專利名稱：用于懸掛車輛的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)總的涉及車輛懸架系統(tǒng)，特別針對(duì)能夠控制車輛側(cè)傾和縱傾的車輛懸架系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
車輛的懸架確定車輛的行駛特性如側(cè)傾和縱傾。術(shù)語(yǔ)“側(cè)傾”是指車身繞車輛縱向軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。側(cè)傾典型地在轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生。術(shù)語(yǔ)“縱傾”是指車身繞車輛橫向軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？v傾典型地在加速(加速“下坐”)和制動(dòng)(制動(dòng)“點(diǎn)頭”)時(shí)發(fā)生。
車輛懸架系統(tǒng)可以分為主動(dòng)式或被動(dòng)式。在William F.Milliken和Douglas L.Milliken的參考書“賽車動(dòng)力學(xué)”中已經(jīng)討論了懸架系統(tǒng)的很多基本方面，這本書在此全文引用作為參考。
“主動(dòng)”懸架系統(tǒng)典型地在工作中根據(jù)感應(yīng)到的運(yùn)行條件調(diào)整懸架組件。主動(dòng)懸架系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜、相當(dāng)昂貴或既復(fù)雜又昂貴。另一方面，被動(dòng)懸架系統(tǒng)典型地包括反側(cè)傾桿或橫向穩(wěn)定桿或類似物，它們?cè)诠ぷ髦胁荒鼙徽{(diào)整。被動(dòng)懸架系統(tǒng)典型地相對(duì)簡(jiǎn)單和便宜。
在被動(dòng)懸架系統(tǒng)中采用諸如彈簧和反側(cè)傾桿這樣的組件來減少轉(zhuǎn)彎側(cè)傾，這樣在減少側(cè)傾和行駛平順性之間有一個(gè)折衷。能夠增加行駛平順性的彈簧和減振率通常會(huì)抵消傳統(tǒng)反側(cè)傾裝置的效果。而且，這樣的反側(cè)傾裝置不能補(bǔ)償車輛重量分布的變化，而這種變化也會(huì)顯著影響側(cè)傾特性。
鑒于上述問題和考慮，本發(fā)明的一個(gè)總的目的是提供一種車輛懸架系統(tǒng)，它克服了前述缺陷同時(shí)還提供良好的側(cè)傾和縱傾特性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種車輛懸架系統(tǒng)，它能提供良好的側(cè)傾和縱傾特性。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于有車身的車輛的懸架。該懸架包括第一車輪組件懸架和第二車輪組件懸架。第一車輪組件懸架在第一車輪組件和車身之間延伸。第一車輪組件懸架包括一個(gè)瞬心。第二車輪組件懸架在第二車輪組件和車身之間延伸。第二車輪組件懸架包括一個(gè)瞬心。第一車輪組件和第二車輪組件定位調(diào)整使得每個(gè)車輪組件的垂直中心線都位于在兩者之間延伸的垂直平面內(nèi)。在一種實(shí)施方式中，每個(gè)車輪組件懸架的瞬心都位于垂直平面內(nèi)，位于垂直平面內(nèi)的側(cè)傾中心下方。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，用于懸掛有車身的車輛的方法包括以下步驟(1)提供第一車輪組件懸架，它在第一車輪組件和車身之間延伸，其中第一車輪組件懸架包括一個(gè)瞬心；(2)提供第二車輪組件懸架，它在第二車輪組件和車身之間延伸，其中第二車輪組件懸架包括一個(gè)瞬心；(3)第一車輪組件和第二車輪組件定位調(diào)整使得每個(gè)車輪組件的垂直中心線都位于在兩者之間延伸的垂直平面內(nèi)；(4)定位第一車輪組件和第二車輪組件，使得每個(gè)組件懸架的瞬心都位于垂直平面內(nèi)，位于垂直平面內(nèi)的側(cè)傾中心下方。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過使用本懸架，能夠形成一個(gè)相對(duì)較高并較穩(wěn)定的側(cè)傾中心，從而形成所需的穩(wěn)定的車輛懸架。車輛正常運(yùn)行時(shí)，該相對(duì)較高的側(cè)傾中心基本維持在同一位置。
本發(fā)明的這些及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)可結(jié)合附圖和下面的詳細(xì)描述來闡明。


圖1是車輛的示意性前視圖，圖中示出了本懸架。
圖2是本懸架所用的支撐臂的示意圖。
圖3顯示了相對(duì)平面位置。
圖4顯示了支撐臂平面在垂直的橫向(或“寬度方向”)延伸平面內(nèi)的關(guān)系，該橫向延伸平面通過車輪的垂直中心線。
圖5顯示了相對(duì)平面位置。
圖6顯示了支撐臂平面在縱向延伸平面內(nèi)的關(guān)系，該縱向延伸平面通過車輪的垂直中心線。
圖7是車輛的示意性俯視圖，圖中示出了本懸架的車身安裝線相對(duì)縱向延伸線的方向。
圖8是本懸架的示意性的正視圖，圖中示出了球節(jié)安裝件相對(duì)于車輪組件的位置。
圖9顯示了主銷軸線和車輪組件的關(guān)系，以便能完全理解本懸架的主銷軸線可能的位置。
圖10是本懸架實(shí)施方式的視圖，該懸架包括有彈簧組件。
圖11是在本發(fā)明懸架中應(yīng)用的彈簧組件實(shí)施方式的視圖。
圖12是在本發(fā)明懸架中應(yīng)用的彈簧組件實(shí)施方式的視圖。
