)半輪距的20％，其中半輪距為A+B。同樣較佳地，懸架輕微偏移過(guò)程中產(chǎn)生的由地面在接觸區(qū)域施加到車(chē)輪的橫向力不超過(guò)相當(dāng)于0.1P的限制。一種滿足該條件的方法是保證從點(diǎn)G到在平均位置的彈簧的推力軸在外傾平面中的距離不會(huì)超過(guò)半輪距的13％。
以會(huì)聚點(diǎn)G為中心的第一個(gè)圓Cd(其半徑相當(dāng)于半輪距的20％)示意性地表示出在劇烈偏移過(guò)程中必須由推力軸橫斷的區(qū)域，以滿足所述的第一距離標(biāo)準(zhǔn)。
第二個(gè)圓Cs(其半徑相當(dāng)于半輪距的13％)示意性地表示出必須由在平均位置的推力軸橫斷的區(qū)域，以滿足所述的第二距離標(biāo)準(zhǔn)。
圖5c顯示的實(shí)施例是一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)，但是容易理解，在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的任何結(jié)構(gòu)中，會(huì)聚點(diǎn)(G)都能夠以類(lèi)似方式確定，而與該理論有關(guān)的平衡標(biāo)準(zhǔn)也是可適用的。
術(shù)語(yǔ)“理想推力軸”或“理想推力的軸”指任何彈簧推力軸，以便在缺少任何由地面在接觸區(qū)域施加的橫向力的情況下，系統(tǒng)在車(chē)輪的平均位置也能夠處于完美平衡。車(chē)輪的平均位置可定義為設(shè)計(jì)位置，也就是當(dāng)每個(gè)車(chē)輪帶有其額定負(fù)載時(shí)車(chē)輪相對(duì)車(chē)身的位置和在一條直線上側(cè)傾時(shí)車(chē)輪平面的定位。
術(shù)語(yǔ)“劇烈偏移”主要指懸架在車(chē)輪平均位置的任一側(cè)的垂直偏移，總計(jì)可達(dá)到懸架系統(tǒng)允許的偏移的80％，而“輕微偏移”主要指懸架在車(chē)輪平均位置的任一側(cè)的垂直偏移，它被限制到為懸架系統(tǒng)允許的偏移的20％。
“結(jié)構(gòu)”指懸架系統(tǒng)的幾何特征的組合，它將車(chē)輪確定在平均位置。
圖6顯示了另一種連接搖臂的方式。在該系統(tǒng)12中，搖臂42相對(duì)車(chē)身5繞旋轉(zhuǎn)瞬心CIR b/c的鉸接點(diǎn)通過(guò)一個(gè)弧形滑條20獲得，該弧形滑條20采用一個(gè)圓的部分圓弧的形式，圓心為所需的CIR b/c點(diǎn)。
圖7顯示了通過(guò)兩個(gè)直滑條(9a、9b)來(lái)鉸接搖臂的方法，這兩個(gè)直滑條(9a、9b)定位為使得垂直于滑條軸的線在所需點(diǎn)CIR b/c相交。與圖6中的類(lèi)似，該系統(tǒng)13的直滑條(9a、9b)在實(shí)踐中可采取不同的形式。當(dāng)然可考慮軸承或平滑的機(jī)械系統(tǒng)或帶球軸承的系統(tǒng)但鉸接還可以是彈性材料的，例如，軸向受力的圓柱形彈性材料。
圖8顯示了通過(guò)兩個(gè)直滑條來(lái)鉸接搖臂的方法，這兩個(gè)直滑條形成一個(gè)角度，使得垂直于滑條軸的線在所需點(diǎn)CIR b/c相交。在這種情況下，滑條采取套筒式減震器(22a、23b)的形式，其一端剛性地連接到車(chē)身5，另一端鉸接到搖臂43。該結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它組合了搖臂鉸接的功能和可能的緩沖側(cè)傾和外傾移動(dòng)的功能。
圖9顯示了與圖4和5類(lèi)似的一種實(shí)施方式，但是外傾的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)是通過(guò)一種不同的結(jié)構(gòu)來(lái)獲得的。實(shí)際上，在該結(jié)構(gòu)中，上臂71和下臂81會(huì)聚向下方的一點(diǎn)(CIR r/b)(這里該點(diǎn)位于朝向車(chē)輛外部)，搖臂41相對(duì)車(chē)身5的樞軸點(diǎn)(就是旋轉(zhuǎn)瞬心CIR b/c)也必須位于下方。在所示的實(shí)施例中，該點(diǎn)位于地面S下方，就是說(shuō)，該點(diǎn)只能是一個(gè)虛擬的點(diǎn)。從而，該旋轉(zhuǎn)瞬心的結(jié)構(gòu)不能在圖1到3描述的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
