用于车辆后桥的具有空气弹簧元件的单独车轮悬架以及相应配备的车辆后桥

摘要

本发明关于一种用于车辆后桥的单独车轮悬架(1)，其包含空气弹簧元件(13)和轮架(3)以及横向控制臂(2)。轮架(3)通过横向控制臂(2)可枢转地连接到车辆的子车架和/或车身(4)。附加容积(14)被设置用于可压缩空气且与空气弹簧元件(13)流体连通地连接。附加容积(14)在横向控制臂(2)内部形成，轮架(3)具有支撑区域(12)，空气弹簧元件(13)通过其下端安置在支撑区域(12)上。在空气弹簧元件(13)和附加容积(14)之间延伸且流体连通地连接空气弹簧元件(13)和横向控制臂(2)的管路部分(15)设置有阀单元(16)，阀单元(16)配置用于至少部分地打开和/或关闭管路部分(15)。

说明书

本发明关于具有权利要求1前序部分的特征的车辆——尤其是机动车辆——后桥的单独车轮悬架，并且关于具有两个根据权利要求5前序部分的特征的单独车轮悬架的车辆后桥。

在车辆中为了实现与车辆行驶的地面的最大分离，典型地通过引入前桥和/或后桥将驱动轮附接到各车辆的车身。车桥包含相对于车身可移动并且与悬架和阻尼元件组合形成悬架的组成部分的车桥部件。由此保证与道路表面的必要接触和尤其的驾驶稳定性以及所需驾驶舒适性。

后桥例如可以由刚性或半刚性的车桥形成，例如浮式或扭转梁车桥。另外的实施例提出了使用主要独立单独车轮悬架。这意味着各驱动轮可转动地安装在轮架或短轴节，轮架或短轴节相应地通过控制臂可枢转地连接。这样的单独车轮悬架一般由多连杆车桥形式的多个控制臂组成并且作为车桥的部分设置在双轨车辆的两侧。

为了容许驱动轮向上和向下移动，控制臂可转动地连接到车身和/或底盘或对应的子车架，这取决于车辆。转动性主要降低为容许竖直转动的一个转动轴线，以使驱动轮另外相对于车辆的剩余部分大体上水平地固定。根据配置和安装位置，我们对纵向控制臂、半挂式控制臂和横向控制臂进行区分。该命名遵循相对于车辆行驶方向的取向，因此例如横向控制臂大体上垂直于行驶方向延伸。

在车辆侧，控制臂可以通过至少一个连接装置连接，连接装置可以配置为球头节或复合材料轴承形式的轴承衬，例如橡胶-金属轴承。在后者中，橡胶部分保证充分分离以及控制臂相对于它的安装部受限的可动性。也可以通过至少一个轴承衬和/或球头节形成车轮侧连接，例如可以通过到弹簧支柱或车轮悬架的轮架的联轴节。

由于车轮悬架的移动部分是簧下质量，尽可能地努力减少它们的重量。这实现驾驶舒适性的增加并且同时降低车辆重量，这在尤其期望最小潜在燃料消耗时变得日益重要。所用控制臂可以由例如铝或钢板形成。前者通常是铸造件，其中在需要的情况下可以通过从半成品去除的材料来生产。当使用钢板时，优选地至少在部分区域中使用钢板不仅适于单独成型也尤其适于增加弹簧控制臂的稳定性。

例如在专利DE 10 2005 008 548 A1中公开了车辆车轮悬架控制臂的一种可行设计。这包含两个隔开的空心体部件，其通过设置在它们之间的连接腹板连接在一起。为了获得被连接到一起的空心体尽可能简单的公差补偿以及使控制臂适于所需区域的不同惯性矩，提出了位于空心体部件内用于接收连接腹板的开口。开口在各空心体的纵向上延伸，以使连接腹板能够通过开口插入各空心体中的它的边缘区域。在限定单独部件相对于彼此的定位之后，可以将这些焊接在一起。