圖13-15顯示了前輪之間的阿克曼式轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)。圖13顯示了具有完全阿克曼轉(zhuǎn)向的車輪。圖14顯示了具有“中性”阿克曼轉(zhuǎn)向的車輪(也稱為平行取向)，圖15顯示了具有反向阿克曼轉(zhuǎn)向的車輪。
圖16是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的懸架系統(tǒng)的立體示意圖。
圖17是圖16中的懸架系統(tǒng)的前示意圖。
圖18是另一種實(shí)施方式的懸架系統(tǒng)的立體示意圖。
圖19是車輪組件移動(dòng)時(shí)車輛側(cè)傾中心的前示意圖。
發(fā)明詳細(xì)描述這里要描述的車輛懸架可廣泛用在各種不同的車輛中。該懸架用于獨(dú)立懸掛的車輪組件。車輪組件可以是驅(qū)動(dòng)輪或者是非驅(qū)動(dòng)輪。從而，懸架可應(yīng)用在后輪驅(qū)動(dòng)(RWD)車輛、前輪驅(qū)動(dòng)(FWD)車輛和全輪驅(qū)動(dòng)輪車輛(AWD)中。
參見附圖1和2，用于車輪組件22的本懸架20、21包括一對(duì)支撐臂24、26，支撐臂在車輛車身28和車輪組件22之間延伸。用在這里的術(shù)語(yǔ)“車身”或“車輛的車身”的定義包含車架和連接到車架的底盤部件，如金屬板部件、縱梁、車門、擋泥板、車身板殼、內(nèi)部構(gòu)件、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)等。在一些車輛中應(yīng)用了一個(gè)副車架與結(jié)構(gòu)部件結(jié)合在一起，結(jié)構(gòu)部件與車輛的金屬板部件形成一體，替代了傳統(tǒng)的全車架。另一些車輛中采用了“單片式車身”類型的底盤，這種底盤不需要單獨(dú)的車架或副車架。相反，所有的結(jié)構(gòu)部件直接一體形成在車輛的金屬板部件上。本發(fā)明考慮了各種不同類型的車身并對(duì)它們都適用，因此不限于使用上述任何一種車身。
車輪組件22的組件根據(jù)汽車的性質(zhì)(如，RWD，F(xiàn)WD，AWD)會(huì)有所不同，在大多數(shù)情況下還取決于車輪組件在車輛中的位置。車輪組件22的組件通常可以描述成包括心軸30和輪子(也可以稱為輪胎)32。心軸30包括上球節(jié)34和下球節(jié)36。后懸架典型地不包括傳統(tǒng)球節(jié)，而是包括樞軸安裝件，如襯套等。在此為了描述簡(jiǎn)單，除非特別說明，術(shù)語(yǔ)“球節(jié)”在這里是指將支撐臂24、26連接到心軸30的任意類型的樞軸連接，包括但不限于傳統(tǒng)的球節(jié)、半球節(jié)、襯套等等。車輪32以本領(lǐng)域眾所周知的方式可旋轉(zhuǎn)地安裝到心軸30上。
參照附圖2，每個(gè)支撐臂24、26都包括球節(jié)安裝件38(也可以稱為車輪組件安裝件)、第一車身安裝件40、第一組件42、第二車身安裝件44和第二組件46。第一組件42在球節(jié)安裝件38和第一車身安裝件40之間延伸。第二組件46在球節(jié)安裝件38和第二車身安裝件44之間延伸。一些實(shí)施方式中還進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)橫向組件48，該組件在第一和第二組件42、46之間延伸，以增強(qiáng)支撐臂24、26的剛性和/或?yàn)槠渌鼞壹芙M件(如彈簧、減振器等)提供固定點(diǎn)。車身28在第一和第二車身安裝件處樞軸地固定到支撐臂24、26上。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或兩個(gè)車身安裝件40、44包括柔性襯套，除了繞車身安裝件40、44之間延伸的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以外該襯套還提供了有限量的運(yùn)動(dòng)。球節(jié)38和在每個(gè)支撐臂24、26上的車身安裝件40、44確定了一個(gè)平面。第一和第二組件42、46(以及橫向元件48，如果有的話)不必位于支撐臂24、26的平面內(nèi)，它們是支撐臂的一部分，雖然運(yùn)用在一些車輛中時(shí)它們可以位于該平面內(nèi)。第一和第二組件42、46(以及橫向組件(們)48)的具體幾何形狀將適應(yīng)以后的應(yīng)用情況變化。
參照附圖1和3，在車輛的車身28和車輪組件22之間延伸的這對(duì)支撐臂24、26布置成與車身28和車輪組件22面對(duì)面，使得其中一個(gè)支撐臂24在下球節(jié)36和一對(duì)上車身安裝件連接點(diǎn)50之間延伸，另一個(gè)支撐臂26在上球節(jié)34和一對(duì)下車身安裝件連接點(diǎn)52之間延伸。當(dāng)車輪32與地面接觸或與地面接近時(shí)，這對(duì)上車身安裝件連接點(diǎn)50位于這對(duì)下車身安裝件連接點(diǎn)52的垂直上方，雖然不必在同一垂直延伸平面內(nèi)。其中一個(gè)支撐臂24、26的組件42、46被容納在另一個(gè)支撐臂26、24的組件42、46之間。因此，可以這樣來描述支撐臂24、26，即相互交叉成“X”形布置，通常彼此不接觸。
上面描述的支撐臂24、26代表了本發(fā)明的一種較佳的實(shí)施方式，但不代表支撐臂24、26所有可能的實(shí)施方式。在一個(gè)可替代的實(shí)施方式中，一個(gè)或兩個(gè)支撐臂24、26被替換成獨(dú)立的連桿，連桿沿著與上述支撐臂24、26相同的路徑延伸，例如一對(duì)獨(dú)立的連桿，各自在一端有一個(gè)球節(jié)38，在另一端有一個(gè)車身安裝件40、44。一個(gè)或兩個(gè)支撐臂24、26也可以用非獨(dú)立的連桿代替。
