CN103747969A - 可操纵的组合拉杆轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车车轮悬架的组合拉杆轴。该组合拉杆轴包括可扭曲的横向型材（1）并且在横向型材（1）的每一端具有一个与横向型材（1）连接的纵拉杆（2、3）。在此，每个纵拉杆（2、3）装有可绕转向轴线（10、11）摆动的轮架（8、9），其中轮架（8、9）通过球窝节（12、13）借助转向横拉杆（14）相互连接，而且与用于产生轮架绕其各自转向轴线（10、11）的转向运动的致动器装置（15）联接。组合拉杆轴的特征是具有作用在转向横拉杆（14）上的运动学耦联机构（17），其中，该耦联机构（17）设立用于确定转向横拉杆（14）的旋转运动自由度（18）。利用本发明提供一种组合拉杆轴，其中，该转向横拉杆和致动器装置就尽量减小轮距差角或非对称的向内弹动性能而言在所有工作条件下保持最佳的运动学确定。

Description

可操纵的组合拉杆轴

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的、用于机动车的车轮悬架的组合拉杆轴。

背景技术

根据开始所述的组合拉杆轴既有纵拉杆的特点，也有传统的刚性轴的特点。通常，它们结构简单且基本由两根抗扭抗弯的纵梁构成，这两根纵梁通过也抗弯但抗扭性弱的横梁相连。通过抗扭性弱的横梁的实施方式实现了承载车轮的纵拉杆的相互交错。同时组合拉杆轴的横梁担负起车辆晃动稳定装置的任务。组合拉杆轴总体实现了良好的直线滑行，这是如此保证的：两根纵梁在纵向上刚性引导其轮。纵拉杆在与横梁同侧向内弹动和向外弹动时像水平摆一样围绕车辆底板上的铰接点摆动，因而轮距仅改变很小。当交替向内弹动时，横梁扭转并且使两轮之间的高度差平衡。

组合拉杆轴适合作为用于车辆后轴的低成本解决方案，因为该组合拉杆轴基本只由具有两个橡胶轴承的焊接组件构成。这种轴还能简单安装且以省空间的方式布置在机动车上，因而乃至紧凑级的许多轿车都采用这种轴。

但在组合拉杆轴行驶运动学中已知存在限制，尤其是由设计理念决定而不利的侧向力支撑引起的限制，结果造成侧向力转向过度的趋势且难以与振动脱离。根据开始所述的组合拉杆轴针对机动车而言由DE102008002639A1所公开。该组合拉杆轴具有横梁，横梁抗扭性弱地通过纵梁将机动车后轮的向内弹动相互耦联。横梁端侧在每一车辆侧与一个纵拉杆连接，在纵拉杆上分别固定有一个车轮。现有技术中，轮架用于容纳各车轮并用于纵拉杆和车轮之间的连接，轮架利用与纵拉杆的可摆动连接允许各车轮的转向运动。致动器装置用于产生相应的转向运动，该致动器装置通过转向横拉杆与轮架连接。

因此，由该文献所公开的组合拉杆轴允许主动影响后轮的轮距角（Spurwinkel），以便通过此方式尤其改善组合拉杆轴的行驶动态。但在由该文献所公开的组合拉杆轴中，根据转向横拉杆的定位和铰接而可能出现由转向横拉杆和致动器装置组成的总成的运动学限定不足，这与组合拉杆轴的（或许是单侧的）向内弹动相关地尤其可能导致轮距角差，即，导致与被转向的后轮的转向回转相关的缺陷。

发明内容

鉴于此背景，本发明的目的是提供一种组合拉杆轴，其中，转向横拉杆和致动器装置具有就使轮距角差最小化而言被优化的运动学设计。

该目的将通过具有权利要求1的特征的组合拉杆轴来实现。优选实施方式是从属权利要求的主旨。

本发明涉及用于机动车的车轮悬架的组合拉杆轴，其中该组合拉杆轴具有可扭曲的横向型材并且在横向型材两端中的每一端分别具有一个与该横向型材相连的纵拉杆。横向型材也被称为横梁并且其横截面可以具有倒圆的形状，或角状的U形或V形形状，或组合形状。该横向型材也可以由所述形状的组合构成，并且不仅可以单件式构成，而且可以多件式构成。该横向型材能以冲压件的形式、例如由管子制成，或者以内高压成型构件形式制成。每个纵拉杆承载有可绕转向轴线摆动的轮架，其中该轮架借助转向横拉杆通过球窝节相互连接，以及与致动器装置相联。由此得到可以依靠致动器产生该轮架和进而可与轮架连接的车轮的转向运动。

