用于车辆的防侧倾/俯仰系统以及装配有该系统的车辆

摘要

本发明涉及一种用于车辆的防侧倾/俯仰系统，其中第一车辆质量例如车舱，通过支撑臂悬挂到第二车辆质量上，例如底盘，支撑臂通过弹簧装置绕转动轴线枢动连接到所述第二质量。该防侧倾/俯仰系统包括用于调节作用在支撑臂上的弹簧力的作用点的装置，由此调节由所述弹簧力施加在所述支撑臂上的力矩，以便于抵消由第一车辆质量施加在支撑臂上的载荷。弹簧力通过柔性细长元件施加在支撑臂上，例如绳或缆，在调节作用点时它仅占据很小的空间。本发明进一步涉及一种内置装置以及装配有本发明的防侧倾/俯仰系统的车辆。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的防侧倾/俯仰系统，其中第一车辆质量(例如车轮或车舱)通过支撑臂悬挂到第二车辆质量上(例如底盘)，支撑臂通过弹簧装置绕转动轴线枢转连接到所述第二质量，该防侧倾/俯仰系统包括调节装置，用于调节弹簧力相对于转动轴线作用在支撑臂上的作用点，由此调节由所述弹簧力施加在所述支撑臂上的力矩，以便于抵消由第一车辆质量施加在支撑臂上的载荷。

背景技术

可从EP639123中获知这样的防侧倾/俯仰系统。采用这种已知系统，使用中由于车辆的加速和/或减速引起的车舱或底盘的侧倾和俯仰运动可以被有效消除，由此增强车辆的安全、舒适和操作性能。该系统还可以成功用作载荷调节系统(load levelingsystem)，用于通过恰当调节防侧倾/俯仰系统的(静)弹簧力来补偿车辆上的不均匀载荷分配。

然而，该已知防侧倾/俯仰系统的缺点在于它体积相当庞大并且使用相对多的移动构件和轴承，使得该系统相当复杂、昂贵并且需要保养。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种简单、设计更为紧凑的改进的防侧倾/俯仰系统。最后，根据权利要求1的特征，本发明的系统设有柔性细长元件，例如绳或缆，用于传递施加在支撑臂上的弹簧力。结果，当调节所述弹簧力沿支撑臂的作用点时，不需要移动弹簧装置。移动连接到支撑臂的细长元件或者至少其中的端部就足够了。由于该细长元件可以具有比弹簧装置小很多的横界面尺寸，清楚的是，它的移动比弹簧装置移动时占用小很多的空间。此外，由于它的弹性，该细长元件可不需要将增大结构复杂度的特定连接元件而直接连接到支撑臂上。而且，该细长元件还提供了可将弹装装置安装在远离支撑臂的具有足够空间的位置上的自由度。由此该细长元件可以与根据权利要求2的特征的导引装置相配合，用于将弹簧动力“传递”到支撑臂上。

这样的导引装置可以沿预定路线导引元件，该路线可能会要求细长元件进行一次或多次弯曲，以便避开阻挡线路的可能障碍物。

在优选实施例中，本发明的防侧倾/俯仰系统由权利要求3的特征表征。利用这种配置，通过沿圆形路线移动细长元件来调节作用在支撑臂上的平衡力矩。该圆形路线使得该系统能够在相当大的范围内调节平衡力矩，同时由于弹簧装置可保持在相对静止的位置上、以及细长元件移动时仅需要相对小的盘形或圆锥形空间，因而保持相对紧凑的结构。而且，该圆形运动可很容易的施加到细长元件上，例如通过将所述元件的自由端连接到回转臂或盘上，该回转臂或盘绕第三转动轴线枢动连接到支撑臂上。

在优选实施例中，根据权利要求4的特征，弹簧装置可设置为使其中心线在所述细长元件的至少一个位置上与柔性细长元件对齐延伸。由于这种对齐，细长元件可基本上免于弯曲。这有助于降低细长元件的磨损并延长它的使用期限。而且进一步减小了系统尺寸。

优选的，在静态载荷条件下，上述对齐发生在由柔性细长元件所处的位置处，然而在常规条件下，上述对齐将是发生在由细长元件最常占用的位置处。可选择的是，弹簧装置和/或导引装置的方位是可改变的，由此可调节所述方位使得弹簧的中心线与柔性细长元件尽可能的对齐。