圖10表示了一種與那些前面描述的實(shí)施方式區(qū)別非常大的實(shí)施方式，區(qū)別在于外傾的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)的所需位置是通過(guò)將搖臂44相對(duì)車(chē)身5的位于上方的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR b/c)和車(chē)輪支撐相對(duì)搖臂的位于橫臂72和82的交叉點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/b)結(jié)合起來(lái)獲得的。從而，桿(9e、9f)的定位與前面描述的結(jié)構(gòu)相比來(lái)說(shuō)是相反的，以允許點(diǎn)CIR b/c處于這樣的位置。自然地，這只是一個(gè)實(shí)施方式例，而搖臂45的鉸接裝置可能很好地具有圖1中所示的形式，只要樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生在所需的相對(duì)車(chē)身5的高度。這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是這樣的懸架系統(tǒng)的側(cè)傾中心比在前面描述的結(jié)構(gòu)中的要顯著地高。這種效果例如在重心相對(duì)較高的車(chē)輛，如MPV或SUV(“體育用車(chē)輛”)中令人感興趣。
圖11顯示了一種與那些前面描述的實(shí)施方式區(qū)別非常大的實(shí)施方式，區(qū)別在于它使用了一種鉸接到搖臂45的Macpherson懸架結(jié)構(gòu)(73、83)，搖臂45的功能與前面相同。外傾的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)的所需位置是通過(guò)將搖臂相對(duì)車(chē)身5的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR b/c)和車(chē)輪支撐相對(duì)搖臂的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/b)結(jié)合起來(lái)獲得的，其中旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/b)位于下臂82的軸和與Macpherson力柱73的軸垂直的直線交叉的點(diǎn)。桿(9g、9h)的安放可與前面描述的實(shí)施方式中的相比。自然地，與這里描述的多數(shù)實(shí)施例類(lèi)似，搖臂到車(chē)身的連接可以是一個(gè)移動(dòng)的虛擬樞軸(如圖11所示)或者是一個(gè)如圖1到3中的固定的、實(shí)質(zhì)性的樞軸或者是一個(gè)如圖6中的固定的虛擬樞軸。
圖12顯示了一種與圖4和5類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中增加了控制外傾的裝置，在這種情況下，被動(dòng)控制裝置采用套筒式減震器30的形式，減震器能夠緩沖搖臂41相對(duì)車(chē)身5的振動(dòng)。
圖13顯示了一種與圖12中接近的結(jié)構(gòu)，其中控制裝置可被調(diào)節(jié)。例如，其可能為一個(gè)液壓千斤頂31或一個(gè)電動(dòng)機(jī)。這可能起著致動(dòng)器的作用，該致動(dòng)器提供能量以產(chǎn)生所需的外傾變動(dòng)。在這種主動(dòng)控制的情況下，最好外傾的自由度的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)位于地面S或高于地面的水平，但是為了實(shí)現(xiàn)低能量輸入下的控制，只高于地面一個(gè)較短的距離。這是圖13所示的結(jié)構(gòu)。
相反，控制裝置在調(diào)節(jié)外傾移動(dòng)方面可能有被動(dòng)作用，這種外傾移動(dòng)例如由在圖2和3中說(shuō)明的橫向力引起。
無(wú)論控制裝置是被動(dòng)的還是主動(dòng)的，如果它們是可控制的，那么可以根據(jù)車(chē)輛的各種運(yùn)行參數(shù)(如速度、縱向或橫向加速度、轉(zhuǎn)向輪的位置、轉(zhuǎn)向輪的旋轉(zhuǎn)速度、施加到轉(zhuǎn)向輪的扭矩、側(cè)傾、側(cè)傾速度、側(cè)傾加速度、偏轉(zhuǎn)速度、偏轉(zhuǎn)加速度、包括垂直負(fù)載在內(nèi)的施加在車(chē)輪上的力、駕駛類(lèi)型、駕駛員所需的操縱)的不同對(duì)它們進(jìn)行調(diào)節(jié)。
