用于机动车的车轮悬架的扭杆弹簧装置

摘要

本发明涉及一种用于机动车的车轮悬架的扭杆弹簧装置，所述扭杆弹簧装置具有对扭杆弹簧装置可变地施加预载的、布置在车身（26）或副车架（14）上的执行器（28）以及同轴的第一扭杆弹簧（22），该第一扭杆弹簧在输出侧通过输出杆（38）与车轮悬架的车轮悬架元件（12）相连，其特征在于，执行器（28）的壳体（31）在至少一个支承部位（33）中以沿周向可动的方式支承在车身（26）上，该壳体（31）以能通过至少一个弹簧元件（16）而沿作用在扭杆弹簧（22）上的扭矩的方向弹动地屈曲的方式支撑在车身（26）上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于机动车的车 轮悬架的扭杆弹簧装置。

背景技术

这种弹簧装置例如由DE10 2009 005 899A1已知。弹簧装置具有可借 助于执行器操纵的扭杆弹簧，该扭杆弹簧沿车辆横向方向一直延伸到大概 车辆的横向中央位置并且在车轮侧作用于传动杆，该传动杆又铰接在车轮 悬架的车轮引导元件上。在DE10 2009 005 899A1中，扭杆弹簧设计为多 件式的并且相互连接地布置，其中，设置有两个径向外部的空心杆以及一 个径向位于内部的、由弹簧钢制成的实心杆，所述空心杆和实心杆通过例 如花键接合彼此传递地连接。

在由DE10 2009 005 899A1已知的扭杆弹簧装置中，在车轮的弹入和 弹出的交替作用中分别吸收和输出弹簧功。同时可能的是，借助于执行器 使力矩叠加，也就是说根据需要对扭杆弹簧加载或卸载。由于存在作为主 弹簧的承载弹簧，所以仅须利用转动调节器部分地调节用于改变车轮负载 的调节力。持续地出现来自主弹簧和扭杆弹簧的弹簧力的叠加，更确切地 说是根据行驶情况如何而需要该叠加以及由控制装置而规定该叠加。在扭 杆弹簧装置的输出部上设有摇臂（Schwinge），连接杆铰接在该摇臂的端 部上。连接杆将摇臂与梯形控制臂相连，而该梯形控制臂与车轮相连。因 此，在转动调节器中产生的转矩可以通过马达/传动机构/扭转弹簧/摇臂/连 接杆/梯形控制臂/车轮的负载路径、最后作为直线调节力被传递到车轮上。

在上述扭杆弹簧装置中，扭杆弹簧仅由两个部件组成，亦即由管状弹 簧和实心杆弹簧组成。而在上述负载路径中的余下的部件设计为绝对刚度 的且不会对系统的总弹性系数产生影响。如果例如存在实现较软的扭杆弹 簧的需求，则作为第一措施必须减小管状弹簧和/或实心杆弹簧的直径。然 而，随着直径的减小，扭杆弹簧的工作能力会下降，并且同时应力也可能 超比例地增大，因此必须延长管状弹簧和杆状弹簧。然而，这种长度变化 由于车轮悬架区域中的极其有限的空间条件而不能实施。这导致：特别对 于不可避免总弹簧刚度下降的较小车型，由于封装密度过高而不能装入这 种旋转调节器。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于特别是双辙车辆的车轮悬架的扭杆弹 簧装置，其中能以制造和结构简单的技术手段来额外地影响扭杆弹簧的弹 性系数。

该目的利用权利要求1的特征来实现。本发明的有利的和特别适宜的 设计方案在从属权利要求中公开。

根据本发明提出，执行器的壳体不再刚性地、在无弹簧性能的情况下 支承在车身上，而是以规定的弹性系数以能弹动地屈曲的方式支承在车身 侧的支承部位上。具体地，该壳体经至少一个弹簧元件而沿作用在扭杆弹 簧上的扭矩的方向以能弹动屈曲的方式支撑在车身上。因此，扭杆弹簧以 简单的方式在串联连接中在上游连接有或叠加有一弹性部件，其降低了弹 簧装置的弹性系数并且降低了扭杆弹簧的扭转负载。

在必要时，由管状弹簧和实心杆弹簧组成的套置的扭杆弹簧装置可以 利用马达传动机构单元的弹簧弹性的支承部位扩宽。由此可以在保持几何 结构、亦即扭杆弹簧装置的长度的情况下将总弹性系数修改得更低。相应 地，转动调节器也可以安装在需要降低车轮悬架总弹簧刚度的较小车型中。

根据本发明，马达传动机构单元可以以沿周向方向可动的方式支承在 车身上的支承部位处并且通过至少一个弹簧元件沿作用在扭杆弹簧上的扭 矩的方向支撑在车身上。根据本发明的建议近似实现了将扭杆弹簧装置分 为扭杆弹簧和额外的弹簧元件，具体是在二者间连接马达传动机构单元。 马达传动机构单元以常规方式实现可变的预载，而扭矩由输出杆支持，扭 杆弹簧支撑在调节单元上并由其壳体通过弹簧元件支撑在车身（或副车架） 上。在此，特别的优点在于马达传动机构单元的更简单的构造以及简化的、 特别是可构造得更短的扭杆弹簧。