附圖4表示了一種對(duì)稱的懸架布置，它包括用于一對(duì)車輪組件22的一對(duì)車輪組件懸架20、21，每個(gè)車輪組件位于車身28的一側(cè)，正如附圖1所示。附圖4是沿著垂直平面54表示的，該平面通過兩個(gè)車輪組件22的垂直中心線。附圖5以透視圖的方式表示出了該平面54以更好的說明平面54相對(duì)于車輪組件22的位置。附圖4還表示出了形成在每個(gè)支撐臂平面和垂直平面54相交處的線58、60。值得注意的是從這樣的平面54來看，支撐臂平面相交線58、60在每個(gè)懸架20、21內(nèi)相互交叉。線58、60的相交點(diǎn)62、63被定義為懸架20、21在正視圖的瞬心(IC)。附圖4還表示出了一對(duì)線64、66，它們?cè)谲嚿?8的側(cè)傾中心68處相交。一條線64通過輪胎地面接觸塊70的中心和在車身28一側(cè)的IC62。另一條線66通過輪胎地面接觸塊71的中心和在車身28的相對(duì)一側(cè)的IC63。
側(cè)傾中心68相對(duì)于車身28重心的垂直位置非常重要，因?yàn)樗绊戃囕v的側(cè)傾。通過改變?cè)谲囕v一側(cè)或兩側(cè)的支撐臂24、26的相對(duì)位置可以調(diào)整側(cè)傾中心28的位置，從而改變IC62、63的位置，因?yàn)樗怯芍伪?4、26的平面確定的。本懸架提供了這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即使用這樣一對(duì)懸架可以形成一個(gè)相對(duì)較高并較穩(wěn)定的側(cè)傾中心68，也就是說在預(yù)計(jì)的車輛運(yùn)動(dòng)期間，一個(gè)相對(duì)較高的側(cè)傾中心能夠維持在大致同一位置。
還應(yīng)當(dāng)注意到圖4所示的側(cè)傾中心與車身28的垂直中心線72相交。側(cè)傾中心68與中心線72相交是因?yàn)樵谲嚿?8每側(cè)的懸架是相互對(duì)稱的。在有些情況下將懸架作成非對(duì)稱的更有利，這樣可以造成側(cè)傾中心68位于車輛中心線72的一側(cè)。此外，在某種載荷或車身運(yùn)動(dòng)的情況下，側(cè)傾中心68可以移向車輛中心線72的任一側(cè)。
參照附圖6，用于懸架20、21的支撐臂平面的方向相對(duì)于其它懸架參數(shù)也有重要含義，如反-點(diǎn)頭、反-下坐和反-抬頭，即在車輛前后方向上的懸架特性(也被稱作“縱傾”)。附圖6示意性的表示了車輪組件22的側(cè)視圖。該圖是沿著縱向垂直平面74、76表示的，該平面通過了在車身一側(cè)的車輪32的中心線(參見圖3)。在附圖6中，車輪32的輪廓虛擬表示以確定圖中其它組件的位置。支撐臂平面和平面74、76相交形成的線78、80說明在該實(shí)施方式中支撐臂平面與水平面82(參見圖3)不平行，其中平面74、76通過在車身28一側(cè)的車輪32的中心線。線78、80能夠延伸到收斂點(diǎn)84，該收斂點(diǎn)是在側(cè)視圖中懸架20、21的瞬心。
線86和水平延伸的線88形成一個(gè)角度β，其中線86在側(cè)視圖中的IC84和輪胎在地面上的胎面接觸塊70、71的中心之間延伸，線88通過寬度方向平面54，寬度方向平面延伸通過車輪32的中心線。角度β的正切函數(shù)直接關(guān)系到所研究的車輪組件22的反-點(diǎn)頭、反-抬頭或反-下坐參數(shù)。增加或減小角度β的大小可以調(diào)整反-點(diǎn)頭、反-下坐或反-抬頭參數(shù)以適于應(yīng)用。本懸架20、21便于收斂點(diǎn)84垂直和水平方向上定位，從而使得對(duì)不同的車輛能夠采用不同的有利的β角度。也可以從側(cè)視擺臂(svsa)的高度和長(zhǎng)度方面來描述收斂點(diǎn)84的定位。svsa高度要幺代表1)與車輪接地點(diǎn)成直線的水平線88和IC84的垂直距離之差；或者代表2)通過車輪組件中心線的水平面和IC84的垂直距離之差。哪一個(gè)svsa高度才合適要取決于車輪組件的位置，取決于車輪組件是否是被驅(qū)動(dòng)輪，等等。所用的確定方法是已知的，因此在此不再進(jìn)一步討論。Svsa長(zhǎng)度是車輪組件垂直中心線和IC之間的距離。
參照附圖7，每個(gè)支撐臂24、26的車身安裝線90、92、94、96也可以從縱向延伸的垂直軸98偏斜一個(gè)角度。車身安裝線90、92、94、96定義為這樣一條線，即它在支撐臂24、26的兩個(gè)車身安裝件40、44之間延伸。附圖7在水平面內(nèi)示意性地表示出車輛的車輪懸架20、21以說明角度γ，該角度在每個(gè)懸架20、21的車身90、92、94、96和與軸98平行的縱向線之間延伸。圖7所示的懸架20、21都以角度δ偏斜。具體的偏斜程度根據(jù)以后的應(yīng)用情況變化，懸架20、21之間不必相同；例如，前后輪懸架20、21有不同的偏斜角度，或者左右的懸架由不同的偏斜角度。本懸架從縱向軸98偏斜的性能使得它能夠很好地適用于不同的車輛。
參照附圖8，在本懸架內(nèi)支撐臂24、26交叉的方位便于球節(jié)安裝件34、36相對(duì)于車輪定位。傳統(tǒng)地，車輪組件22的心軸30繞一個(gè)實(shí)心軸樞軸旋轉(zhuǎn)，該軸已知被稱作“主銷”。后來改進(jìn)成用球節(jié)替代主銷。但是，兩個(gè)樞軸點(diǎn)34、36之間的線100仍然用來表示主銷軸線(或車輪組件安裝線)。從附圖8可以看出，主銷軸線100通過支撐臂24、26的球節(jié)安裝件34、36，主銷軸線相對(duì)于車輪32的垂直中心線(如圖3圖示位于平面74、76內(nèi))形成一個(gè)角度λ。