根據(jù)一個(gè)類(lèi)似的設(shè)計(jì)，控制裝置可能包括用來(lái)測(cè)量外傾移動(dòng)的裝置。在由橫向力引起的外傾移動(dòng)的情況下，這種測(cè)量允許通過(guò)已知那樣的方法來(lái)確定所述的力。該信息在，例如安全系統(tǒng)控制或校正車(chē)輛操作的系統(tǒng)中是有用的。
圖13a顯示了圖10中描述的裝置的一個(gè)“主動(dòng)的”變化形式。在該變化形式中，搖臂44也相對(duì)車(chē)身5繞由桿9e和9f限定的一點(diǎn)(CIR b/c)樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。另一方面，上臂72和下臂82采用經(jīng)典的結(jié)構(gòu)，也就是它們不像在圖10中的那樣交叉。根據(jù)前面闡述的理論，對(duì)圖13a的結(jié)構(gòu)而言，可確定瞬時(shí)外傾中心(CIR r/c)的位置。它仍然在車(chē)輪平面中，但現(xiàn)在位于車(chē)輪2的頂部，基本上如圖1a中那樣。
這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)的操作、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)基本上和圖1a中的結(jié)構(gòu)相同。但是，由于搖臂44相對(duì)車(chē)身5鉸接的方式不同，例如，搖臂的鉸接點(diǎn)(CIRb/c)可選擇一個(gè)相對(duì)較高的位置。實(shí)際上，由于在這種情況下所述點(diǎn)是虛擬的，其高度位置不必需要較大的垂直空間余量。
旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)的位置自地面的高度稍微小于車(chē)輪的半徑“r”的兩倍，例如約1.8r，從在車(chē)輛擋泥板51下占有空間的標(biāo)準(zhǔn)的觀點(diǎn)來(lái)看，這是較佳的位置。顯然地，該高度越高，控制外傾所需要的功率就越大。在這兩個(gè)趨勢(shì)之間可通過(guò)選擇一個(gè)高度達(dá)到折衷，該高度在如圖13中的低能量結(jié)構(gòu)的高度和如圖1a和13a中的低空間結(jié)構(gòu)的高度之間。
圖14表示根據(jù)本發(fā)明的一種車(chē)輛。它裝配有兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明的懸架系統(tǒng)(11a和11b)，這兩個(gè)懸架系統(tǒng)基本上相對(duì)車(chē)輛的縱軸對(duì)稱布置。這里顯示的系統(tǒng)是前面描述的系統(tǒng)(圖4和5)。它們之間當(dāng)然可以相互獨(dú)立，或者可替換地由如推桿50(由虛線表示)等偶合裝置連接起來(lái)。在這種方式下，車(chē)輪(2a和2b)的行為至少就外傾而言是偶合的。這樣的耦合使得它能夠更容易地滿足車(chē)輛平衡的條件。如果兩個(gè)系統(tǒng)之間是相互獨(dú)立的，那么它們將獨(dú)立地受到控制。如果該獨(dú)立控制是主動(dòng)的，那么每個(gè)車(chē)輪都可以不同的方式得到調(diào)節(jié)。例如，只有位于轉(zhuǎn)彎外側(cè)的車(chē)輪外傾才能夠得到改善。
圖14顯示的搖臂(41a和41b)相對(duì)地靠近在一起，但這是一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)，而每個(gè)搖臂都可能更靠近其各自的車(chē)輪。
可替換地，在一個(gè)類(lèi)似的設(shè)計(jì)中，例如為了將橫向臂(7a、8a、7b和8b)變長(zhǎng)一些，搖臂41a和搖臂41b可以在沿著車(chē)輛軸的稍微不同的平面中，其中引導(dǎo)左手車(chē)輪2a的臂鉸接到右手搖臂41b，反之亦然。
圖15顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一種車(chē)輛。它裝配有根據(jù)本發(fā)明的懸架系統(tǒng)18的較佳的實(shí)施方式。該系統(tǒng)與那些前面描述的系統(tǒng)比較而言，另外還包括一個(gè)相對(duì)的車(chē)輪支撐3b，它設(shè)計(jì)為承載支撐車(chē)輛車(chē)身5的軸的相對(duì)車(chē)輪2b。相對(duì)的車(chē)輪支撐3b在一種與車(chē)輪支撐3a的結(jié)構(gòu)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)中連接到搖臂41。這種實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)當(dāng)然是它比圖14中所示的實(shí)施方式具有更少的部件。這通常在成本方面會(huì)有直接影響。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是圖14中作為一個(gè)選擇來(lái)描述的偶合效果完全包含在這種情況下。根據(jù)本發(fā)明的車(chē)輛的這個(gè)實(shí)施方式(仍然參考圖14)的一個(gè)限制是在車(chē)輛下的安放就可利用空間而言受到更嚴(yán)格的限制。這里說(shuō)明的是一種特殊的實(shí)現(xiàn)形式，但是當(dāng)然本發(fā)明的任何實(shí)施方式(無(wú)論是否在前面得到說(shuō)明)都能夠構(gòu)建這樣的單軸。