优选的，根据权利要求6的特征，细长元件端部所移动的圆形路线的中心线基本上垂至于支撑臂的平面延伸。

这样的方位同样有助于形成更为紧凑的系统并且还允许弹簧力与支撑臂在方便的角度上接合，使得所述力的较大分量促成实际的平衡力矩。

在另一详细实施例中，根据权利要求7的特征，所述第三轴线优选在支撑臂长度的大致一半位置处延伸，使得圆形路线具有与所述支撑臂长度的一半基本对应的半径。这使得可基本沿支撑臂的整个长度调节弹簧力的作用点，由此使平衡力矩的调节范围最大化。

在又一个优选实施例中，上述回转臂或盘可通过例如活塞或电动机的驱动轴驱动，其中后者可装配有十字滚珠轴承或者对等的轴承，用于承受轴向、径向和/或弯曲力，在使用过程中它们将通过细长元件施加在驱动轴上。通过这种方式，可以配置非常紧凑的防侧倾/俯仰机构，其具有简单坚固的设计、尽可能少的移动构件、但却良好的平衡力矩调节性能。

在特别优选的实施例中，根据权利要求9的特征，驱动装置可设置过载保护，其设计为当发动机上的载荷超过特定预定值时，切断辅助臂或盘的转动。由于这样的特征，可以减小能量消耗，并且可防止驱动装置过热。这在下文中解释。在使用过程中，由于动态载荷，弹簧装置和支撑臂将围绕其第二转动轴线振动。随着支撑臂的转动角度的变化，作用其上的弹簧力的方位将随之变化，使得其中的特定分量增大，特别是用于平衡驱动装置实现所要求调节所需的力的分量。因此，所要求的调节力和能量将增大。由于过载保护，驱动装置的调节作用将暂时切断，一直到支撑臂的转动角度返回到可接受的工作范围。只要切断驱动装置，支撑臂和弹簧装置将用作“通常”的悬架，即没有主动摆动和/或俯仰补偿。

在又一优选实施例中，根据权利要求13的特征，静态弹簧力(也就是在静态加载过程中在细长元件上产生的力)是可调的。这使得防侧倾/俯仰系统可应用在具有不同载荷能力的不同车辆中。还允许防侧倾/俯仰系统进行精细调节，由此在静态负载条件下，防侧倾/俯仰系统处在中间位置，并且支撑臂基本水平延伸，作用在支撑臂上的弹簧力是可调节的，以便于第一车辆质量上的载荷和那里可能产生的不平衡被抵消。

本发明进一步涉及一种根据权利要求15的特征的内置装置。由于这样的内置装置，在将该装置安装到车辆内部之前，弹簧与支撑臂之间的对齐以及细长元件的预拉伸可由专家完成。该安装过程本身几乎不需要什么技能。它可将装置的子框架连接到第一车辆质量(例如底盘)，并将支撑臂的自由端连接到第二车辆质量(例如车轮或车舱)。而且，利用该内置装置，现有车辆可很容易的装配本发明的防侧倾/俯仰系统。此外，当防侧倾/俯仰系统出现缺陷时，整个装置可以很简单的被新的装置替换，这个有缺陷的装置可送去维修。

本发明进一步涉及一种根据权利要求16的特征的装配有防侧倾/俯仰系统的车辆。由于它的紧凑性，该系统实际上可应用于每个车辆1。而且，该系统安装应用在第一悬架(底盘和车轮之间)和第二悬架(底盘和车舱之间)。当然，仅应用于这些悬架中的一个也是可能的。