通过本发明进一步改进根据开始所述的组合拉杆轴，运动学的耦联机构作用于转向横拉杆上，其中，该耦联机构设立用于限制该转向横拉杆的旋转运动自由度。

如果以上或随后提到车辆，则由此不仅是指配备有驱动装置的机动车，也是指未被驱动的车辆例如其上设有组合拉杆轴的挂车。术语“转向横拉杆的旋转运动自由度”在本发明意义上是指围绕由两个球窝节限定的轴线的旋转，转向横拉杆通过所述球窝节通常与轮架相连。如果该转向横拉杆不是弯曲地而是像管那样笔直地实施，则该旋转指的是转向横拉杆围绕其纵轴线的旋转。

在根据本发明的组合拉杆轴中，根据运动学耦联机构，该转向横拉杆的旋转运动自由度受到限制或阻碍。在没有该耦联机构的情况下，根据开始所述的组合拉杆轴的转向横拉杆因为其一般通过球窝节与轮架连接而具有旋转自由度，并且可围绕由球窝节限定的轴线转动或围绕其摆动。就是说，根据开始所述的组合拉杆轴的转向横拉杆和作用于转向横拉杆的致动器装置均可能具有运动学限定不足。这可能如前所述例如但不是唯一地在组合拉杆轴单侧向内弹动时，造成不希望有的工作状态，尤其是轮距误差或轮距差角。

因为根据本发明通过耦联机构实现了运动学关联，故该转向横拉杆的旋转运动自由度通过该耦联机构与转向横拉杆在轮架上的呈球窝节形式的其它固定点的共同作用而受到限制。因此，转向横拉杆无法再围绕其纵轴线或围绕由轮架的两个球窝节限定的轴线自由旋转或摆动，由此有利地得到了该转向横拉杆的运动学确定的位置。

因此，转向横拉杆只能还进行近似横向于行驶方向或近似平行于组合拉杆轴的横向型材的、预定的基本上平移的运动。因而，通过转向横拉杆将该致动器装置的操纵行程传递给轮架，由此又得到期望的轮架或者说车轮的转向回转。

由于该转向横拉杆和进而联接至转向横拉杆的致动器装置的自由度因此受到限制，故得到了针对由致动器装置、转向横拉杆和轮架构成的后轮控制或转向而言的更可靠的工作状态。由此避免了轮距误差或轮距差角或者说使轮距误差或轮距差角最小化，尤其在组合拉杆轴单侧向内弹动时。

首先，与耦联机构固定在哪里和如何固定无关地来实现本发明，只要存在对该转向横拉杆的旋转运动自由度的限制。根据本发明的一个优选实施方式，该耦联机构固定在组合拉杆轴的横向型材上。通过此方式，得到耦联机构以省空间的方式安装在组合拉杆轴上，并且该转向横拉杆可以跟随组合拉杆轴的向内弹动，由此尽量减小或抑制在反向向内弹动时的轮距差角。

另外，优选如此实现对转向横拉杆的旋转运动自由度的限制，该转向横拉杆的耦联机构的走向近似平行于车辆竖轴且尤其平行于车辆竖轴。但可替换地，耦联机构的安装也可以沿与转向横拉杆的旋转轴线相切的方向来实现。因而，例如也可以实现近似平行于车辆纵轴线或平行于车辆纵轴线的安装。

表述“沿与转向横拉杆的旋转轴线相切的方向”在本发明意义上是指这样的方向，在转向横拉杆围绕由轮架的球窝节所限定的纵轴线的假想的旋转运动中在耦联机构作用于转向横拉杆的作用点上出现的方向。换句话说，如果转向横拉杆沿竖向或者说车辆竖轴或者说沿所述方向在耦联机构作用于转向横拉杆的作用点处铰接，则由此实现了对转向横拉杆的旋转运动自由度的限制。

根据本发明的一个优选实施方式，该耦联机构包括摆动支座。在此，该摆动支座就转向横拉杆的旋转自由度而言在运动学上将组合拉杆轴的横向型材与转向横拉杆相互关联。呈摆动支座形式的耦联机构的设计可以低成本地实现，要求较少结构空间，并且还能减振实施，例如通过使用弹性体轴承用于摆动支座。优选该摆动支座的纵轴线的走向近似平行于或平行于车辆竖轴，或者平行于与转向横拉杆旋转轴线相切的方向。通过此方式，该转向横拉杆可以在旋转方面得到有效支撑，因为转向横拉杆（在无摆动支座情况下）的剩余自由度的走向通过此方式与摆动支座的纵轴线重合。同时，保持获得转向运动传递所需要的转向横拉杆的平移运动自由度。

本发明的另一个优选实施方式规定，摆动支座在转向横拉杆上的作用大致在转向横拉杆的中央，尤其在转向横拉杆的中央进行。在此，优选该摆动支座的在转向横拉杆侧的铰链布置在组合拉杆轴的横向型材的剪力中心点处。.