圖15a說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的懸架系統(tǒng)和車(chē)輛的一種“主動(dòng)的”變化形式。該結(jié)構(gòu)重復(fù)了圖15中的絕大多數(shù)元件。主要的區(qū)別如下所示一方面，搖臂46相對(duì)車(chē)身5繞一位于中間位置幾乎在搖臂中心的點(diǎn)(CIRb/c)鉸接，另一方面，搖臂相對(duì)車(chē)身的定位受到千斤頂100的主動(dòng)控制。
與前面解釋的理論相符合，例如，能夠?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)在左邊確定車(chē)輪2a的外傾瞬心(CIR ra/c)的位置。它仍然在車(chē)輪平面中，但現(xiàn)在處于與車(chē)輪2a的軸高度基本上一致的中間位置。同一理論當(dāng)然可應(yīng)用到右手車(chē)輪2b，但是其幾何構(gòu)造沒(méi)有示出。這種折衷的結(jié)構(gòu)(與圖13a描述引起的類(lèi)似)在驅(qū)動(dòng)力傳遞到車(chē)輪方面有一些優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，由于車(chē)輪相對(duì)車(chē)身的外傾移動(dòng)繞一位于車(chē)輪中心水平的點(diǎn)發(fā)生，車(chē)輪中心和車(chē)身上的一個(gè)固定點(diǎn)之間的距離不會(huì)受到外傾移動(dòng)的影響。這樣，商用車(chē)輛中現(xiàn)有類(lèi)型的變速器可得到使用，只要在車(chē)輪側(cè)的接頭能夠接納比外傾引起的正常角度稍大的角偏轉(zhuǎn)。另一方面，可能有必要提供這樣的一些變速器，它們?cè)谇懊婷枋龅钠渌鼛缀谓Y(jié)構(gòu)中還能夠允許其長(zhǎng)度有較大的變動(dòng)。
很清晰的是，所描述的結(jié)構(gòu)結(jié)合了幾何特征和技術(shù)特征。雖然還有大量的組合沒(méi)有得到明確地描述，但對(duì)懸架系統(tǒng)領(lǐng)域的人員來(lái)說(shuō)，很清晰的是，所描述的元件以及其它沒(méi)有得到描述但已知的這樣的元件可通過(guò)不同的方式聯(lián)合在一起。附圖的目的是來(lái)闡述表征本發(fā)明的原理。
如所看到的那樣，作為所需操作的一個(gè)函數(shù)，外傾移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)的位置可選擇在地面上方2.5r到地面下方r的范圍內(nèi)(其中r為車(chē)輪的半徑)。該點(diǎn)位于地平面附近的事實(shí)使得半輪距變動(dòng)受到限制。例如，在旋轉(zhuǎn)瞬心位于距離地面r的位置，并且車(chē)輪的半徑為300mm的情況下，5°的外傾會(huì)相對(duì)車(chē)身將接觸區(qū)域移位約25mm(就是變動(dòng)半輪距)。已發(fā)現(xiàn)該數(shù)值必須作為一個(gè)不能超過(guò)的界限。實(shí)際上，和前面圖1a的解釋相反，該半輪距變動(dòng)趨向于增加向轉(zhuǎn)彎外側(cè)轉(zhuǎn)移的負(fù)載。但是，當(dāng)外傾自由度的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)在地平面上方時(shí)，在這種情況下，本發(fā)明的系統(tǒng)必須包括一個(gè)致動(dòng)器來(lái)主動(dòng)地定位車(chē)輪平面(參看圖13)，試驗(yàn)已經(jīng)證明，在超過(guò)一個(gè)特定的高度后，該主動(dòng)操作所需的功率將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)消耗非常多的能量。已發(fā)現(xiàn)，在不考慮擋泥板下占有的空間的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，該高度界限基本上相當(dāng)于車(chē)輪半徑的一半。
