Независимая подвеска транспортного средства
Изобретение относится к независимой подвеске транспортного средства. Подвеска содержит опору (22), предназначенную для поддержания колеса (W), амортизатор, соединенный на своем нижнем конце с опорой (22), и множество рычагов и/или тяг (14, 24), соединенных, с одной стороны, с корпусом (В) транспортного средства, а с другой стороны, с опорой (22). В соответствии с настоящим изобретением подвеска дополнительно содержит шарнирное средство (30; 34), установленное между амортизатором (12) и опорой (22), для обеспечения вращения этих двух элементов относительно друг друга вокруг оси (Н) шарнирного соединения и средство (32; 34; 34, 70) регулирования жесткости при кручении, установленное между амортизатором (12) и опорой (22) для регулирования жесткости при кручении шарнирного соединения между этими двумя элементами вокруг оси (Н) шарнирного соединения. Ось (Н) шарнирного соединения лежит, по существу, в поперечной вертикальной плоскости, предпочтительно наклоненной к горизонтали. Достигается улучшение характеристик независимой подвески. 18 з.п. ф-лы, 27 ил.
Настоящее изобретение относится к независимой подвеске транспортного средства, включающей в себя признаки, указанные в ограничительной части независимого пункта 1 формулы изобретения.
Вкратце, настоящее изобретение может быть представлено как усовершенствование конструкции независимой подвески транспортного средства, общеизвестной как конструкция МакФерсона, причем целью такого усовершенствования является улучшение упруго-кинематических характеристик конструкции МакФерсон при сохранении преимуществ с точки зрения стоимости и размера, которые делают ее в настоящее время самой распространенной конфигурацией передних подвесок транспортных средств.
Конфигурация подвески МакФерсон в основном основана на идеи использования амортизатора в качестве объединяющей части конструкции подвески. Со ссылкой на Фиг.1 и 2 прилагаемых чертежей, которые схематически изображают пример передней подвески транспортного средства в соответствии с конфигурацией МакФерсон, соответственно, на перспективном виде и виде спереди, подвеска содержит амортизатор 12, жестко соединенный на своем нижнем конце с поддерживающей колесо опорой 22 подвески (в дальнейшем просто называемой опорой), треугольный нижний рычаг 14, имеющий две в поперечном направлении точки 16 и 18 внутреннего крепления для шарнирного соединения с корпусом транспортного средства (обозначенным В на Фиг.2) и в поперечном направлении точку 20 наружного крепления для шарнирного соединения с опорой, и рулевую тягу 24, имеющую в поперечном направлении точку 26 внутреннего крепления для соединения с механизмом управления поворотом транспортного средства и в поперечном направлении точку 28 наружного крепления для шарнирного соединения с опорой 22. Благодаря жесткому соединению между амортизатором и опорой продольные и поперечные силы, действующие на колесо, создают изгиб и напряжения сдвига в амортизаторе и передаются корпусу транспортного средства через верхнюю опору амортизатора.
Основными преимуществами конструкции МакФерсон являются низкая стоимость и небольшой общий размер. Поскольку функции поглощения удара, обеспечения опоры для пружины и реакция на нагрузки, действующие на колеса, выполняются амортизатором, фактически можно получить значительное уменьшение количества элементов подвески с полученным в результате уменьшением ее стоимости. Кроме того, удаление верхних боковых рычагов управления приводит к уменьшению общего размера подвески, что позволяет в случае передней подвески получить больше места, имеющегося для двигателя, что является особенно предпочтительным для переднеприводных автомобилей с поперечно установленным двигателем и коробками передач.
Однако конфигурация МакФерсон имеет низкие кинематические характеристики относительно, в частности, угла развала переднего колеса во время движения колеса на ухабах/подъемах. Характеристики конфигурации МакФерсон с точки зрения поглощения нагрузки являются низкими, в частности, относительно продольных сил, действующих на колесо в случае торможения или удара. Более конкретно, продольная жесткость, обеспечиваемая конструкцией МакФерсон в центре колеса, является гораздо выше, чем необходимо для обеспечения хороших комфортных характеристик. Другим недостатком конструкции МакФерсон является уменьшенная возможность различения реакции на изменение сходимости подвески при тяге и торможении. Кроме того, в конструкции МакФерсона вся продольная упругая деформация подвески обеспечивается нижним треугольным рычагом, чья геометрия в значительной степени определяется необходимостью удовлетворения требованию по объединению большой продольной упругой деформации с большой поперечной жесткостью, и, следовательно, меньше степени свободы остается конструктору.