在一些情況下，主銷軸線100可以平行于車輪32的垂直中心線74、76(零度角-0°)。在另外一些情況下，主銷軸線100和垂直中心線74、76之間的角度大于零，這樣主銷軸線100可以描述成向著(或遠(yuǎn)離)垂直中心線74、76延伸。主銷軸線100相對(duì)于垂直中心線74、76的角度和主銷軸線100與垂直中心線74、76相交的位置都很重要，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)于車輪32的主銷偏置距和心軸30的長(zhǎng)度都有影響。在本懸架內(nèi)支撐臂24、26交叉的方位使得每個(gè)支撐臂24、26的球節(jié)安裝件38被定位在相對(duì)靠近車輪32的垂直中心線74、76的地方。
參照附圖9，在本懸架20、21內(nèi)支撐臂24、26交叉的方位為面對(duì)后傾角的球節(jié)安裝件38和主銷軸線軌跡提供了良好的定位能力。后傾角102是指在車輪32的側(cè)視圖中主銷軸線100相對(duì)于車輪組件22(或車輪32)的垂直中心線56的角度。軌跡104是指車輪32的垂直中心線56和相交點(diǎn)106之間的距離，相交點(diǎn)是主銷軸線100與包含車輪32的胎面接觸塊70、71的水平面106之間的相交點(diǎn)。
參照附圖10-12，本懸架20、21應(yīng)用了彈簧組件108，彈簧組件在其中一個(gè)支撐臂24、26(或心軸30)和車身28之間延伸，并且樞軸連接到它們上。附圖10表示了連接到支撐臂24上的彈簧組件108，該支撐臂樞軸連接到下球節(jié)36，但在一個(gè)可替換的實(shí)施方式中彈簧組件108可以連接到另一個(gè)支撐臂26。在一個(gè)實(shí)施方式中，彈簧組件108是一個(gè)套在減振器上的螺旋彈簧，它包括一個(gè)承載彈簧和一個(gè)減振器。螺旋彈簧的安裝也可以和減振器的安裝獨(dú)立開來。此外，扭桿彈簧也可以和螺旋彈簧一起使用或代替它使用。彈簧組件108這樣安裝，當(dāng)車輪在正常的行駛高度時(shí)，組件偏離垂直方向一個(gè)大約十五度的角度φ。在該方式下，用本懸架20、21的幾何關(guān)系來偏斜彈簧組件108會(huì)產(chǎn)生一個(gè)良好的車輪荷載率特性。特別是，隨著車輪向上移動(dòng)，即朝著車身28的方向移動(dòng)，車輪荷載率減小。這是因?yàn)殡S著彈簧組件108的下連接點(diǎn)110隨車輪32向上旋轉(zhuǎn)，而彈簧組件108繞其上述軸點(diǎn)112樞軸旋轉(zhuǎn)，通過彈簧組件108傳遞來的力的垂直分量減小。在有些情況下，用了不只一個(gè)彈簧組件，它們都在車身28和其中一個(gè)支撐臂24、26之間以上述相同方式延伸。增加的彈簧組件108可以含也可以不含減振器。
參照附圖11，在一些實(shí)施方式中，彈簧組件108包括一個(gè)置于減振器120內(nèi)的回跳彈簧130，它在減振器活塞134的活塞桿端132和減振器外殼136之間起作用?；靥鴱椈?30沒有連接到活塞134，因此只對(duì)活塞桿的一部分在減振器外殼136內(nèi)移動(dòng)超過預(yù)定接觸點(diǎn)138時(shí)起壓縮作用。在車輪組件22(從而懸架20、21)移動(dòng)導(dǎo)致彈簧組件108延伸超過接觸點(diǎn)138(即，低于“正常行駛高度”)，回跳彈簧130壓縮并由此抵抗懸架20、21和連接的車輪組件22的移動(dòng)。在有些情況下車輪組件移動(dòng)導(dǎo)致彈簧組件108在接觸點(diǎn)138上方(即，高于正常行駛高度)壓縮，回跳彈簧130不工作，從而不會(huì)對(duì)懸架20、21的移動(dòng)和連接的車輪組件22的移動(dòng)產(chǎn)生影響。
參照附圖12，在另一個(gè)實(shí)施方式中，彈簧組件108包括中心軸114、第一彈簧116、第二彈簧118。彈簧組件108進(jìn)一步包括一個(gè)附加的運(yùn)動(dòng)阻尼器120。中心軸114容納在第一和第二彈簧116、118內(nèi)，運(yùn)動(dòng)阻尼器120連接到中心軸114?？刹捎玫倪\(yùn)動(dòng)包括，但不限于，氣體或液體減振器。第一彈簧116在第一末端彈簧凸緣122和中心彈簧凸緣124之間延伸。第一末端彈簧凸緣122要幺固定到中心軸114上要幺被連接到中心軸114的第一止擋限制行程。無論哪種情況下，第一止擋都避免了第一末端彈簧凸緣122朝著彈簧組件108的鄰近端126作更多的移動(dòng)。第二彈簧118在中心彈簧凸緣124和第二末端彈簧凸緣128之間延伸。連接到運(yùn)動(dòng)阻尼器120的外殼體的第二止擋(或者同樣固定的其它組件)限制了中心彈簧凸緣124的移動(dòng)從而限制了第二彈簧118在朝著第一彈簧116方向上的移動(dòng)。附圖11所示的彈簧組件108表示出了圍繞在運(yùn)動(dòng)阻尼器120周圍的第二彈簧118。