圖中各種不同的實(shí)施例說(shuō)明了一個(gè)事實(shí)，即本發(fā)明的懸架系統(tǒng)可根據(jù)區(qū)別很大的懸架理論來(lái)制造，只要能夠獲得所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)定義。特別地，所示的任意形狀的搖臂能夠采用任何合適的形式來(lái)做成，這些合適的形式允許鉸接軸能夠得到合理的定位，并當(dāng)然能夠支撐懸架應(yīng)力。這些同樣適用于其它構(gòu)成元件，如橫向臂。
外傾平面可定義為與地面垂直與車(chē)輛橫切的平面，經(jīng)過(guò)接觸區(qū)域內(nèi)的合力施加點(diǎn)。附圖描述了本發(fā)明的原理和關(guān)于該平面的若干實(shí)施方式。該兩維表示有利于清晰地說(shuō)明發(fā)明的系統(tǒng)的主要特征，系統(tǒng)的目的是外傾的受控變動(dòng)。在該表示下，外傾移動(dòng)是在平面中繞一個(gè)樞軸點(diǎn)(旋轉(zhuǎn)瞬心)的旋轉(zhuǎn)。但是不能忘記的是，在實(shí)際中，旋轉(zhuǎn)是繞一個(gè)實(shí)際的或虛擬的樞軸(旋轉(zhuǎn)瞬時(shí)軸)發(fā)生(在三維中)的。該軸由一個(gè)在平面表示中的點(diǎn)來(lái)表示。該軸構(gòu)造成基本上與地平面和車(chē)輛的縱軸平行，以允許能夠看到外傾變動(dòng)。但是，通過(guò)改變?cè)撦S的定位，額外的轉(zhuǎn)向、前束、后束或者旋轉(zhuǎn)角效果可作為車(chē)輪在接觸區(qū)域承受的橫向(轉(zhuǎn)彎)力和縱向(剎車(chē)、加速)力的一個(gè)函數(shù)而產(chǎn)生。那些熟悉主題的人員將知道如何去實(shí)施測(cè)試和/或應(yīng)用理論方法來(lái)確定作為系統(tǒng)預(yù)期行為的一個(gè)函數(shù)而最優(yōu)采納的定位。例如，試驗(yàn)已經(jīng)證明，樞軸相對(duì)水平線6°的傾斜允許與外傾相關(guān)的轉(zhuǎn)向角比外傾角小10倍。這樣，當(dāng)橫向力引發(fā)5°的外傾時(shí)，偏差約為0.5°。樞軸的傾斜，例如能夠通過(guò)給車(chē)輛裝配一個(gè)偏離垂直方向6°傾斜的系統(tǒng)來(lái)獲得。
圖中沒(méi)有顯示出所有的必要元件，但是顯示了懸架系統(tǒng)的已知元件。特別地，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)知道如何去保證車(chē)輪平面的縱向定位，例如，通過(guò)縱臂裝置或者通過(guò)控制搖臂并用叉形臂或A型臂將搖臂連接到車(chē)輪支撐等。類(lèi)似地，車(chē)輪平面在其轉(zhuǎn)向方向的保持通過(guò)一個(gè)連接到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的元件或者通過(guò)一個(gè)固定尺寸的元件，如非轉(zhuǎn)向軸的前桿，來(lái)得到保證。但是，本發(fā)明的系統(tǒng)的最佳實(shí)施方式提供這些轉(zhuǎn)向控制元件將車(chē)輪支撐直接連接到搖臂，以便轉(zhuǎn)向能夠得到控制而不承受令人討厭的干擾，這些干擾是因?yàn)橛筛鶕?jù)發(fā)明的系統(tǒng)可能造成的相當(dāng)大的外傾變動(dòng)引起的。較佳地，搖臂到車(chē)輪支撐的這種連接可用來(lái)導(dǎo)致作為外傾的一個(gè)函數(shù)的轉(zhuǎn)向效果，這是因?yàn)閾u臂的移動(dòng)直接與外傾偶合。這樣，當(dāng)外傾由橫向力控制時(shí)(在本發(fā)明的系統(tǒng)被動(dòng)起作用的情況下)，轉(zhuǎn)向可由橫向力引起。從而，其效果與前面描述的樞軸傾斜相同。
如前面描述，附圖顯示了在外傾平面中的平面(即二維)表示。這種表示給出了在外傾和輪距變動(dòng)下根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的理論操作的清晰的視圖。在實(shí)踐中，也就是在三維中，根據(jù)該技術(shù)理論的系統(tǒng)可通過(guò)從二維表示中精確地推斷它們的特征來(lái)制造。但是，該技術(shù)理論還可以應(yīng)用到這樣的系統(tǒng)中，它們與這里描述的二維比較，在外傾平面上的投影不同，但在外傾平面上的運(yùn)動(dòng)相同。例如，這樣的系統(tǒng)可包括一個(gè)下三角、一個(gè)上三角和一個(gè)前束桿。該系統(tǒng)在外傾平面中的操作的再現(xiàn)來(lái)自在二維中確定一個(gè)等效的結(jié)構(gòu)。它可能是車(chē)輪在外傾平面中繞平均位置移動(dòng)的試驗(yàn)結(jié)果或理論研究結(jié)果，從中可推斷出所述等效結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的懸架系統(tǒng)的各元件可通過(guò)各種不同的方式鉸接。目前在底盤(pán)系統(tǒng)范圍內(nèi)使用的彈性鉸接使得系統(tǒng)能夠更容易地獲得平衡，這是因?yàn)樗鼈円M(jìn)了剛性。另一方面，還知道它們提高了車(chē)輛的舒適度。