Кроме того, в соответствии с конфигурацией МакФерсон точка максимальной продольной жесткости подвески расположена на верхней опоре амортизатора, и, следовательно, продольная жесткость подвески на поле зацепления (площадь контакта колеса с опорой поверхностью) между колесом и дорогой гораздо меньше продольной жесткости в центре колеса (пропорционально вертикальным расстояниям этих двух местоположений от верхней опоры амортизатора, точки максимальной продольной жесткости), например, от 50 до 75%. Это оказывает отрицательное воздействие на тормозную характеристику. Поскольку вся продольная упругая деформация обеспечивается нижним рычагом, шаровой шарнир между нижним рычагом и опорой подвергается значительным продольным смещениям, что приводит непосредственно к уменьшению угла продольного наклона шкворня при торможении и, следовательно, потери устойчивости транспортного средства. Практическим результатом этого является то, что конструктор вынужден уменьшить продольную упругую деформацию в центре колеса для предотвращения чрезмерной продольной упругой деформации на поле зацепления и, следовательно, чрезмерного уменьшения угла продольного наклона шкворня.
Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание независимой подвески автомобиля, которая имеет лучшие характеристики, чем конфигурация МакФерсон, обсужденная выше с точки зрения поглощения нагрузки, особенно относительно продольных сил при сохранении преимуществ этой известной конфигурации с точки зрения стоимости и общего размера.
Данная задача полностью достигнута в соответствии с настоящим изобретением за счет независимой подвески автомобиля, включающей в себя признаки, изложенные в отличительной части прилагаемого независимого пункта 1 формулы изобретения.
Вкратце, настоящее изобретение основано на идеи создания подвески, имеющей конструкцию, подобную конструкции МакФерсона, с разницей в том, что амортизатор соединен не жестко, а шарнирно с опорой, чтобы свободно вращаться относительно стойки вокруг, по существу, поперечной оси шарнирного соединения. Подвеска дополнительно содержит средство регулирования жесткости при кручении, расположенное между амортизатором и опорой для регулирования жесткости при кручении шарнирного соединения между амортизатором и опорой вокруг вышеупомянутой оси шарнирного соединения.
Следовательно, вращательная степень подвижности, вносимая благодаря шарнирному соединению между амортизатором и опорой и, является регулируемой степенью подвижности и может быть схематично осуществлена за счет следующих двух элементов, действующих параллельно:
- шарнира, выполненного с возможностью обеспечения только вращательного движения вокруг вышеупомянутой оси шарнирного соединения, и
- торсионной пружины (или эквивалентного средства регулирования жесткости при кручении), выполненной с возможностью регулирования жесткости при кручении шарнирного соединения между амортизатором и опорой.
За счет обеспечения этой регулируемой степени подвижности подвеска может обеспечивать большую продольную упругую деформацию в центре колеса с полученным в результате повышенным комфортом наряду с меньшей продольной упругой деформацией на поле зацепления между покрышкой и дорогой, с полученной в результате улучшенной тормозной характеристикой.
Предпочтительно, ось шарнирного соединения наклонена в поперечной вертикальной плоскости транспортного средства, что позволяет получить более точное регулирование изменения сходимости на единицу вертикального перемещения центров обоих колес при воздействии продольных сил торможения и перемещении и, следовательно, повышенную устойчивость транспортного средства при торможении и ускорении.
В подвеске в соответствии с настоящим изобретением в отличие от конфигурации МакФерсон продольная упругая деформация в центре колеса не определяется нижним треугольным рычагом, а средством регулирования жесткости при кручении шарнирного соединения между амортизатором и опорой. Следовательно, конструктор имеет большую степень свободы при конструировании нижнего рычага управления подвески.
Как станет понятно из нижеследующего описания, основными преимуществами конфигурации подвески в соответствии с настоящим изобретением являются следующие:
- повышенный комфорт и улучшенная тормозная характеристика, полученная в результате более благоприятного сочетания продольных упругих деформаций в центре колеса на поле зацепления;
- повышенная устойчивость транспортного средства, полученная в результате способности подвески обеспечивать разную реакцию при тяге и торможении; и
- уменьшение стоимости нижнего рычага управления, поученное в результате возможности использования более простой геометрии этого рычага.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятными из нижеследующего подробного описания, данного исключительно в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
Фиг.1 и 2 представляют собой, соответственно, перспективный вид и вид спереди, которые изображают схематично конфигурацию МакФерсон независимой подвески;
Фиг.3 и 4 представляют собой, соответственно, перспективный вид и вид спереди, которые схематично изображают конфигурацию независимой подвески транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.5 и 6 представляют собой, соответственно, вид спереди и вид сверху, которые схематично показывают реакцию подвески в соответствии с настоящим изобретением на продольные силу тяги и ударную силу;
Фиг.7 и 8 представляют собой, соответственно, вид спереди и вид сверху, которые схематично показывают реакцию подвески в соответствии с настоящим изобретением на продольные тормозные силы;
Фиг.9-12 представляют собой перспективные виды, каждый из которых схематично показывает соответствующий вариант осуществления конфигурации независимой подвески транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.13 представляет собой перспективный вид конфигурации независимой подвески транспортного средства в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.14 представляет собой перспективный вид с пространственным разделением элементов эллиптической втулки, предусмотренной для подвески на Фиг.13;
Фиг.15 представляет собой перспективный вид варианта конструкции эллиптической втулки, предусмотренной для подвески на Фиг.13;
Фиг.16 представляет собой перспективный вид, который показывает подробно механизм шарнирного соединения между амортизатором и опорой конфигурации независимой подвески транспортного средства в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.17 представляет собой перспективный вид плоской втулки, предусмотренной для подвески на Фиг.16;
Фиг.18 представляет собой перспективный вид конфигурации независимой подвески транспортного средства в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.19 представляет собой внутренний перспективный вид, который показывает расположение втулок для соединения между амортизатором и опорой в подвеске на Фиг.18;
Фиг.20 представляет собой перспективный вид, который показывает подробно механизм шарнирного соединения между амортизатором и опорой конфигурации независимой подвески транспортного средства в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.21 представляет собой вид в разрезе, который схематично показывает механизм шарнирного соединения между амортизатором и опорой на Фиг.20;
Фиг.22 представляет собой перспективный вид с пространственным разделением элементов механизма шарнирного соединения между амортизатором и опорой на Фиг.20;
Фиг.23 и 24 представляют собой перспективные виды, которые показывают подробно механизм шарнирного соединения между амортизатором и опорой конфигурации независимой подвески транспортного средства в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.25 представляет собой перспективный вид, который показывает подробно механизм шарнирного соединения между амортизатором и опорой конфигурации независимой подвески транспортного средства в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.26 представляет собой вид в разрезе, который схематично показывает механизм шарнирного соединения между амортизатором и опорой на Фиг.25; и
Фиг.27 представляет собой перспективный вид с пространственным разделением элементов механизма шарнирного соединения между амортизатором и опорой на Фиг.25.