该横向型材的剪力中心点是横向型材上的这样的假想点，在该假想点上单侧向内弹动的瞬时轴线近似接触或相交于横向型材。因为在组合拉杆轴的单侧向内弹动时组合拉杆轴（因横向型材扭曲）的运动类似于倾斜转向轴线的运动，并且出现向内弹动的瞬时轴线，该瞬时轴线延伸经过向内弹动的纵拉杆的各自轴承以及经过横向型材的假想剪力中心点。

换句话说，随该实施方式而来的是，在向内弹动时的横向型材的剪力中心点也像根据该实施方式设于那里的摆动支座作用点那样没有经历或最多经历了在向内弹动方向上的很轻微的运动。这也（整体而言摆动支座的作用点居中布置在横向型材或转向横拉杆上）有利于轮距差角的最小化以及轮架转向角与理论值偏差的最小化。

首先与致动器如何连接至组合拉杆轴的转向横拉杆无关地实现本发明。就单侧向内弹动时的轮距差角的最小化或者说任何非对称性能的消除而言，根据本发明的另一个实施方式规定，该致动器和转向横拉杆之间的连接利用在车辆横向上居中设于转向横拉杆上的铰链实现。

为了平衡组合拉杆轴的相互对应的构件之间的相对运动，尤其为了减振，还有利的是，在致动器和转向横拉杆之间的铰接连接具备两个自由度，其中铰接因而优选是球窝节、套筒联轴节或者弹性体轴承，其允许转动运动并且在有限范围内也允许万向偏转。尤其在使用弹性体轴承时，不仅实现了舒适性改善，而且实现零部件的易磨损性降低，进而实现了可操纵的组合拉杆轴整体的使用寿命的延长。

本发明的另一个有利的解决方案构想在于，致动器是电动的、液压式的或气动式的执行机构，这取决于机动车内存在哪种辅助能量或者能以简单方式被用作致动器的驱动装置，从而可尽量避免附加的结构成本或构建成本。在考虑所述边界条件的情况下，根据此实施方式的致动器可以最佳地集成到系统中。

此外，致动器优选安装在纵拉杆其中之一上。这有以下优点，在纵拉杆上分别有该组合拉杆轴的一个高稳定性区域。尤其在那里几乎不用担心会由组合拉杆轴的衰减或变形对致动器工作方式造成影响，由此，组合拉杆轴通过此方式能无干扰地发挥作用。致动器的安装在此与之前一样在一定限度内可变，从而可以实现与存在于车辆中的结构空间的适应匹配。

附图说明

以下将结合仅表示一个实施例的附图来详述本发明。在此，唯一的附图示出了：

图1是本发明一个实施方式的可操纵的组合拉杆轴的立体图。

附图标记列表

1       横向型材；

2、3    纵拉杆；

4、5    弹性体轴承；

6、7    弹簧座；

8、9    轮架；

10、11  转向轴线；

12、13  转向横拉杆的球窝节；

14      转向横拉杆；

15      致动器；

16      转向运动；

17      耦联机构、摆动支座；

18      转向横拉杆的旋转运动、旋转自由度；

19      支撑附件；

20、21  单侧向内弹动时的瞬时轴线。

具体实施方式

图1示出了例如用于机动车后轮悬架的根据本发明一个实施方式的可操纵的组合拉杆轴。可以看到轴体，其包括抗扭性弱的横梁1及与横梁1相连的两个纵拉杆2、3。在纵拉杆2、3上分别设置有弹性体轴承4、5用于安装在（未示出的）车辆底盘上。纵拉杆2、3分别具有弹簧座6、7用于容纳（也未示出的）底盘弹簧。

而且，在每个纵拉杆2、3上承载有一个轮架8、9，轮架可分别围绕与车辆相关的（近似，除了主销内倾（Spreizung）和主销后倾（Nachlauf）之外）竖向延伸的转向轴线10、11摆动。这些轮架8、9通过球窝节12、13与转向横拉杆14连接，该转向横拉杆可利用致动器15沿箭头方向16来回运动。此外，致动器15安装在图中右侧的纵拉杆3上，以便通过此方式躲过在组合拉杆轴使用中出现的横向型材1扭曲对致动器15工作的不利影响。

为了抑制转向横拉杆14围绕由两个球窝节12、13限定的假想轴线的不希望有的旋转18，否则这种旋转会导致轮架8、9的不定工作状态和/或转向回转的轮距缺陷，该组合拉杆轴具有在此构造成摆动支座17的耦联机构。摆动支座17阻止转向横拉杆14沿箭头方向18（其对应于与转向横拉杆绕由球窝节12、13限定的旋转轴线的假想旋转相切的方向）的竖向运动。为此，摆动支座17以其图中的下端作用于转向横拉杆14上，并且在其图中的上端借助支撑附件19与组合拉杆轴的横向型材1连接。