可實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)以用來(lái)補(bǔ)償在現(xiàn)有車(chē)輛中地面接觸系統(tǒng)的變形，并允許更好的性能。換句話說(shuō)，本發(fā)明的系統(tǒng)可用來(lái)保證車(chē)輪平面在所有情況下都基本上保持與地平面垂直或者稍微傾斜，還用于允許輪胎的任何變形。該目的通常是由有用的外傾幅度僅為小角度的本發(fā)明系統(tǒng)來(lái)獲得的。但是，本發(fā)明的系統(tǒng)還可用于實(shí)現(xiàn)較大的外傾變動(dòng)，也就是說(shuō)，它允許底盤(pán)系統(tǒng)工作地幾乎更像摩托車(chē)那樣，而不是更像市場(chǎng)上現(xiàn)有的帶三個(gè)或以上車(chē)輪的車(chē)輛。
總之，圖中表示的車(chē)輪(2)包括一個(gè)氣胎，但是本發(fā)明當(dāng)然與任何類(lèi)型的車(chē)輪相關(guān)，無(wú)論它是否帶有彈性輪胎，是否是氣胎，其一個(gè)基本的特征是旋轉(zhuǎn)瞬心相對(duì)接觸區(qū)域的位置，無(wú)論它可能是什么。
權(quán)利要求
1.懸架系統(tǒng)(1、11、11a、11b、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21)，其將車(chē)輪支撐(3、3a、3b、31、73)連接到車(chē)輛的車(chē)身(5)，所述車(chē)輪支撐設(shè)計(jì)成帶有一個(gè)半徑為“r”的車(chē)輪(2、2a、2b)，所述車(chē)輪通過(guò)一個(gè)接觸區(qū)域(AC)擱在地面(S)上，所述系統(tǒng)包括裝置(4、41、41a、41b、42、43、44、45、46)，該裝置相對(duì)車(chē)身為車(chē)輪支撐提供一個(gè)外傾自由度和一個(gè)懸架偏移自由度，這兩個(gè)自由度相互之間獨(dú)立，其特征在于該系統(tǒng)以這樣的方式構(gòu)造，使得車(chē)輪支撐相對(duì)車(chē)身的外傾移動(dòng)有一個(gè)繞平均位置的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)，該旋轉(zhuǎn)瞬心位于地面上方2.5r到地面下方r的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)位于地面上方0.3r到地面下方0.5r的范圍之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)瞬心位于地面上方0.2r到地面下方0.4r的范圍之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)瞬心位于地面上方0.1r到地面下方0.3r的范圍之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)瞬心位于地面上方0.5r到地面上方1.5r的范圍之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中于所述旋轉(zhuǎn)瞬心位于地面上方1.5r到地面上方2.2r的范圍之間。
7.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，如此構(gòu)造使得在接觸區(qū)域沒(méi)有由地面施加到車(chē)輪的橫向力(Fy)的情況下，所述系統(tǒng)在所述平均位置接近平衡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，如此構(gòu)造使得在沒(méi)有外傾變動(dòng)時(shí)，在懸架劇烈偏移過(guò)程中產(chǎn)生的橫向力(Fy)不超過(guò)相當(dāng)于0.3P的限制，其中“P”為軸負(fù)載，該橫向力是由地面在接觸區(qū)域施加到車(chē)輪上的。