В нижеследующем описании и формуле изобретения подразумевается, что термины, такие как «продольный» и «поперечный», «внутренний» и «наружный», «передний» и «задний», «верхний» и «нижний» и т.д. должны обозначать положение установки подвески на машине.
Со ссылкой сначала на Фиг.3 и 4, где части и элементы, идентичные или функционально эквивалентные частям и элементам на Фиг.1 и 2 (известный уровень техники), обозначены подобными ссылочными позициями, передняя независимая подвеска автомобиля обычно обозначена ссылочной позицией 10 и в основном содержит амортизатор 12, нижний рычаг 14 управления, выполненный в настоящем примере в виде треугольного рычага, имеющего пару в поперечном направлении точек 16 и 18 внутреннего крепления для шарнирного соединения с корпусом (обозначенным В на Фиг.4) транспортного средства и в поперечном направлении точку 20 наружного крепления для шарнирного соединения с опорой 22 для колеса W, и тягу управляющего механизма, имеющую в поперечном направлении точки 26 внутреннего крепления для соединения с механизмом управления поворотом и в поперечном направлении точку 28 наружного крепления для шарнирного соединения с опорой 22.
В отличие от конфигурации МакФерсона в соответствии с настоящим изобретением амортизатор 12 закреплен не жестко с опорой 22, а шарнирно соединен с ней вокруг оси Н шарнирного соединения, лежащей, по существу, в поперечной вертикальной плоскости, предпочтительно слегка наклоненной к горизонтали (как можно видеть на виде спереди на Фиг.4). Шарнирное соединение между амортизатором 12 и опорой 22 схематично проиллюстрировано на Фиг.3 и 4 с помощью следующих двух элементов, действующих параллельно:
- шарнира 30, определяющего вращательную степень подвижности между амортизатором 12 и опорой 22 вокруг оси Н; и
- средства 32 регулирования жесткости при кручении, установленного между амортизатором 12 (более конкретно, между нижним концом амортизатора 12) и опорой 22 для регулирования жесткости при кручении, связанной с вращательной степенью подвижности, определяемой шарниром 30, причем на Фиг.3 это средство выполнено в качестве примера в виде соединительной тяги.
Однако шарнирное соединение между амортизатором 12 и опорой 22 может быть получено многими другими способами, как будет объяснено подробно ниже.
Дополнительная упругая деформация кручения, вносимая вследствие шарнирного соединения между амортизатором и опорой, приводит к большей продольной упругой деформации, относящейся к центру колеса. Первым следствием этого является то, что нижний рычаг 14 управления больше не нужен для обеспечения необходимой продольной упругой деформации, и, следовательно, геометрия этого рычага больше не определяется необходимостью соответствия этому требованию.
Кроме того, что касается конфигурации МакФерсона, местоположение точки максимальной продольной жесткости подвески уменьшается от высоты как раз ниже верхней опоры амортизатора до высоты ниже центра колеса, точное значение которой зависит от жесткости при кручении, связанной с вращательной степенью подвижности между амортизатором и опорой, а также от продольной жесткости верхней опоры амортизатора и нижнего рычага управления. Следовательно, при продольных усилиях опора стремится повернуться вокруг точки, расположенной рядом с точкой максимальной продольной жесткости. Если точка максимальной продольной жесткости расположена на высоте рядом с высотой плоскости нижнего рычага управления, то есть приблизительно на расстоянии от центра колеса, равного расстоянию от дороги, продольная жесткость на поле зацепления выше, чем в конфигурации МакФерсона, для данной продольной упругой деформации в центре колеса, что обеспечивает лучшую тормозную характеристику. Кроме того, поскольку продольная упругая деформация в центре колеса зависит от упругой деформации при кручении, уже не от продольной деформации нижнего рычага управления, шаровой шарнир, соединяющий нижний рычаг управления и опору, подвергается смещениям назад при торможении, которые значительно меньше, чем в конфигурации МакФерсона, и приводят к соответственно меньшему износу колеса при торможении.