本发明的防侧倾/俯仰系统另外的优选实施例以及随后装配的车辆将在从属权利要求中描述。

为了解释本发明，下文中将参照附图描述其中的示意性实施例，其中：

附图说明

图1A、B分别以侧视图和顶视图显示了装配有本发明的防侧倾/俯仰系统的车辆；

图2以透视图显示了处于中间位置的本发明防侧倾/俯仰系统的第一实施例；和

图3以剖视图显示了图2中的防侧倾/俯仰系统，其带有可选择的调节装置；

在说明书中，相同或相应部件具有相同或相应的附图标记。

具体实施方式

图1A、B示意性显示了车辆1，其包括由两个细长、平行的U形梁3构造、通过第一悬架5由多个车轮4支撑的底盘2和通过第二悬架7由底盘2支撑的车舱6。悬架5、7包括设计用来使车舱6免受使用过程中发生在车辆1中的振动的影响的弹簧装置8和阻尼装置9，例如当经过路面的不平整的地方时。为了有效抑制这些振动，弹簧装置8的弹簧刚度最好比较低。然而，这样的低弹簧刚度伴随着车辆1加速和减速过程中车舱6相对大的俯仰运动(即图1A中由角度指示的车舱6的前后转动)以及在转弯过程中车舱6相对大的侧倾运动(即图1B中由角度γ指示的车舱6的侧向转动)。为了使这种不舒适的俯仰和侧倾运动最小化，弹簧刚度应当要高。在本发明的车辆1中，通过提供带有防侧倾/俯仰系统10的第一和/或第二悬架5、7来满足关于弹簧刚度的这些相矛盾的要求，其中取决于作用在车辆1上的外部载荷，可主动、动态调节有效弹簧刚度和有效弹簧力(即支撑在弹簧上的质量--例如车舱6或车轮4--所能感知的弹簧刚度和弹簧力)。将参照图2做进一步详述，其中展示了带有本发明的集成防侧倾/俯仰系统10的第二悬架7的第一实施例，下文中简单的标注为“悬架7、10”。

悬架7、10包括支撑臂12，其一端绕第一转动轴线R₁枢动连接到第一车辆质量--此处为车舱6，其相对端绕第二转动轴线R₂枢动连接到L形子框架13的第一支腿13A。该子框架13的所述第一支腿13A固定连接到第二车辆质量--此处为底盘横梁3，由此子框架13的第二支腿13B在支撑臂12上部基本水平延伸。在图示实施例中，支撑臂12构造为联接三角。应当理解的是在选择性实施例中，臂12可以构造为不同形状，例如联接矩形或T形杆。臂12具有长度L(在第一和第二转动轴线R_1，2之间测量)。

悬架7、10还包括安装在子框架13的第二支腿13B的上部的弹簧8，其中弹簧8的中心线基本垂至于所述支腿13B延伸，并且与支撑臂12在其长度L的几乎一半处相交。根据本发明，弹簧8通过细长柔性元件15(例如绳或缆)连接到支撑臂12，其第一端15A以下文所述方式连接到支撑臂12，相对端15B连接到设置在弹簧8上方的盖板17。弹簧8在盖板17和轴承16之间压缩，由此预拉紧所述绳15使其具有弹簧力F_S。优选，绳15可调节的连接到盖板17--例如通过夹紧元件或螺纹连接21，使得预拉紧力F_S的幅值可调节。在图示实施例中，弹簧8通过轴承16(例如球轴承)安装在子框架13上，允许弹簧绕其中心线S转动，由此防止使用过程中弹簧8发生扭曲(这会影响它的刚度)。应当理解的是，最后轴承16还可并入弹簧8顶部的盖板17内(图中未示)。而且，导引装置(图中未示)可设置在轴承16和盖板17之间，以便在使用过程中保持弹簧8轴向对齐。当采用具有平端的钢制螺旋压缩弹簧时可不需要这样的导引装置。

绳15从盖板17中心延伸穿过弹簧并穿过子框架支腿13B的开口。从那里，通过导引装置14将绳15向着支撑臂12导引，以便与弹簧中心线S形成角度α，并经由回转臂19连接到所述臂12，回转臂围绕与弹簧中心线S对齐延伸的第三转动轴线R₃枢动连接到支撑臂12。设置了驱动装置20，例如电动、气动或者液压活塞，其布置为转动回转臂19，使得绳端15A以及由此作用在支撑臂12上的弹簧力F_S的作用点沿图中虚线所示的圆形路线C行进。回转臂19的长度以及由此圆形路线C的半径r将影响防侧倾/俯仰系统可获得的最小和最大反作用力矩M_S。为了获得最大的调节能力，所述半径r优选为稍小于支撑臂长度L的一半，这将在下文解释。