9.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，包括一個(gè)搖臂，搖臂一方面連接到車(chē)身，另一方面連接到車(chē)輪支撐，從而所述搖臂到車(chē)身的連接能夠?qū)崿F(xiàn)所述的外傾自由度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)位于地平面(S)下方，從而當(dāng)由地面在接觸區(qū)域(AC)施加到車(chē)輪(2、2a)上的橫向力(Fy)指向車(chē)輛內(nèi)部時(shí)，所述橫向力會(huì)引起車(chē)輪支撐(3、3a)相對(duì)車(chē)身向減少外傾的方向傾斜，當(dāng)所述橫向力指向車(chē)輛外部時(shí)，所述橫向力會(huì)引起車(chē)輪支撐相對(duì)車(chē)身向增加外傾的方向傾斜。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，包括測(cè)量施加到搖臂的力偶的裝置，以由此來(lái)推斷車(chē)輪承受的橫向力(Fy)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，包括測(cè)量搖臂的位移的裝置，以由此來(lái)推斷所述橫向力(Fy)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9到12中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(11)，其中搖臂由兩個(gè)桿(9a、9b)連接到車(chē)身，這兩個(gè)桿構(gòu)造成能夠通過(guò)搖臂(41)相對(duì)車(chē)身(5)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)允許車(chē)輪支撐(3)的外傾移動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)(11)，其中所述桿通過(guò)至少一個(gè)彈性鉸接而鉸接起來(lái)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9到14中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(12)，其中搖臂通過(guò)一個(gè)弧形滑條(20)連接到車(chē)身，該弧形滑條構(gòu)造成能夠通過(guò)搖臂相對(duì)車(chē)身的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)允許車(chē)輪支撐的外傾移動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9到14中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(13、14)，其中搖臂通過(guò)兩個(gè)直滑條(21a、21b)連接到車(chē)身，以通過(guò)搖臂相對(duì)車(chē)身的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)允許車(chē)輪支撐的外傾移動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求9到16中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(16)，其中搖臂(44)連接到車(chē)身，使得它能夠繞一個(gè)位于搖臂上方的點(diǎn)(CIR b/c)轉(zhuǎn)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求9到16中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(17)，其中車(chē)輪支撐(73)通過(guò)一個(gè)Macpherson系統(tǒng)連接到搖臂(45)。
19.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，還另外包括能夠影響車(chē)輪外傾的控制裝置(30、31、100)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中于所述控制裝置(30、31、100)以這樣的方式對(duì)搖臂相對(duì)車(chē)身的移動(dòng)起作用，以致影響車(chē)輪的外傾。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的系統(tǒng)，其中控制裝置包括一個(gè)減震器(30)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19到21中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中控制裝置包括一個(gè)可變形的元件，該元件對(duì)抗外傾移動(dòng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中該彈性可變形元件由彈性鉸接所構(gòu)成。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述控制裝置可作為車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)的函數(shù)來(lái)控制。