在未安裝的情況下(或者車輛被抬升，允許車輪組件22延伸到其最大伸展?fàn)顟B(tài))，第一彈簧116最好只是稍微被加載，它在第一末端彈簧凸緣122和中心彈簧凸緣124之間起作用。第二彈簧118最好預(yù)加載一定量成壓縮狀態(tài)以適合以后的應(yīng)用情況，第二彈簧在第二末端彈簧凸緣128和中心彈簧凸緣124之間起作用。當(dāng)彈簧組件108被加載時(shí)，只有第一彈簧116被壓縮直到第一彈簧116提供的力等于或超過第二彈簧118最初的預(yù)載力。當(dāng)只有第一彈簧116被壓縮時(shí)，彈簧組件108所起的作用就如同只存在第一彈簧116一樣，也就是一個(gè)單彈簧系統(tǒng)。當(dāng)?shù)谝粡椈傻牧Τ^第二彈簧118最初的預(yù)載力，每個(gè)彈簧116、118的力將相等并且每個(gè)彈簧將壓縮相同的量。任一個(gè)彈簧116、118將壓縮的量取決于具體彈簧的彈簧剛度。在這些情況下，彈簧組件108所起的作用如同它是一個(gè)彈簧116、118串聯(lián)工作的雙彈簧系統(tǒng)。同樣地，中心彈簧凸緣124可以被描述成浮動(dòng)在第一和第二彈簧116、118之間。例如，如果第一和第二彈簧116、118是同樣的四百磅彈簧，彈簧組件108最初如同單個(gè)四百磅彈簧系統(tǒng)一樣工作。但是，當(dāng)?shù)谝粡椈?16的力等于第二彈簧118時(shí)，彈簧組件108就會(huì)象兩個(gè)串聯(lián)彈簧系統(tǒng)一樣開始工作。其結(jié)果是，以串聯(lián)方式工作的第一和第二彈簧116、118的有效彈力大致等于其中一個(gè)彈簧單獨(dú)工作時(shí)的一半，也就是二百磅。
彈簧組件108起到了車身28和懸架支撐臂24、26之間載荷通路的作用，最終是充當(dāng)了車身該28和車輪32之間的載荷通路，因?yàn)樗膫€(gè)車輪32支撐了整個(gè)車輛的重量。彈簧組件108可以安裝在多個(gè)位置，但最好以這樣的方式安裝，即彈簧組件108的中心線偏離垂直延伸線一個(gè)角度φ，正如上文所述的那樣。彈簧組件108的連接點(diǎn)和車身安裝件40、44的相對(duì)位置以及彈簧組件108將連接的支撐臂24、26的球節(jié)安裝件38將確定車輪組件22可能運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確路徑。本懸架支撐臂24、26的幾何形狀、彈簧組件108相對(duì)于支撐臂24、26和垂直平面的定位、以及彈簧組件108的雙彈簧特性使得彈簧組件108能夠在彈簧組件108受到壓縮越過平衡點(diǎn)時(shí)，給車輪組件22，并因此給接地的車輪32提供一個(gè)遞減的荷載率。
參照附圖12-14，眾所周知，使用阿克曼梯形結(jié)構(gòu)來解釋沿轉(zhuǎn)彎內(nèi)半徑軌跡的車輪32(示意性表示)和沿外半徑軌跡的車輪32之間轉(zhuǎn)彎半徑的差別。轉(zhuǎn)彎能對(duì)車身產(chǎn)生抬升力也是眾所周知的。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)前懸架產(chǎn)生的阿克曼(the amount of Ackermann)大小能夠用來抵消轉(zhuǎn)彎時(shí)在車身28上產(chǎn)生的抬升力。例如，增加阿克曼能夠反-抬頭。由于支撐臂相對(duì)于車身28的定位，本車輪組件懸架20、21的支撐臂24、26便于產(chǎn)生阿克曼。
雖然本發(fā)明是就其具體實(shí)施方式
來表示和描述的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不被力本發(fā)明精神和范圍的情況下形式和細(xì)節(jié)可以作出各種變化。例如，附圖1示意性地表示了車輛的前視圖，其具有以對(duì)本懸架20、21。該懸架的支撐臂24、26是對(duì)稱的并且沒有越過車輛的中心線。在可替換的實(shí)施方式中，一個(gè)或兩個(gè)懸架的支撐臂24、26可以越過中心線72，并且可能相互交叉。延伸的支撐臂24、26能夠?yàn)檐囕喗M件22提供外傾特性。
如前文討論的那樣，根據(jù)本發(fā)明的懸架的幾何關(guān)系的一個(gè)重要方面是形成一個(gè)高的側(cè)傾中心，該中心在車輪在行走過程中移動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出最小的移動(dòng)量。懸架系統(tǒng)的支撐臂或控制臂的方位確定了車輛的側(cè)傾中心。當(dāng)車輪在行走過程中上下移動(dòng)時(shí)控制臂控制大部分外傾變化。很容易理解各種已知的彈簧和減振器以元件都可以有選擇地連接到懸架系統(tǒng)的一個(gè)或兩個(gè)控制臂上，而不背離本發(fā)明較寬的范圍。
本發(fā)明另一個(gè)重要的方面是側(cè)傾中心不是由轉(zhuǎn)向連桿確定的。轉(zhuǎn)向連桿在車輪在行走過程中上下移動(dòng)時(shí)僅僅參與控制大部分前束變化。本發(fā)明懸架系統(tǒng)的幾何關(guān)系同樣可以與任何轉(zhuǎn)向系統(tǒng)/連桿結(jié)合，典型的是那些用在已知車輛前部或后部的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)/連桿。
在本領(lǐng)域已知在轉(zhuǎn)彎過程或中高側(cè)傾中心懸架表現(xiàn)出減小的車輛側(cè)傾，本發(fā)明也促進(jìn)了反-點(diǎn)頭、反-抬頭和反-下坐的動(dòng)力學(xué)特性。本發(fā)明懸架系統(tǒng)如果用在車輛的前輪組件上，其反-點(diǎn)頭的動(dòng)力學(xué)特性用來減少制動(dòng)時(shí)車輛前部的下降。本發(fā)明懸架系統(tǒng)如果用在車輛的后輪組件上，其反-抬頭的動(dòng)力學(xué)特性用來減少制動(dòng)時(shí)后部的上升。本發(fā)明懸架系統(tǒng)如果用在車輛的后輪組件上，其反-下坐的動(dòng)力學(xué)特性用來減少加速時(shí)車輛后部的下降。
附圖16表示了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的懸架系統(tǒng)300的等體積簡(jiǎn)圖。如圖1所示，橫向、垂直的平面302通過車輪組件304的中心線，通過車輪組件304的中心C，大致垂直于車身306的縱向軸線X，該軸線在附圖16中用虛線示意性表示。車輪組件304借助于軸承或類似物旋轉(zhuǎn)，軸承位于已知的心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310內(nèi)部。