根据专利DE 10 2004 043 658 A1，公开一种作为车辆车轮悬架控制臂部件使用的空心体结构，该结构由两个U形横截面的盘状元件组成，盘状元件由压铸材料制成。为了实现两个盘状元件尽可能便利和经济地连接在一起，其中一个盘状元件的每个腿状部具有对应于另一盘状元件的腿状部的连接轮廓。为了形成各连接轮廓，相关的腿状部配置为具有U形横截面的开槽，以使它能够以舌状件和槽连接的方式插入来接收另一盘状元件的腿状部。两个盘状元件可以通过过盈配合和为了装配施加的必要的力冷焊在一起。

为了能控制单独车轮悬架的运动，将这与适当的弹簧系统组合。此处常规系统提供每个单独的车轮悬架使用至少一个弹簧元件和一个阻尼元件。弹簧元件例如可以由螺旋弹簧或钢板弹簧形成。关于这点，在驾驶舒适性和驾驶安全性方面空气弹簧系统具有优势。除此之外，所用空气弹簧可以提供车辆车身相对于地面的调平作用。此外，空气弹簧系统提供与车辆负载状态无关的恒定自身频率的技术可行性。尤其地，在运转期间适应所需和/或要求的弹簧力的能力提供了另外的有利之处。

专利DE 10 2012 214 569 B3公开了一种具有高度调整的空气弹簧和阻尼器单元。这配置为通过端部安装点连接到车辆的车身和它的其中一个车轮悬架。为此，空气弹簧和阻尼器单元包含夹在两个弹簧盖之间的螺旋弹簧，并且空气弹簧和阻尼器元件设置在由螺旋弹簧封闭的容积内。该元件包含填充有压缩空气的弹簧腔，该弹簧腔进一步抵靠螺旋弹簧支撑空气弹簧的端部安装点和阻尼器单元。通过关闭至少一个阀，弹簧腔能够在空气弹簧和阻尼器单元扩展期间吸取环境空气。所述阀的后续封闭捕获之前吸入弹簧腔内的空气容积，由此通过当前进一步隔开的安装点来实现车辆乘坐高度的增加。

专利US 2010/0237656 A1目的在于一种包含底盘和针对驾驶货车的人员的驾驶室的货车构造，该驾驶室相对于底盘是可移动的。至少一个空气弹簧和悬架装置设置在底盘和驾驶室之间。通过一个或多个传感器检测驾驶室的加速度，在这种情况下可以控制阀。可以通过阀向空气弹簧提供为此设置在合适的压力存储器中的空气体积比。

根据专利US 2008/0179795 A1，提出一种悬架装置，该装置具有集成的气体弹簧和减振器。气体弹簧具有缸体，该缸体的容积被分成两个腔。为了改变气体弹簧的弹簧刚度，腔可以通过包含阀的流动开口流体连通地连接在一起或彼此隔离。

专利US 7,789,405 B2公开一种用于刚性车桥的空气弹簧系统，车桥具有车桥主体和可枢转地连接到车辆车架的控制臂。阻尼装置和空气弹簧在车桥主体和车架之间延伸。

专利US 2011/0272900 A1公开一种用于多轨车辆的多连杆底盘，该车辆具有单独车轮悬架和全轮驱动的驱动系统。底盘具有底盘各部分相对于彼此转动或枢转所围绕的多个枢转点。在这个实施例中，它适用于越野运输车辆，尽管该车辆通常是过长的配置，但由于底盘和驱动系统的多连杆可动性，其具有增强的越野能力。单独的连接件有时具有其中设有转动轴和围绕转动轴的扭转弹簧的空心缸体。转动轴在一端具有圆盘，圆盘具有位于转动轴纵向外侧的销。同样设置与销接合的螺旋蜗杆。通过螺旋蜗杆绕它的纵向转动，转动轴扭转并且连同连接到转动轴的底盘部分形成底盘部分的枢转。

并且具有用于可压缩空气的单独容积的空气悬架系统是已知的，这样的系统包含可转换的附加容积形式的至少一个附加的空气容积。如已知的四角空气悬挂系统，这样的系统对于控制车辆的人员而言具有更高的功能性。它们的优势在于空气弹簧刚度可以在不改变空气弹簧元件内部压力的情况下根据各驾驶情况而变化。在流体连通连接的意义上，这通过附加容积的常规针对性连接来实现。