Наличие шарнира между амортизатором и опорой, который теоретически должен иметь очень большую жесткость относительно пяти ограниченных степеней свободы, практически приводит к паразитной упругой деформации, которая добавляется к поперечной упругой деформации подвески и особенно полезна на поле зацепления, где продольные усилия, создаваемые при движении на повороте, действуют на подвеску.
Фиг.5-8 иллюстрируют дополнительное преимущество, обеспечиваемое шарнирным соединением между амортизатором и опорой вокруг оси Н соответствующего шарнирного соединения. В результате продольных усилий опора стремится повернуться вокруг оси R вращения, проходящей через точку максимальной продольной жесткости (которая в конфигурации подвески в соответствии с настоящим изобретением расположена ниже центра колеса) и параллельно оси Н шарнирного соединения. Если ось Н наклонена на виде спереди, т.е. в поперечной вертикальной плоскости транспортного средства, тогда фактическое вращение опоры также имеет составляющую вокруг вертикальной оси и, следовательно, вызывает изменение сходимости, чье направление зависит как от направления наклона оси Н, так и от направления вращения опоры вокруг оси R.
Как показано на Фиг.5 и 6, при силе тяги или ударной силе (обозначенных FT/I), которые действуют на центр колеса, вращение опоры вокруг оси R (обозначенное стрелкой RR) имеет составляющую вокруг вертикальной оси (обозначенную стрелкой RZ), которая вызывает увеличение непараллельности плоскостей вращения управляемых колес. Напротив, как показано на Фиг.7 и 8, при тормозных силах (обозначенных FB), которые действуют на поле зацепления, вращение опоры вокруг оси R (обозначенное стрелкой RR) имеет составляющую вокруг вертикальной оси (обозначенную стрелкой RZ), которая вызывает уменьшение непараллельности плоскостей вращения управляемых колес. Конфигурация подвески в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, позволяет посредством соответствующего определения наклона оси Н шарнирного соединения между амортизатором и опорой различать реакцию подвески с точки зрения изменения сходимости на силы сцепления/удара, с одной стороны, и тормозную силу, с другой стороны. Естественно, если этот эффект изменения сходимости нежелателен, то недостаточно наклонить ось Н шарнирного соединения.
Фиг.9-12, на которых части и элементы, идентичные или функционально эквивалентные частям и элементам на Фиг.3 и 4, обозначены подобными ссылочными позициями, схематично изображают различные конструктивные решения шарнира и средства регулирования жесткости при кручении, которые вместе определяют вращательную степень подвижности, регулируемую амортизатором и опорой вокруг оси шарнирного соединения.
Например, шарниром может быть просто шаровой или подшипник качения, пара резиновых втулок, пара шаровых шарниров или, кроме того, один или более гибких элементов (в частности, в форме лопастей). Поскольку рассматривается средство регулирования жесткости при кручении, теоретически оно может быть торсионной пружиной (как схематично проиллюстрировано на Фиг.4), но с практической точки зрения предпочтительно использовать элемент, способный обеспечивать жесткость при поступательном движении, при этом элемент расположен на расстоянии от оси шарнирного соединения и действует по касательной относительно этой оси. Таким устройством, например, может быть единственная резиновая втулка, пара резиновых буферов или соединительная тяга. Предпочтительно, такое устройство имеет нелинейную характеристику упругой деформации (или жесткости), в результате чего подвеска имеет нелинейную характеристику продольной упругой деформации в центре колеса. Различные конструктивные решения, предложенные для шарнира и для средства регулирования жесткости при кручении, а также возможные другие решения, не проиллюстрированные в данном документе, могут быть объединены друг с другом различными способами.
В примере, проиллюстрированном на Фиг.9, шарнир образован за счет шарового или подшипника 30 качения, в то время как средство регулирования жесткости при кручении образовано за счет втулки или буфера 32. Ось Н шарнирного соединения образована в этом случае за счет оси подшипника 30.
В примере, проиллюстрированном на Фиг.10, шарнир образован за счет пары шаровых шарниров 30 (или, в качестве альтернативы, за счет пары втулок, имеющих большие радиальную и осевую жесткости), в то время как средство регулирования жесткости при кручении образовано за счет втулки или буфера 32. Ось Н шарнирного соединения образована в этом случае за счет оси, проходящей через центры двух шаровых шарниров 30.
В примерах, проиллюстрированных на Фиг.11 и 12, шарнир образован, соответственно, за счет гибкого элемента 30 в форме лопасти или за счет двух находящихся в одной плоскости гибких элементов 30 в форме лопасти, в то время как средство регулирования жесткости при кручении образовано за счет соединительной тяги 32 (даже если определенное увеличение жесткости при кручении обеспечивается за счет, хотя небольшой, жесткости при изгибе лопасти или лопастей 30). Ось Н шарнирного соединения образована в обоих случаях за счет оси изгиба лопасти или лопастей 30.