以结构有利的方式，可以在马达传动机构单元上或者在其壳体上固定 至少一个沿径向伸出的杆，该杆在两个相对布置的、支撑在车身上的弹簧 之间夹紧。由此得到一动态敏感的扭杆弹簧装置，其具有例如在车轮悬架 的结构位置中规定的中间位置以及平衡位置/调整位置与车轮悬架的弹入 运动和/或弹出运动的高频匹配性。

弹簧可以优选地通过螺旋压力弹簧和/或通过橡胶弹性的缓冲器形成。 缓冲器在此还可以同时设计为累进式/非线性（progressiv）作用的弹簧止 挡部。

在本发明的一个另选的设计方案中，弹簧元件可以由至少一个围绕马 达传动机构单元布置的、沿两个转动方向都起作用的螺旋扭力弹簧形成， 该螺旋扭力弹簧的弹簧端部锚固在车身上和马达传动机构单元上。同样具 有规定的扭转刚度的螺旋扭力弹簧可以在小的额外安装空间的情况下围绕 以可转动方式支承的马达传动机构单元这样设计：该螺旋扭力弹簧可以在 预设的弹簧行程的范围内从中间位置（结构位置）起对弹出运动和弹入运 动进行吸收。

根据位于以可转动方式支承的马达传动机构单元上的额外的弹簧元 件，扭杆弹簧可以设计为一件式并且在其一端部上与输出杆驱动地连接， 而在其另一端部上与马达传动机构单元的输出元件驱动地连接。这能实现： 可以使用简单的、成本低廉的扭杆弹簧以及在结构和制造技术方面更简单 设计的马达传动机构单元，而其不必设计为具有内部扭杆弹簧的空心轴构 造。

额外的弹簧元件可以是固定在马达传动机构单元的壳体上的、另外的 扭杆弹簧，该另外的扭杆弹簧在其自由端部上支撑在车身上。扭杆弹簧可 以以一端部与执行器壳体相连，而以另一端部支撑在车身上的力矩支撑部 上。引向输出杆的第一扭杆弹簧和支撑在力矩支撑部上的第二扭杆弹簧和/ 或执行器的马达传动机构单元的圆柱形壳体可以设计成彼此同轴。

第一扭杆弹簧和第二扭杆弹簧还可以设置在执行器的马达传动机构单 元的圆柱形壳体的彼此对置的端侧上。

为了实现结构简单的构造，第一扭杆弹簧还可以一件式地例如由弹簧 钢制成并且在其一个端部上与输出杆驱动地连接，而在其另一端部上与马 达传动机构单元的输出元件驱动地连接。

最后，可以在机动车的车桥（前桥和/或后桥）上设置有两个相对于车 辆纵向方向横向取向的扭杆弹簧装置，其中，该扭杆弹簧装置的马达传动 机构单元设置在竖直的车辆纵向中心面的区域中（位于内侧），而扭杆弹 簧或者说扭杆弹簧带同输出杆与之相对地设置在外侧。此外也可能使马达 传动机构单元沿纵向方向取向。

前面说明的和/或在从属权利要求中给出的有利的发明设计方案和/或 改进方案可以——除了例如明确地相关或不能结合的情况——单独地被应 用、但也可以彼此任意组合地被应用。

附图说明

下面根据附图详细说明本发明和本发明的有利设计方案和改进方案以 及其优点。

图中：

图1示出机动车后桥的左侧车轮悬架的下平面的俯视图，具有下方的 横向控制臂、减振器和扭杆弹簧装置；

图2示出根据图1的弹簧装置的等效图解，其中示出了单独的弹性系 数c₁和c₂，它们基本上决定了总弹性系数；

图3在侧视图中示出扭杆弹簧装置；

图4在对应于图3的视图中示出另一个扭杆弹簧装置；和

图5在对应于图1的视图中示出扭杆弹簧装置。

具体实施方式

在图1中用10表示用于机动车的左侧的车轮悬架的下平面，具有下横 向控制臂12，该横向控制臂一方面铰接在仅部分示出的副车架14上，而 另一方面铰接在仅简略示出的用于后轮17的轮毂托架上。未示出引导轮毂 托架的上控制臂。

在图1中示出的左侧的车轮悬架具有伸缩式减振器24，该伸缩式减振 器具有与其分开的承载弹簧20，该承载弹簧仅在图2的等效模型中示出。 根据本发明的弹簧装置根据图1包括沿车辆横向方向延伸的扭杆弹簧22， 作为结构待说明的储能弹簧。

伸缩式减振器24支撑在下横向控制臂12上，而在上方以未详细示出 的方式支撑在机动车的车身26上，在该车身上通过隔振支承装置固定有副 车架14。

扭杆弹簧22在图1中示例性地包括径向外部的管状弹簧22a，该管状 弹簧从固定在副车架14上的执行器28出发向内几乎一直延伸到所描述的、 垂直的车辆纵向中心面18并且在那里例如通过插接结构32与由弹簧钢制 成的实心杆22b驱动地连接。