由此专利DE 10 2009 005 381 A1针对车辆座椅公开了大量利用流体弹簧和车架的安装弹簧的装置及其操作方法。为了提供用于流体弹簧的附加流体容积，设置附加流体容积装置，该装置包含可以流体连通地连接到一起的至少两个流体容积腔。而且，附加流体容积装置具有形成流体容积腔的公共腔壁且可以相应地移动分割对应的流体容积的活塞。尤其通过低调整力产生该移动，其中附加流体容积装置的有利之处在于增强以这种方式构造的悬架系统的响应性能。

专利US 6,746,031 B2描述了用于具有空气弹簧的车辆悬架系统的外部蓄积器的构造。该车辆具有车架，在地面上支撑车辆的车轮可枢转地安装在车架上。通过包含空气弹簧的悬架结构来实现它们相对于车架的可动性，车轮通过空气弹簧连接到车架。悬架结构可以包含车桥、横向元件和抗侧倾杆、控制臂或类似的部件。形成和/或分割所述悬架结构的部分以形成提供蓄积器的至少一个流体腔。以这种方式设置的蓄积器用于容纳通过泵所产生的空气弹簧的压缩空气。以这种方式，蓄积器和空气弹簧物理上定位为接近在一起，由此可以降低任何压力损失和反应时间的延长。而且，悬架结构的几个部件可以用于提供多于一个的压缩空气蓄积器。

在专利US 6,398,236 B1中公开了类似的构造，其针对一种用于车辆的纵向控制臂悬架(总体参见摘要)。而且，提供一种气动提升机构，通过该机构可以改变纵向控制臂的取向。而且，提供空气弹簧以相对于车辆的车身或子车架支撑纵向控制臂。车桥包含用于提供空气蓄积器的至少一个空心区域。所述空气蓄积器流体连通地连接到气动提升机构和/或空气弹簧。

专利US 2013/0207355 A1描述一种车辆悬架系统及其操作方法，该系统具有至少一个空气弹簧。空气弹簧包含气缸，该气缸具有设置在其内的空气活塞。空气活塞连接到空气弹簧的活塞杆，该活塞杆具有位于一端的上固定装置。在远离上固定装置的气缸端定位下固定装置，以使空气弹簧可以通过两个固定装置固定。上固定装置还包括端板，其中柔性波纹管设置在该端板和气缸的上端之间，柔性波纹管围绕从气缸突出的活塞杆。由波纹管和气缸内部提供的容积被空气活塞分成两个单独的腔，该容积能够彼此独立地提供压缩空气。由此在包含上腔的气缸部分周围设置附加容积，上腔通过开口与波纹管的容积流体连通地连接。

专利US 2014/0062040 A1也公开了用于空气弹簧系统的空气弹簧，该空气弹簧具有缸体和设置在缸体内同样具有空心活塞的空心活塞杆。活塞杆的内部容积连接到活塞的孔，其中空心活塞的孔自身与缸体的内部容积流体连接。缸体、活塞和活塞杆的单独容积形成了大于单独的缸体容积的总容积。以这种方式，空气弹簧的弹簧刚度线性化。

目前已知的具有附加容积的空气弹簧系统提供十分有利的单独空气弹簧的弹簧刚度可变性。但这种空气弹簧系统的不足之处包括额外容积所需的附加构造空间、来自额外容积的更大的重量以及整体较高的生产成本。关于构造空间和重量，将附加容积集成在在任何情况下都是必要的这样的车桥部件中的系统是有利的。

鉴于上述实施例，单独车轮悬架和相应配备的车辆后桥空气弹簧系统也提供了进一步改善的空间，尤其关于它们的尺寸和附加容积的连接的改善空间。

在这样的情况下，本发明的目的是改进单独车轮悬架和具有单独车轮悬架的车辆后桥，该单独车轮悬架具有空气弹簧元件，尽管用于空气弹簧元件的附加容积，但整体上这些具有更好的部件物理集成性。