Предпочтительно, единственный элемент, например втулка, которая является жесткой во всех направлениях, кроме своей собственной оси, может выполнять функции определения оси шарнирного соединения и регулирования жесткости при кручении вокруг этой оси. Примеры конструкции такой втулки проиллюстрированы на Фиг.13-17, где части и элементы, идентичные или функционально эквивалентные частям и элементам на Фиг.3 и 4, обозначены подобными ссылочными позициями.
В соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированным на Фиг.13-15, эллиптическая втулка 34 расположена между амортизатором 12 и опорой 22 и содержит внутренний корпус 36 в форме цилиндра эллиптического поперечного сечения и наружный корпус 38, имеющий гнездо 40 эллиптического поперечного сечения, в которое устанавливается внутренний корпус 36 с резиновым уплотнением 42 между ними. Внутренний корпус 36 втулки 34 имеет цилиндрическое сквозное отверстие 44, в котором размещается фиксирующий штифт 45 (фиг.15), причем фиксирующий штифт вставляется и закрепляется на своих противоположных концах в соответствующие отверстия 46, образованные в паре опорных ушек 48 опоры 22 (или элемента, отдельного от опоры, но прочно соединенного с ней). Наружный корпус 38 втулки 34 прикрепляется в проиллюстрированном примере при помощи винтов 50 к кронштейну 52, прикрепленному, в свою очередь, к нижнему концу амортизатора 12. Внутренний корпус 36 и наружный корпус 38 втулки 34 являются предпочтительно экструдированными элементами из алюминия, в то время как кронштейн 52 предпочтительно является штампованным и сварным элементом из стали. Ось шарнирного соединения образована подобно, как в обычной втулке, за счет геометрии резинового уплотнения 42. Поскольку внутренний корпус и соответствующее гнездо втулки не имеют ротационно-симметричную форму, втулка увеличивает жесткость при кручении шарнирного соединения между амортизатором и опорой без необходимости добавления элемента или средства, специально предназначенных для выполнения функции регулирования жесткости при кручении вокруг оси шарнирного соединения.
В соответствии с вариантом конструкции, проиллюстрированным на Фиг.15, где части и элементы, идентичные или функционально эквивалентные частям и элементам на Фиг.13 и 14, обозначены подобными ссылочными позициями, эллиптическая втулка 34 содержит резиновые буферы 54, установленные на внутренних сторонах пары ограничивающих движение выступах 56, расположенных на противоположных сторонах опоры 22 для ограничения углового перемещения амортизатора относительно опоры.
В соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированным на Фиг.16 и 17, где части и элементы, идентичные или функционально эквивалентные частям и элементам на Фиг.13 и 14, обозначены подобными ссылочными позициями, плоская втулка 34 вставлена между амортизатором и опорой и содержит (Фиг.17) плоский внутренний корпус 36 и наружный корпус 38, имеющий гнездо 40 с поперечным сечением, имеющим две криволинейные выступающие части, в котором размещается внутренний корпус с резиновым уплотнением 42 между ними. Ось Н шарнирного соединения между амортизатором 12 и опорой 22 соответствует в этом случае средней оси внутреннего корпуса 36 втулки 34. Внутренний корпус 36 прикреплен при помощи винтов 50 к вилкообразному участку 58 кронштейна 52, установленному на нижнем конце амортизатора. Наружный корпус 38 прикреплен при помощи винтов 60 к участку опоры 22, вставленной между парой крепежных фланцев 62 того же наружного корпуса. Внутренний корпус 36 предпочтительно является элементом из стали, в то время как наружный корпус 38 предпочтительно является экструдированным элементом из алюминия. Кроме того, в этом случае, поскольку внутренний корпус и соответствующее гнездо втулки не имеют ротационно-симметричную форму, втулка увеличивает жесткость при кручении шарнирного соединения между амортизатором и опорой без необходимости добавления элемента или средства, специально предназначенных для выполнения функции регулирования жесткости при кручении вокруг оси шарнирного соединения.