心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310在附圖16中示意性地表示，在不背離本發(fā)明較寬范圍的情況下可以采取不同的形狀和結(jié)構(gòu)。典型的應(yīng)用情況中，心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310可以包括一個(gè)用于未示出的轉(zhuǎn)向連桿連接點(diǎn)，在“前輪轉(zhuǎn)向”車輛的情況下，該連接點(diǎn)比控制臂在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310上的連接點(diǎn)更向前。在“后輪轉(zhuǎn)向”車輛的情況下，轉(zhuǎn)向連桿連接點(diǎn)比控制臂連接點(diǎn)更向后。為清楚起見，轉(zhuǎn)向連桿在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310上的連接點(diǎn)未示出。
如圖16所示，懸架系統(tǒng)300包括連接到心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310上的上控制臂312，它位于車輪組件304的垂直上方。在一個(gè)較佳的實(shí)施方式中，上控制臂312是一個(gè)單一的、兩限制度的元件，例如“A形臂”。在這樣的實(shí)施方式中，上控制臂312有兩個(gè)在車身306上的車輛連接點(diǎn)314以及一個(gè)在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件304上的車輪組件連接點(diǎn)316。正如本領(lǐng)域可以理解的那樣，限制度是指在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)處由元件/控制臂控制的自由度有多少。很容易理解，車輛連接點(diǎn)314和車輪組件連接點(diǎn)316被固定用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，上控制臂312不必采取如圖16所示的A形框架的形式?？商娲兀峡刂票?12可以由兩個(gè)分開的控制臂組成，每一個(gè)具有單一的限制度。在這個(gè)可替代的實(shí)施方式中，兩個(gè)分開的上控制臂中每一個(gè)都具有一個(gè)在車身306上的連接點(diǎn)和一個(gè)在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310上的連接點(diǎn)，控制臂在車輪組件304的中心C的垂直上方。
而且，上控制臂312還可以由具有單一限制度的單控制臂組成。單控制臂具有一個(gè)在車身306上的連接點(diǎn)和一個(gè)在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件304上的連接點(diǎn)，該控制臂在車輪組件304的中心C的垂直上方。該實(shí)施方式需要縱向定位的、非轉(zhuǎn)向元件，該元件具有單自由度以及一個(gè)在車身306上的連接點(diǎn)和一個(gè)在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件304上的連接點(diǎn)，該元件在上控制臂312在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310上的連接點(diǎn)和下控制臂318在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310上的連接點(diǎn)之間垂直定向，正如下文將要討論的那樣。
仍然參照附圖16，懸架系統(tǒng)300包括下控制臂318，它連接到心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)318，定位于車輪組件304的垂直下方。在一個(gè)較佳的實(shí)施方式中，下控制臂318是一個(gè)單一的、兩限制度的元件，例如“A形臂”。在這樣的實(shí)施方式中，下控制臂318有兩個(gè)在車身306上的車輛連接點(diǎn)320以及一個(gè)在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件304上的車輪組件連接點(diǎn)322。很容易理解，車輛連接點(diǎn)320和車輪組件連接點(diǎn)322被固定用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，下控制臂318不必采取如圖16所示的A形框架的形式。可替代地，下控制臂318可以由兩個(gè)分開的控制臂組成，每一個(gè)具有單一的限制度。在這個(gè)可替代的實(shí)施方式中，兩個(gè)分開的下控制臂中每一個(gè)都具有一個(gè)在車身306上的連接點(diǎn)和一個(gè)在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件304上的連接點(diǎn)，控制臂在車輪組件304的中心C的垂直下方。