该目标通过具有权利要求1的特征的单独车轮悬架和通过具有两个包含权利要求5的特征的单独车轮悬架的车辆后桥来实现。而且，各从属权利要求公开了本发明尤其有利的实施例。

要指出的是，在下列说明书中单独列举的特征能够以任意的、技术上合理的方式相互结合，并且公开本发明另外的实施例。说明书尤其结合附图进一步描述和具体说明了本发明。

根据本发明，下面公开一种单独车轮悬架，设置该车轮悬架用作车辆车桥的部分，尤其是车辆后车桥部分。

所述单独车轮悬架包含空气弹簧元件和轮架以及至少一个横向控制臂。以驱动轮的常规可转动安装方式设置轮架。与此相反的，在单独车轮悬架处于安装状态时，横向控制臂用于将轮架可枢转地连接到车辆子车架和/或车身。而且，设置配置用于支撑空气弹簧元件的附加容积并且附加容积设置用于容纳压缩空气。为此，附加容积以合适的方式流体连通地连接到空气弹簧元件。

根据本发明，在横向控制臂内形成空气弹簧元件的附加容积。同样，配置轮架以使其具有支撑区域，空气弹簧通过它的下端安置在支撑区域上。

由此已经产生的有利之处首先在于使用在任何情况下需要的横向控制臂作为附加容积的结构支架。为此，横向控制臂至少在部分区域形成空心，其中它的空心区域或多个区域之后形成所述的附加容积。

以这种方式，首先不需要扩大横向控制臂外部尺寸的附加区域，扩大横向控制臂外部尺寸的附加区域会相应扩大单独车轮悬架。相反，在不需要扩展它的结构尺寸的情况下，可以在横向控制臂内容易地重新定位所需附加容积。这尤其应用于通常以空心体形成横向控制臂的情形中，例如由金属板形式连接在一起的两个半壳所组成的这些。显然，横向控制臂也可以由例如铝的实心材料制成，其中所需的附加容积之后可以由此在横向控制臂铸造期间或后续尤其通过材料移除来形成。

此外，形成或设置在轮架上的空气弹簧元件的支撑区域容许单独车轮悬架十分紧凑的构造，尽管弹簧行程充足，但只需要小的构造空间。

这在空气弹簧元件通过它的下端延伸相对深时进一步被促进。为此，将支撑区域设置在轮架上以使安置在支撑区域并且向上延伸到车辆的子车架或车身的空气弹簧元件至少部分位于与横向控制臂共同的水平面中。换言之，轮架的支撑区域关于它的竖直位置设置为与横向控制臂相比较低和/或在其下方延伸，以使空气弹簧元件至少在部分区域与横向控制臂的大体水平的平面几乎相交。

以这种方式，在它的长度上形成的空气弹簧元件的上端相应地定位较低，以使位于车辆子车架或车身上的空气弹簧元件上端的支撑区域也能够竖直地进一步下移。结果形成了附加空间，该附加空间相应地可以有利地增加到车辆的内部或行李空间(行李厢空间)。

关于空气弹簧相对于横向控制臂的位置，还可以提供——与车辆行驶潜在的前进或倒退方向(前进/倒退没有转弯)相关——将空气弹簧设置为至少在部分区域在所述行驶方向上位于所述横向控制臂的前方或后方。换言之，空气弹簧元件位于横向控制臂旁边，其中“位于横向控制臂旁边”意思是位于横向控制臂的长边区域，横向控制臂在车辆的轮架和子车架或车身之间延伸。

同样，相应地相对于横向控制臂定位空气弹簧元件下端的轮架支撑区域，以便参照车辆行驶方向时安置在支撑区域上且向上朝向车辆的子车架或车身延伸的空气弹簧元件在行驶方向上至少在部分区域设置于横向控制臂的前方或后方。

本发明提供了利用尽可能最短的路径将空气弹簧元件和位于横向控制臂内的附加容积连接在一起，从而获得空气弹簧系统的最佳性能。这是由于在物理上尽可能紧密地将单独的空气容积连接在一起以及通过相应的短连接实现了需要完全避免或至少明显地降低的任何气动阻尼和解耦效果。

为此，空气弹簧元件的容积和横向控制臂的附加容积通过在空气弹簧元件和横向控制臂之间延伸的管路部分流体连通地连接到一起，尤其通过最短路径连接。这容许横向控制臂和空气弹簧元件尽可能地紧密地设置在一起，由此可以形成相应短的管路部分。