Другой вариант осуществления независимой подвески транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением проиллюстрирован на Фиг.18 и 19, где части и элементы, идентичные или функционально эквивалентные частям и элементам на Фиг.3 и 4, обозначены подобными ссылочными позициями. В соответствии с данным вариантом осуществления ось Н шарнирного соединения образована за счет пары расположенных на одной прямой жестких втулок 30, в то время как жесткость при кручении шарнирного соединения между амортизатором 12 и опорой 22 обеспечивается за счет мягкой втулки 32. Две жесткие втулки 30 имеют большую радиальную жесткость, например, порядка 104 Н/мм (исключительно в качестве примера 3×104 Н/мм), в то время как мягкая втулка 32 имеет небольшую радиальную жесткость, например, порядка 102 Н/мм (исключительно в качестве примера 3,5×102 Н/мм), т.е. радиальная жесткость примерно на два порядка меньше радиальной жесткости жестких втулок 30. Мягкая втулка 32 расположена на расстоянии от оси двух жестких втулок 30 (ось Н шарнирного соединения) и ориентирована таким образом, что ее собственная ось пересекается с осью Н. Следовательно, радиальная жесткость мягкой втулки 32 действует по касательной относительно оси Н, то есть она действует в качестве торсионной жесткости относительно шарнирного соединения между амортизатором и опорой вокруг оси Н. В примере описанной конструкции штифты шарнирного соединения втулок 30 и 32 поддерживаются соответствующими вильчатыми опорными элементами опоры 22, в то время как наружные корпуса втулок 30 и 32 размещены на соответствующих опорах, образованных кронштейном 52, установленным на нижнем конце амортизатора 12.
Фиг.20-27, где части и элементы, идентичные или функционально эквивалентные частям и элементам на предыдущих чертежах, обозначены подобными ссылочными позициями, иллюстрируют другие варианты осуществления настоящего изобретения, которые включают в себя идею использования гибкого пластинчатого элемента, в частности лопастного элемента, который соединен, с одной стороны, с амортизатором, а с другой стороны, с опорой подставки для образования шарнирного соединения между этими двумя элементами подвески. Лопастной элемент может быть выполнен или из металла или неметалла (например, углеродного волоконного композиционного материала). Благодаря своей собственной упругой деформации при изгибе лопастной элемент обеспечивает фактически относительные вращения вокруг своей собственной оси изгиба между двумя элементами, соединенными с ним. С другой стороны, поскольку пластинчатый элемент имеет определенную, хотя ограниченную, жесткость при изгибе вокруг своей собственной оси изгиба, пластинчатый элемент одновременно выполняет, по меньшей мере, частично также функцию регулирования жесткости при кручении шарнирного соединения между амортизатором и опорой вокруг оси шарнирного соединения. Лопастной элемент соединен с амортизатором и с опорой для того, чтобы подвергаться воздействию растягивающего усилия под действием статической нагрузки. В этом случае буферное устройство, которое будет раскрыто ниже в связи с некоторыми возможными конструктивными решениями, соединено с лопастным элементом.
Ссылаясь на Фиг.20-22, лопастной элемент 34 расположен между кронштейном 52, установленным на нижнем конце амортизатора (не показан), и опорой 22 и лежит, по существу, в поперечной вертикальной плоскости для образования вследствие своей собственной упругой деформации при изгибе оси Н шарнирного соединения между амортизатором и опорой, которая ориентирована, по существу, в поперечном направлении. В зависимости от ориентации лопастного элемента 34 в поперечной вертикальной плоскости ось Н шарнирного соединения может быть направлена горизонтально или наклонена под определенным углом к горизонтали для обеспечения более точного регулирования изменения сходимости на единицу вертикального перемещения центров обоих колес под действием продольных сил торможения и тяги и, следовательно, повышенной устойчивости транспортного средства во время движения с торможением и ускорением. Лопастной элемент 34 жестко соединен на своем верхнем конце, например, при помощи винтового соединения с верхними концами пары вертикальных рычагов 64 опоры 22, сходящихся вверх. Кронштейн 52 образует пару горизонтальных верхних рычагов 66, которые проходят параллельно друг другу на одном и том же уровне, что и верхние концы лопастного элемента 34 и вертикальных рычагов 64 опоры 22 наружу относительно этих последних, и пару горизонтальных нижних рычагов 68, которые проходят на одном и том же уровне, что и нижние концы лопастного элемента 34 и вертикальных рычагов 64 опоры 22, и сближаются друг с другом для расположения между нижними концами рычагов 64 и зажима нижнего конца лопастного элемента 34, с которым они жестко соединены, например, посредством сварки. Благодаря такому расположению вес транспортного средства, действующий через амортизатор на лопастной элемент 34, создает растягивающие напряжения в этом элементе. Рычаги 66 опоры 22 и рычаги 64, 68 кронштейна 22 имеют жесткость при изгибе, которая значительно больше жесткости при изгибе лопастного элемента 34, в результате чего это лопастной элемент 34, не рычаги 64, 66, 68, который обеспечивает и управляет относительным вращательным движением между амортизатором и опорой. Как можно видеть, в частности, на Фиг.21, резиновые буферы 54 расположены между рычагами 66 опоры и рычагами 64, 68 кронштейна 52 и имеют функцию предотвращения прямого контакта между обращенными друг к другу концами рычагов в случае больших угловых смещений между амортизатором и опорой.
В соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированном на Фиг.23 и 24, лопастной элемент 34 жестко соединен на своем нижнем конце с нижним горизонтальным рычагом 68, проходящим от кронштейна 52, установленного на нижнем конце амортизатора (не показан), и на своем верхнем конце с вертикальным рычагом 66 опоры (не показана). Поскольку рассматривается ориентация лопастного элемента 34, используется то, что указано выше со ссылкой на вариант осуществления на Фиг.20-22. Кроме того, в этом случае фактически лопастной элемент 34 лежит, по существу, в поперечной вертикальной плоскости для образования благодаря его собственной упругой деформации при изгибе оси шарнирного соединении между амортизатором и опорой, которая направлена, по существу, в поперечном направлении. В зависимости от ориентации лопастного элемента 34 в поперечной вертикальной плоскости ось Н шарнирного соединения может быть направлена горизонтально или наклонена под определенным углом к горизонтали для обеспечения более точного регулирования изменения сходимости на единицу вертикального перемещения центров обоих колес под действием продольных сил торможения и тяги и, следовательно, повышенной устойчивости транспортного средства во время движения с торможением и ускорением. Буферное устройство состоит в данном варианте осуществления из резиновой втулки 70, имеющей предпочтительно нелинейную характеристику жесткости, ось которой расположена на расстоянии от лопастного элемента 34 и ориентирована параллельно оси Н шарнирного соединения. В проиллюстрированном примере конструкции наружный корпус втулки 70 установлен в специальном гнезде в вертикальном рычаге 66 опоры, в то время как внутренний корпус установлен на верхнем горизонтальном рычаге 72, выступающем от кронштейна 52.
В результате в соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированном на Фиг.25-27, лопастной элемент 34 жестко соединен на своем нижнем конце, например, при помощи винтов 74 с парой нижних горизонтальных рычагов 68, которые проходят от кронштейна 52, установленного на нижнем конце амортизатора (не показан), и на своем верхнем конце, например, при помощи винтов 76, с парой верхних горизонтальных рычагов 66 опоры (не показана). Поскольку рассматривается ориентация лопастного элемента 34, то, что указано выше со ссылкой на вариант осуществления на Фиг.20-22, используется. Поскольку рассматривается положение оси Н шарнирного соединения, оно приблизительно совпадает (по меньшей мере, для небольших смещений) с положением оси лопастного элемента 34, как показано на Фиг.26. Буферное устройство состоит в этом случае из пары нижних опорных элементов 78, которые жестко соединены с нижним концом лопастного элемента 34 и проходят вверх на противоположных сторонах лопастного элемента, и из пары верхних опорных элементов 80, которые жестко соединены с верхним концом лопастного элемента 34 и проходят вниз на противоположных сторонах лопастного элемента. Нижние опорные элементы 78 и верхние опорные элементы 80 имеют соответствующие горизонтальные опорные поверхности 82 и 84, которые обращены друг к другу и попарно расположены на расстоянии друг от друга. Соответствующие резиновые буферы 54, имеющие функцию, подобную функции резиновых буферов, описанных со ссылкой на вариант осуществления на Фиг.20-22, прикреплены к двум из опорных поверхностей, в проиллюстрированном примере к поверхностям 84 верхних опорных элементов 80.
Естественно, при неизменном принципе настоящего изобретения варианты осуществления и элементы изготовления могут в значительной степени изменяться относительно вариантов осуществления и элементов изготовления, описанных и проиллюстрированных исключительно в качестве неограничивающего примера.
Например, хотя настоящее изобретение описано и проиллюстрировано со ссылкой на переднюю подвеску, оно в равной степени также применимо к задней подвеске. Другими словами, настоящее изобретение применимо как к подвескам для управляемых колес, так и к подвескам для неуправляемых колес. В частности, в случае задней подвески треугольный нижний рычаг и тяга управляющего механизма могут быть заменены тремя нижними тягами (две поперечные тяги и одна продольная тяга), причем каждая соединена шарнирно на одном конце с опорой и на противоположном конце - с корпусом транспортного средства, для управления остальными тремя степенями свободы колесной машины. Однако настоящее изобретение может быть применено в равной степени к любой другой конфигурации подвески, содержащей конструкционный амортизатор и систему рычагов/тяг, расположенную между опорой, поддерживающей колесо, и корпусом транспортного средства для управления тремя степенями свободы опоры для поддержания колеса.
Кроме того, настоящее изобретение применимо не только к подвескам для автомобиля, но и к подвескам для автотранспортных средств любого типа от легких транспортных машин промышленного назначения до тяжелых транспортных машин промышленного назначения, от трех- или четырехколесных мотоциклов до автобусов.
1. Независимая подвеска (10) транспортного средства, содержащая опору (22), предназначенную для поддержания колеса (W), амортизатор (12), соединенный на своем нижнем конце с опорой (22), и множество рычагов и/или тяг (14, 24), соединенных, с одной стороны, с корпусом (В) транспортного средства, а с другой стороны, с опорой (22), отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шарнирное средство (30; 34), установленное между амортизатором (12) и опорой (22), для обеспечения вращения этих двух элементов относительно друг друга вокруг оси (Н) шарнирного соединения, которая ориентирована для того, чтобы образовывать острый угол с горизонталью, и средство (32; 34; 34, 70) регулирования жесткости при кручении, установленное между амортизатором (12) и опорой (22) для регулирования жесткости при кручении шарнирного соединения между этими двумя элементами вокруг оси (Н) шарнирного соединения.