而且，下控制臂318還可以由具有單一限制度的單控制臂組成。單控制臂具有一個(gè)在車身306上的連接點(diǎn)和一個(gè)在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件304上的連接點(diǎn)，該控制臂在車輪組件304的中心C的垂直下方。該實(shí)施方式需要縱向定位的、非轉(zhuǎn)向元件，該元件具有單自由度以及一個(gè)在車身306上的連接點(diǎn)和一個(gè)在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件304上的連接點(diǎn)，該元件在上控制臂312在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310上的連接點(diǎn)和下控制臂318在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310上的連接點(diǎn)之間垂直定向。
參照附圖17，表示了附圖16的懸架系統(tǒng)300的前視圖，它包括車輪組件304和與車輪組件304接觸的地面324。如圖17所示，確定了上控制臂線段326、下控制臂線段328。附圖17還表示出，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)較佳的實(shí)施方式，上控制臂線段326比下控制臂線段328短。
附圖17所示的線段326和328由橫向平面302與上控制臂312、下控制臂318確定的平面相交形成。特別地，上線段326由橫向平面302與連接點(diǎn)314、316確定的平面相交形成，連接點(diǎn)314、316是附圖16所示的A形上控制臂312的連接點(diǎn)。同樣地，下線段328由橫向平面302與連接點(diǎn)320、322確定的平面相交形成，連接點(diǎn)320、322是附圖16所示的A形下控制臂318的連接點(diǎn)。
在一個(gè)可替代的實(shí)施方式中，上控制臂312包括兩個(gè)分開的控制臂，如前文討論的那樣，上線段326由橫向平面302和另一個(gè)平面相交形成，該平面由每個(gè)上控制臂在車身306上的連接點(diǎn)314、將每個(gè)上控制臂的上連接點(diǎn)連接到心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)銷組件304的連接線段的中點(diǎn)338確定，如圖18所示。同樣，下線段328由橫向平面302和另一個(gè)平面相交形成，該平面由每個(gè)下控制臂在車身306上的連接點(diǎn)320、將每個(gè)下控制臂的下連接點(diǎn)連接到心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)銷組件304的連接線段的中點(diǎn)340確定，也如圖18所示。
在本發(fā)明懸架系統(tǒng)的另一個(gè)可替代的實(shí)施方式中，上控制臂312由單控制臂形成，上線段326由橫向平面302與單一上控制臂的平面相交形成，單一上控制臂的平面與車輛縱向軸線平行并且通過由大致橫向的單一、上控制臂的終點(diǎn)形成的線。同樣，當(dāng)下控制臂312由單控制臂形成，下線段328由橫向平面302與單一下控制臂的平面相交形成，單一下控制臂的平面與車輛縱向軸線平行并且通過由大致橫向的單一下控制臂的終點(diǎn)形成的線。
該實(shí)施方式需要縱向定位的、非轉(zhuǎn)向元件，該元件具有單自由度以及一個(gè)在車身306上的連接點(diǎn)和一個(gè)在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件304上的連接點(diǎn)，該元件在上控制臂312在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310上的連接點(diǎn)和下控制臂318在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)組件310上的連接點(diǎn)之間垂直定向。
現(xiàn)在已經(jīng)解釋了線段326和328的形成，下面將討論這些線段的終點(diǎn)如何確定。如圖17所示，上線段326包括上部第一端點(diǎn)330。從車輛前面來看，上控制臂線段326的上部第一端點(diǎn)330由上控制臂在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)304上的連接點(diǎn)316投影到橫向平面302上形成。同樣，從車輛前面來看，下控制臂線段328的第一端點(diǎn)332由下控制臂在心軸/轉(zhuǎn)向節(jié)304上的連接點(diǎn)332投影到橫向平面302上形成。
如圖17所示，上控制臂線段326的上部第二端點(diǎn)334由橫向平面302和一條延伸經(jīng)過車輛連接點(diǎn)314的線相交形成，如圖16所示。上部第二端點(diǎn)334的確定對(duì)于由一個(gè)A形臂形成的上控制臂312或者由兩個(gè)分開的控制臂形成的上控制臂312都適用。可替代地，在上控制臂312由單控制臂形成的實(shí)施方式中，從車輛前面來看，上部第二端點(diǎn)334由單控制臂的車輛連接點(diǎn)投影到橫向平面302形成。
同樣，下控制臂線段328的下部第二端點(diǎn)336由橫向平面302和一條延伸經(jīng)過車輛連接點(diǎn)320的線相交形成，如圖16所示。上部第二端點(diǎn)334的確定對(duì)于由一個(gè)A形臂形成的下控制臂318或者由兩個(gè)分開的控制臂形成的上控制臂312都適用。可替代地，在下控制臂318由單控制臂形成的實(shí)施方式中，從車輛前面來看，下部第二端點(diǎn)336由單控制臂的車輛連接點(diǎn)投影到橫向平面302形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)重要方面，上線段334的延伸段340這樣定位，使其與下線段328在懸架系統(tǒng)300的瞬心I相交。也就是說，本發(fā)明的一個(gè)重要方面在于確認(rèn)上線段326和下線段328不必事實(shí)上相互交叉重疊，只要上控制臂312和下控制臂318以這樣的方式布置，即線段326和328的延伸部在懸架系統(tǒng)300的瞬心I相交。