实心杆22b又从径向内部延伸到车辆外侧，其中该实心杆穿过执行器 28延伸并且同样通过插接结构36固定在更靠外侧的引导套筒34上。

引导套筒34可转动地支承在执行器28中并且支撑一相对于横向控制 臂12沿径向地、沿机动车的行驶方向F向前伸出的输出杆38，该输出杆 通过支承部位42和大致竖直取向的连接杆40与横向控制臂12相铰接。

执行器28是马达传动机构单元，其仅粗略地用附图标记29表示并由 驱动电机和高传动比的传动机构（例如谐波减速器或者摆线传动机构）组 成，其中，传动机构的输出元件与管状弹簧22a驱动地相连。连带决定弹 性系数的、有效的扭杆弹簧22长度因此累积地由从执行器28到插接结构 32的管状弹簧22a的长度和在插接结构32与36之间的实心杆22b的长度 决定。

额外地，执行器28的壳体31以沿周向可动的方式支承在滑动支承部 位33上并且通过弹簧元件16（图2至图5）沿作用在扭杆弹簧22上的扭 矩的方向支撑在车身26或副车架14上。弹簧元件16的弹性系数与扭杆弹 簧22的弹性系数以串联方式叠加。

在执行器28的滑动支承的壳体31上根据图3设计有径向伸出的杆27， 该杆在其自由端部处被夹紧在两个作为弹簧元件16的螺旋压力弹簧30、 32之间。螺旋压力弹簧30、32又以规定的预载支撑在车身26上。

此外，在车身26和杆27之间插入有两个橡胶弹性的缓冲器35，所述 缓冲器用作为累进作用的末端止挡缓冲器。杆27可以根据结构条件在车身 26或副车架14上水平地、竖直地或倾斜地取向。

杆27的长度、螺旋压力弹簧30、32的构造和扭杆弹簧22的构造决定 了扭杆弹簧装置的总扭转刚度或者说弹性系数，该扭杆弹簧装置可以作为 用于承载弹簧20的（附加）储能弹簧设置在机动车的车轮悬架中并且既用 作为稳定器、又用于调节车辆行驶高度以及用于机动车车身在俯仰稳定和 侧倾稳定。

在扭杆弹簧22和弹簧元件16之间接入力流（Kraftfluss）中的马达传 动机构单元或执行器28在此通过转动支承结构既作用在扭杆弹簧22上、 又作用在弹簧元件16上，并在执行器28的相应调节下实现了动态的、灵 敏的、即使在高频率的行驶机构运动下也实现匹配的扭杆弹簧装置扭转刚 度。

图2在等效图解中，在应用相同附图标记的情况下示出车轮悬架10 的弹簧装置的共同作用。

如图所示，在车辆的车身26与车轮17或横向控制臂12之间，并联的 弹簧系统C₂（承载弹簧20）和C₁（扭杆弹簧22和串联的弹簧元件16） 起作用，它们决定了总弹性系数c_ges（出于完整性的原因也标出了车轮17 或者说其轮胎的弹性系数c_Rei）。

通过扭杆弹簧22和弹簧元件16的串联，能够降低通过执行器28控制 的作为储能弹簧的弹性系数C₁及与其相关地降低总弹性系数c_ges和/或有利 地匹配于结构上的实际情况。

图4示出本发明的一个替代实施例，仅对该实施例与根据图1的实施 例存在本质区别的范围内对其进行描述。功能相同的部件用相同的附图标 记表示。

根据图4，额外的弹簧元件16设计为螺旋扭力弹簧，该螺旋扭力弹簧 围绕执行器28的马达传动机构单元布置并且该螺旋扭力弹簧的弯曲的弹 簧端部16a、16b在规定的预载下沿壳体31的周向锚固在车身26上和壳体 31上。

图5中示出的扭杆弹簧装置的构造和工作原理基本上和前面附图中示 出的扭杆弹簧装置相同。对此可参考图1至4的说明。

和图1至4不同的是，在图5中弹簧元件16设计为扭杆弹簧。执行器 28的壳体31通过扭杆弹簧16支撑在副车架14的力矩支撑部32上。第二 扭杆弹簧16不能转动地既固定在壳体31上、又固定在车身侧的副车架14 的力矩支撑部32上。第二扭杆弹簧16的弹性系数与第一扭杆弹簧22的弹 性系数以串联方式叠加。

第一扭杆弹簧22和第二扭杆弹簧16的长度l和构造（材料、材料强 度等）决定了扭杆弹簧装置的总扭转刚度或者说弹性系数，该扭杆弹簧装 置可以作为用于承载弹簧20的（附加）储能弹簧设置在机动车的车轮悬架 中并且既用作为稳定器、又用于调节车辆行驶高度以及用于机动车车身在 俯仰稳定和侧倾稳定。在扭杆弹簧22和16之间接入力流中的、执行器28 的马达传动机构单元通过转动支承结构既作用在第一扭杆弹簧22上、又作 用在第二扭杆弹簧16上，并在执行器28的马达传动机构单元的相应调节 下实现了动态的、灵敏的、即使在高频率的行驶机构运动下也实现匹配的 扭杆弹簧装置扭转刚度。