2. Подвеска по п.1, в которой ось (Н) шарнирного соединения лежит, по существу, в поперечной вертикальной плоскости.
3. Подвеска по п.1, в которой ось (Н) шарнирного соединения ориентирована горизонтально.
4. Подвеска по п.1, в которой упомянутое средство регулирования жесткости при кручении имеет нелинейную характеристику жесткости.
5. Подвеска по п.1, в которой упомянутое шарнирное средство включает в себя подшипник (30) качения, причем ось (Н) шарнирного соединения образована осью подшипника (30).
6. Подвеска по п.1, в которой упомянутое шарнирное средство включает в себя пару резиновых втулок (30), расположенных со своими собственными осями, выровненными друг с другом, причем ось (Н) шарнирного соединения образована общей осью втулок (30).
7. Подвеска по п.1, в которой упомянутое шарнирное средство включает в себя пару шаровых шарниров (30), причем ось (Н) шарнирного соединения образована осью, проходящей через центры шарниров (30).
8. Подвеска по п.1, в которой упомянутое шарнирное средство включает в себя один или более гибких пластинчатых элементов (30; 34), причем ось (Н) шарнирного соединения образована осью изгиба упомянутого пластинчатого элемента (упомянутых пластинчатых элементов) (30).
9. Подвеска по п.1, в которой упомянутое средство регулирования жесткости при кручении включает в себя, по меньшей мере, один элемент (32; 34; 34, 70), расположенный на расстоянии от оси (Н) шарнирного соединения и выполненный с возможностью обеспечения жесткости при поступательном движении, действующей по касательной относительно этой оси.
10. Подвеска по п.9, в которой упомянутое средство регулирования жесткости при кручении включает в себя резиновую втулку (32), ориентированную таким образом, что ее ось пересекается с осью (Н) шарнирного соединения.
11. Подвеска по п.9, в которой упомянутое средство регулирования жесткости при кручении включает в себя соединительную тягу (32), соединенную на одном конце с амортизатором (12), а на противоположном конце - с опорой (22).
12. Подвеска по п.1, в которой упомянутое шарнирное средство и упомянутое средство регулирования жесткости при кручении выполнены в виде единого элемента (34).
13. Подвеска по п.12, в которой упомянутым единым элементом (34) является эллиптическая втулка или плоская втулка.
14. Подвеска по п.13, в которой наружный корпус (38) эллиптической втулки (34) образует пару выступов (56) для ограничения перемещения, которые расположены на противоположных сторонах опоры (22) или амортизатора (12) и содержат на своих внутренних сторонах резиновые буферы (54) для ограничения относительного углового смещения между амортизатором (12) и опорой (22).
15. Подвеска по п.12, в которой упомянутым одним элементом (34) является плоская втулка.
16. Подвеска по п.8, содержащая гибкий пластинчатый элемент (34), лежащий, по существу, в поперечной вертикальной плоскости и жестко соединенный на своем верхнем конце с опорой (22), а на своем нижнем конце - с амортизатором (12), причем упомянутое средство регулирования жесткости при кручении включает в себя резиновую втулку (70), ось которой расположена на расстоянии от гибкого пластинчатого элемента (34) и ориентирована параллельно оси (Н) шарнирного соединения, причем втулка (70) имеет наружный корпус, который жестко соединен с опорой (22), и внутренний корпус, который жестко соединен с амортизатором (12).
17. Подвеска по п.8, содержащая гибкий пластинчатый элемент (34), лежащий, по существу, в поперечной вертикальной плоскости и жестко соединенный на своем верхнем конце с опорой (22), а на своем нижнем конце - с амортизатором (12), причем упомянутое средство регулирования жесткости при кручении включает в себя пару нижних опорных элементов (78), которые жестко соединены с нижним концом гибкого пластинчатого элемента (34) и проходят вверх на противоположных сторонах этого элемента, пару верхних опорных элементов (80), которые жестко соединены с верхним концом гибкого пластинчатого элемента (34) и проходят вниз на противоположных сторонах этого элемента, и пару резиновых буферов (54), расположенных между парами горизонтальных опорных поверхностей (82, 84) нижних и верхних опорных элементов (78, 80), которые обращены друг к другу и расположены попарно на расстоянии.
18. Подвеска по п.1, содержащая нижний рычаг (14) управления, имеющий пару точек (16, 18) внутреннего крепления в поперечном направлении для шарнирного соединения с корпусом (В) транспортного средства и точку (20) наружного крепления в поперечном направлении для шарнирного соединения с опорой (22), и тягу (24) управляющего механизма, имеющую точку (26) внутреннего крепления в поперечном направлении для соединения с механизмом управления поворотом транспортного средства и точку (28) наружного крепления в поперечном направлении для шарнирного соединения с опорой (22).
19. Подвеска по п.1, содержащая пару поперечных тяг и продольную тягу, каждая из которых шарнирно соединена на одном конце с опорой (22) и предназначена для шарнирного соединения на противоположном конце с корпусом (В) транспортного средства.