半發(fā)明的另一個(gè)重要方面在于確保車輛306的側(cè)傾中心位于每個(gè)車輪組件的瞬心行駛高度以上，還確保每個(gè)車輪組件的瞬心定位在車輛縱向中心線的同一側(cè)，每個(gè)車輪組件也同樣。
現(xiàn)在將結(jié)合附圖19解釋懸架系統(tǒng)300的工作過程。如圖19所示，從車輛306前面來看，車輪組件304相對(duì)于車輛306的中心線L和車身306的側(cè)傾力中心342表示。隨著車輪組件304向上移動(dòng)，瞬心(10)向上移動(dòng)。隨著車輪/輪胎(2)向下移動(dòng)，瞬心I將向下移動(dòng)。當(dāng)車輪組件304相對(duì)于車身306在正常的運(yùn)轉(zhuǎn)位置時(shí)，這樣當(dāng)車輛306在平滑公路上直行，一條線與車輛306的中心線L在側(cè)傾力中心342處相交，這條線通過“行駛高度”輪胎-地面接觸塊的中心344和懸架系統(tǒng)300的瞬心I。當(dāng)車輪組件304在懸架系統(tǒng)300允許的前提下盡可能地低于車身306時(shí)，一條線與車輛306的中心線L相交于側(cè)傾力中心342，該線通過“完全回彈”輪胎地面接觸塊的中心346和懸架系統(tǒng)300的瞬心I。類似地，當(dāng)車輪組件304在懸架系統(tǒng)300允許的前提下盡可能地高于車身306時(shí)，一條線也與車輛306的中心線L相交于側(cè)傾力中心342，該線通過“完全震跳”的輪胎地面接觸塊的中心348和懸架系統(tǒng)300的瞬心I。
正如在本領(lǐng)域已知的那樣，可將線從輪胎地面接觸塊的中心投影通過瞬心的前視圖來確定車輛的側(cè)傾中心。因此，如圖19所示，本發(fā)明的一個(gè)重要方面是當(dāng)車輪組件304沿其路徑從完全震跳或振動(dòng)的位置移動(dòng)到完全回彈位置時(shí)，側(cè)傾力中心342的位置基本上保持不變。另外，通過結(jié)合圖16-18討論的方式來配置上、下控制臂312和318，本發(fā)明可以保證，從輪胎地面接觸塊的中心出發(fā)經(jīng)過瞬心I的前視圖的線會(huì)為車輛306產(chǎn)生基本上相同的側(cè)傾中心，從而降低了車輛的側(cè)傾，并同時(shí)產(chǎn)生反-點(diǎn)頭、反-抬頭和反-下坐的動(dòng)力學(xué)特性。容易理解的是，懸架系統(tǒng)300可以用于車輛的前車輪組件、后車輪組件或前后車輪組件。另外，結(jié)合圖1-19討論的懸架系統(tǒng)也可用于非-輪式車輛，例如但并不限于履帶式車輛，而不會(huì)背離本發(fā)明的較寬范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的懸架，該車輛的車身有車輛側(cè)傾中心，該懸架包括第一懸架組件，它在第一車輪組件和車身之間延伸，其中第一懸架組件確定瞬心(instant center)；第二懸架組件，它在第二車輪組件和車身之間延伸，其中第二懸架組件確定瞬心；其中第一懸架組件和第二懸架組件定位調(diào)整使得每個(gè)車輪組件的垂直中心線都位于在兩者之間延伸的垂直平面內(nèi)；其中每個(gè)車輪組件懸架的瞬心都位于該垂直平面內(nèi)，位于垂直平面內(nèi)的所述側(cè)傾中心下方。
2.一種用于車輛的懸架，該車輛有車身，該懸架包括第一控制臂，它在車輪組件和所述車身之間延伸，其中所述第一控制臂確定第一懸架平面；第二控制臂，它在所述車輪組件和所述車身之間延伸，其中所述第二控制臂確定第二懸架平面；垂直平面，它延伸通過所述車輪組件的垂直中心線；其中所述垂直平面和所述第一懸架平面相交確定第一條線，所述垂直平面和所述第二懸架平面相交確定第二條線，所述第一條線和所述第二條線相交于瞬心，該瞬心位于所述車輛的側(cè)傾中心下方；以及其中當(dāng)從所述車輛的前后方向之一觀察所述第一車輪組件時(shí)，所述第一控制臂和所述第二控制臂不相交叉。
3.一種用于車輛的懸架系統(tǒng)，所述懸架系統(tǒng)包括第一懸架臂，它有兩個(gè)限制度，可旋轉(zhuǎn)地固定在車輪組件和所述車身之間，其中所述第一懸架臂確定第一懸架平面；第二懸架臂，它有兩個(gè)限制度，可旋轉(zhuǎn)地固定在所述車輪組件和所述車身之間，其中所述第二懸架臂確定第二懸架平面；垂直平面，它延伸通過所述車輪組件的垂直中心線；其中所述垂直平面和所述第一懸架平面相交確定第一條線，所述垂直平面和所述第二懸架平面相交確定第二條線，所述第一條線和所述第二條線相交于瞬心，該瞬心位于所述車輛的側(cè)傾中心下方；以及其中所述第一懸架臂比所述第二懸架臂短。
全文摘要
一種用于有車身的車輛的懸架，該懸架包括第一車輪組件懸架，該第一車輪組件懸架在車輪組件和車身之間延伸并確定第一懸架平面。懸架還包括第二車輪組件懸架，該第二車輪組件懸架在車輪組件和車身之間延伸并確定第二懸架平面。一個(gè)垂直平面延伸通過車輪組件的垂直中心線，該垂直平面和第一懸架平面相交確定第一條線。該垂直平面和第二懸架平面也相交確定第二條線。第一條線和第二條線相交于瞬心，該瞬心位于車輛的側(cè)傾中心下方。當(dāng)從車輛的前方或后方觀察第一車輪組件時(shí)，第一車輪組件懸架和第二車輪組件懸架不相交叉。
文檔編號(hào)B60G3/26GK1697739SQ200480000430
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月1日
發(fā)明者J·T·瓦格納, A·尤特科威茨 申請(qǐng)人:瓦格納工程有限責(zé)任公司