因此，通过摆动支座17，转向横拉杆14关于其围绕由球窝节12、13所限定的旋转轴线的旋转18在运动学方面被确定，从而转向横拉杆如规定的那样还是只能执行平移运动16以控制轮架8、9的转向回转角。转向横拉杆14沿竖向或切向18的由摆动支座17的侧向偏转引发的轻微运动可能因转向后轴的通常小的转向回转角而被忽略。另外，这种对转向回转角的影响可在轮架6的形状设计时被考虑进来，因而被尽量消除。

致动器15如同摆动支座17一样居中作用于转向横拉杆14上，从而也与此相关地保证组合拉杆轴在两侧向内弹动和单侧向内弹动时的对称转向性能。

用虚线20、21表示组合拉杆轴向内弹动的假想瞬时轴线，就像在纵拉杆2、3连同设置于其上的轮架8、9分别单侧向内弹动时出现的假想瞬时轴线。因而，例如图中左侧的纵拉杆2连同设置于其上的轮架8在单侧向内弹动时近似绕瞬时轴线20摆动，而图中右侧的纵拉杆3连同设置于其上的轮架9本身又在单侧向内弹动时近似围绕瞬时轴线21摆动。因此，单侧向内弹动类似于在所示的组合拉杆轴（此时横向型材大致作用于纵拉杆2、3中央）中的倾斜导向轴线的向内弹动，这对于在单侧向内弹动时的固有转向性能和轮距角度而言是有利的。

可以看到这两条瞬时轴线20、21在所示的实施方式中在摆动支座17作用于转向横拉杆14的作用点处相交。通过此方式，使在单侧向内弹动时的组合拉杆轴的横向型材1的扭曲对转向回转和轮距差角的影响进一步降低，这也有助于组合拉杆轴的安全可靠的方向控制。

Claims (11)

1.一种用于机动车的车轮悬架的组合拉杆轴，该组合拉杆轴包括可扭曲的横向型材（1）并且在该横向型材（1）两端中的每一端上分别包括一个与该横向型材（1）相连接的纵拉杆（2、3），每个纵拉杆（2、3）包括能绕转向轴线（10、11）摆动的轮架（8、9），其中，所述轮架（8、9）通过球窝节（12、13）借助转向横拉杆（14）相互连接并与用于产生所述轮架（8、9）围绕其各自转向轴线（10、11）的转向运动的致动器装置（15）联接，其特征是，设有作用于所述转向横拉杆（14）的耦联机构（17），该耦联机构设立用于限制该转向横拉杆（14）的旋转运动自由度（18）。

2.根据权利要求1所述的组合拉杆轴，其特征是，所述耦联机构（17）固定在所述组合拉杆轴的横向型材（1）上。

3.根据前述权利要求之一所述的组合拉杆轴，其特征是，所述耦联机构（17）近似平行于车辆竖轴或沿与所述转向横拉杆（14）的旋转轴线相切的方向布置。

4.根据权利要求3所述的组合拉杆轴，其特征是，所述耦联机构包括摆动支座（17），所述摆动支座将所述横向型材（1）与所述转向横拉杆（14）的旋转自由度（18）相关地同所述转向横拉杆（14）在运动学方面关联起来。

5.根据权利要求4所述的组合拉杆轴，其特征是，所述摆动支座（17）的纵轴线的走向近似平行于车辆纵轴线或者沿与所述转向横拉杆（14）的旋转轴线相切的方向。

6.根据权利要求4或5所述的组合拉杆轴，其特征是，所述摆动支座（17）在转向横拉杆（14）上的作用近似在转向横拉杆（14）的中央进行。

7.根据权利要求4至6之一所述的组合拉杆轴，其特征是，所述摆动支座（17）的转向横拉杆侧的铰链布置在组合拉杆轴的横向型材（1）的剪力中心点。

8.根据前述权利要求之一所述的组合拉杆轴，其特征是，致动器（15）和转向横拉杆（14）之间的连接包括在车辆横向上关于所述转向横拉杆（14）居中布置的铰链。

9.根据权利要求8所述的组合拉杆轴，其特征是，所述居中布置的铰链具有两个自由度并且是球窝节或套筒联轴节。

10.根据前述权利要求之一所述的组合拉杆轴，其特征是，所述致动器（15）是电动的、液压式的或气动式的执行机构。

11.根据前述权利要求之一所述的组合拉杆轴，其特征是，所述致动器（15）固定在所述组合拉杆轴的一纵拉杆（3）上。

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