25.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，包括用于控制將車(chē)輪支撐連接到搖臂的轉(zhuǎn)向的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述轉(zhuǎn)向控制裝置將車(chē)輪支撐以這樣一種方式連接到搖臂上，以使轉(zhuǎn)向依靠于外傾移動(dòng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，另外還包括有一個(gè)相對(duì)的車(chē)輪支撐(3b)，它設(shè)計(jì)成帶有所述車(chē)輛的軸的一個(gè)相對(duì)車(chē)輪(2b)，所述相對(duì)的車(chē)輪支撐按照與車(chē)輪支撐(3a)的結(jié)構(gòu)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)連接到搖臂(41)。
28.一種車(chē)輛，裝備了如前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)。
29.在同一個(gè)軸上裝備了兩個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1到26中任意一項(xiàng)所述系統(tǒng)的車(chē)輛，所述系統(tǒng)基本上相對(duì)車(chē)輛的縱軸對(duì)稱布置。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的車(chē)輛，其中所述系統(tǒng)互聯(lián)，以至于每一個(gè)車(chē)輪支撐的外傾移動(dòng)都偶合起來(lái)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的車(chē)輛，其中所述系統(tǒng)與權(quán)利要求19相符合，并相互之間獨(dú)立地受到控制。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的車(chē)輛，裝備了如權(quán)利要求19和27所述的系統(tǒng)，其致動(dòng)器被作為車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)的一個(gè)函數(shù)來(lái)控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種將車(chē)輪支撐連接到車(chē)輛車(chē)身的懸架系統(tǒng)，所述車(chē)輪支撐設(shè)計(jì)為支撐半徑為“r”的車(chē)輪，所述車(chē)輪設(shè)計(jì)為通過(guò)一個(gè)接觸區(qū)域來(lái)擱在地面(S)上，所述系統(tǒng)包括用來(lái)相對(duì)車(chē)身為車(chē)輪支撐提供一個(gè)外傾自由度和一個(gè)懸架偏移自由度的裝置，這兩個(gè)自由度相互之間獨(dú)立。其特征在于，所述系統(tǒng)構(gòu)造成可使得車(chē)輪支撐相對(duì)車(chē)身的外傾移動(dòng)有一個(gè)繞平均位置的旋轉(zhuǎn)瞬心(CIR r/c)，該旋轉(zhuǎn)瞬心位于地面上方2.5r到地面下方r的間距范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)B60G17/015GK1527771SQ02805224
公開(kāi)日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2002年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月23日
發(fā)明者M·布隆德萊, G·戈古, O·皮法爾, L·塞拉, D·韋尼耶, F·安德烈, M 3 申請(qǐng)人:米其林技術(shù)公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司