悬架7、10按照下述方式运行。在静载荷条件下，当车辆1静止或者恒速前进并且没有加速或减速力作用在车舱6上，悬架7、10处在图2所示的中间位置上，其中支撑臂12基本上水平延伸并且回转臂19大致平行于第一和第二转动轴线R_1，2延伸。如图1A、B所示，在该位置上，支撑臂12将必须支撑载荷P，其大致与车舱重量的四分之一相等，就如同车舱6被四个悬架7、10支撑。弹簧力F_S和角度α选择为使得由弹簧力F_S的垂直分量施加在支撑臂12上的力矩M_S＝F_SV*q与由所述静载荷P施加在支撑臂12上的力矩M_P＝P*L相等，其中F_SV＝F_S*cosα，并且q和L分别是力F_SV和P到第二转动轴线R₂的距离。

应当理解的是，当车辆非均匀负载时，防侧倾/俯仰系统可用作载荷调节系统，其中为了平衡所述不均匀载荷分配，单独悬架系统的弹簧力F_S可按不同方式设置。

在动态载荷条件下，当车辆1加速、减速和/或转弯时，如图2所示，额外的动态载荷ΔP和力矩ΔM_P将作用在支撑臂12上。在缺少本发明的防侧倾/俯仰系统的情况下，这会使车舱6遭受参照图1A、B所描述的俯仰和/或摆动运动。采用本发明的防侧倾/俯仰系统10，通过使驱动装置20顺时针(箭头A所示方向)或逆时针(箭头B所示方向)转动回转臂来平衡额外的载荷ΔP，由此分别减小、增大弹簧力垂直分量F_SV和第二转动轴线R₂之间的距离以及由此施加在支撑臂12上的平衡力矩M_S＝F_SV*q，由此平衡额外的动态力矩ΔM_P。

由此应当理解的是，如果圆形路线C的半径r选择为与支撑臂长度L的一半几乎相等，当调节平衡力矩M_S时就可以充分利用可使用的支撑臂长度L。通过使回转臂19从图2所示的中间位置起分别沿箭头A和B所示方向转动大约90°，力矩M_S就可以在接近零的最小值和接近F_SV*L的最大值之间变化。这会使弹簧力F_SV和第二转动轴线R₂之间的距离q分别减小到接近零，或者接近L--即支撑臂12的长度。

在平衡力矩M_S接近零的情况下，例如为了维护系统的目的，可以断开第一质量6的连接。

为了控制驱动装置20并在合适的角度上转动回转臂19，可设置传感器30来测量作用在车舱6上的动态载荷，例如通过力、加速度、速度和/或位移的测量。而且，可设置中央控制装置35，其配备有基于测量数据来计算绳的瞬时位置(平衡动态载荷所需要的)的运算法则，并且用于控制驱动装置20以便通过转动回转臂19来到达该位置。由此，作用在车舱6上的动态载荷可通过调节回转臂19来平衡，其中绳15，至少它在回转臂19和弹簧8之间延伸的部分将绘制具有2*α顶角的锥形，弹簧8可保持基本静止，不需要额外的空间。由于绳的直径很小，由所述绳绘制的锥形仅仅占据很小的空间，使得本发明的防侧倾/俯仰系统10成为紧凑的、易于实施的系统。

在特别优选的实施例中，绳8可俯仰或者可以俯仰到其中心线S基本上与细长元件对齐延伸的位置上，使得细长元件15可基本免于弯曲。这有助于降低或者防止磨损，由此增长所述元件15的使用期限。它可以进一步使该系统呈更为紧凑的结构，用于符合附加的空间限制。优选的，绳8和弹性元件15的对齐发生在静态载荷的条件下，如图2所示，其中支撑臂基本水平延伸，并且回转臂19基本平行于支撑臂12的第二转动轴线R₂延伸。可选择的是，弹簧的方位是可调的，允许通过柔性细长元件15的其它位置来实现所述对齐状态。

绳或缆15例如由金属制造，特别是钢或者高拉伸强度材料，例如Aramide纤维或者类似物。如图所示，除了压缩弹簧8外，可利用拉伸弹簧来预拉伸绳15。

导引装置14优选由低摩擦材料制造或者覆盖，例如Teflon，并设有圆形接触表面。这会使绳15和导引装置14之间的接触面积和摩擦最小化(这对所述构件的使用期限是有利的)，对于转动回转臂19所需的力和能量也是一样。可选择的是，导引装置14可例如设置轴承圈，同时绳15可设有适于在所述轴承圈内滚动的球或类似元件。

由于绳15和导引装置14之间的直接接触，使用过程中发生在底盘2中的高频率振动将通过子框架13、导引装置14和绳15传递到车舱6中。为了避免这个问题，如图2所示，例如由天然或合成橡胶制成的弹性层18可安装在子框架13和底盘12之间，其能够吸收或者至少部分消减所述振动。

优选的，车舱6通过板簧11连接到支撑臂12，板簧悬挂在所述车舱6内，在图1B和2中示出。这样的板簧11在平行于第一和第二转动轴线R_1，2的方向上是刚性的，然而允许车舱6在上、下和侧向上移动，即垂至于所述转动轴线R_1，2，由此在使用过程中弹簧8振动时，允许支撑臂12绕第二转动轴线R₂摆动。

图3显示了本发明的防侧倾/俯仰系统10的选择性实施例，其中相同部件被标注相同的附图标记。该实施例与图2所示实施例的主要区别在于回转臂19和活塞组件20被电动机22所替换，其通过框架23连接到支撑臂12上。绳15偏心连接到电动机22的轴24上，其优选通过十字滚珠轴承25或者类似装置支撑在支撑臂12上，轴承或类似装置能够使支撑轴24承受轴向和径向力以及弯曲力矩，在使用过程中它们会通过预拉伸绳15施加在所述轴24上。可设置减速装置27，它使轴24能以理想的力矩和速度被驱动。系统10以与参照图2所描述的方式相似的方式运行。

应当理解的是，由于采用弹性绳15，不再需要复杂的转动铰或者其它连接装置来将绳15连接到轴24上。实际上，绳15可以通过夹紧装置或类似装置简单的连接到轴24上，由此简化防侧倾/俯仰系统10。

在优选实施例中，电动机22可设置有保险设备26，用于当电动机上的载荷超过预定值时切断电动机22。由于弹簧8的振动，这会在支撑臂12绕其第二转动轴线R₂的转动角度超出预定值时发生。在这样的大转动角处，弹簧力F_S的分量增大了电动机22上的载荷，要求电动机施加大的力矩并消耗更多能量来调节绳的位置。因此，在优选实施例中中央控制装置35可设置用于当支撑臂12绕第二转动轴线R₂的转动角超出特定值时启动控制设备，由此解除电动机22。当转动角返回到预定可接受的工作范围内时，电动机22可再次启动，以便重新开始对绳位置的调整。因此，系统10的能量消耗实现最优化。

在又一优选实施例中，电动机22可设置编码器或者对等的测量装置32，用于测量驱动轴24的位置。当控制电动机22调节绳的位置时该信息可被中央控制装置35采用。

系统10还进一步包括安装在支撑臂12和子框架13之间的阻尼装置28。虽然图中未示，图2中的实施例可包括相似的阻尼装置。

在上述给定的例子中，所描述的防侧倾/俯仰系统10应用于位于底盘2和车舱6之间的第二悬架7。清楚的是，防侧倾/俯仰系统10可以以对等的方式应用在其它车辆悬挂系统中，特别是底盘2和车轮4之间的第一悬架5上。在那种情况下，与图2和3所示系统的方位相比，弹簧8和绳15的方向可颠倒，由此允许系统承受外部压力。对于左侧车轮4L，在图1B中示意性示出。可选择的是，对于右侧车轮4R，如图1B中示意性示出的，可采用附加的导引装置34来导引细长元件15，以便使支撑臂12承受向下的拉力，而不是向上的拉伸弹簧力F_S。

本发明绝不局限于在说明书和附图中所展示的示意性实施例。在说明书中所示出和所描述的实施例的组合(或者部分组合)同样很明确的落入本发明的范围内。而且，由权利要求所概括的本发明的范围内的很多种变化都是可能的。