为了能够在需要时使用来自横向控制臂的可用附加容积以及能够在不需要时再使其分离，可以将空气弹簧元件和横向控制臂的附加容积之间的连接配置为按照要求启用和禁用。

为此，将空气弹簧元件和横向控制臂的附加容积流体连通地连接在一起的管路部分具有合适的阀单元。所述管路部分的阀单元配置为至少部分地打开和/或关闭管路部分。以这种方式，取决于阀单元的开关位置，可以根据需要完全或至少部分地使用或分离横向控制臂的附加容积。

关于横向控制臂到轮架和车辆的子车架和/或车身的连接，可以想到多种配置。在根据本发明的单独车轮悬架的一优选的改进中，横向控制臂在车轮侧例如可以具有两个隔开的腿状部。这里的“在车轮侧”意思是在横向控制臂面向轮架的区域。因此，两个腿状部在它们的自由端可以具有连接装置，横向控制臂和轮架可以通过连接装置相对彼此可枢转地连接到一起。由于连接装置相互隔开，因此在轮架和横向控制臂之间限定了单个转动轴线，轮架和横向控制臂围绕该单个转动轴线相对于彼此枢转。而且以这种方式形成转动轴线可以在轮架和横向控制臂之间形成非常耐久和坚固的连接。

在横向控制臂背向轮架的一端，相应地位于车辆侧，它也可以具有两个连接装置，在单独车轮悬架的安装状态，横向控制臂通过该连接装置可枢转地连接到车辆的子车架和/或车身。为了这种形式的连接配置，也可以应用上述说明的可行的车轮侧配置。

而且，可以认为如果横向控制臂的潜在设计具有梯形连杆臂或叉形杆的形式是尤其有利。由于由此自然可用的横向控制臂的四个或三个弯角，这些有利地用于连接横向控制臂。换言之，所述弯角可以各用于提供连接装置，横向控制臂可以通过该连接装置枢转地连接到轮架和车辆的子车架和/或车身。所提出的横向控制臂的潜在形式也可以产生它的十分稳固的设计，尤其涉及车辆行驶的潜在方向以及垂直于该方向延伸的横向方向。

当前提出的根据本发明的单独车轮悬架容许用于单独车轮悬架的空气弹簧元件的附加容积十分紧凑的集成。由于同样需要附加构造空间的附加容积在单独车轮悬架的横向控制臂内的重新定位以及由于空气弹簧元件的设置，实现了具有空气弹簧系统的单独车轮悬架的单独部件的整体明显提升的物理集成。

而且，本发明针对车桥。该车桥优选以车辆后桥的形式。在任何情况下，车桥具有两个单独车轮悬架，该单独车轮悬架尤其优选地可以各是如上所述的根据本发明的单独车轮悬架。

此处每个单独车轮悬架包含空气弹簧元件和为驱动轮的转动安装所设置的轮架以及横向控制臂。相关轮架可以通过两个横向控制臂可枢转地连接到车辆的子车架和/或车身。而且，提供至少一个用于压缩空气的附加容积，该附加容积与单独车轮悬架的两个空气弹簧元件中的至少一个流体连通地连接。根据本发明，当前的附加容积在两个横向控制臂中的一个内形成。而且，两个轮架都具有支撑区域，相关空气弹簧元件通过它的下端安置在支撑区域上。

在上述根据本发明的单独车轮悬架的上下文中已经说明了所产生的有利之处，因此在当前说明书中参考相应说明。这也应用到配备有这样的车辆后桥的车辆中，尤其是机动车辆中。

本发明进一步有利的细节和效果在下面更具体地参考图1中示意性示出的根据本发明的单独车轮悬架的示例性实施例进行说明，该单独车轮悬架作为根据本发明的车辆后桥的部分。

图1以俯视图示出了根据本发明的单独车轮悬架1的示意图。这里的俯视图意思是观察者以从上朝向车辆行驶的地面观察。同时，这里所示的单独车轮悬架1也可以视为根据本发明的车辆后桥的一侧，车辆后桥未更加具体示出。

如所明确的，单独车轮悬架1具有横向控制臂2形式的控制臂，横向控制臂2在安装状态在轮架3和车辆(同样未具体示出)的子车架和/或车身4(未具体示出)之间延伸。与车辆典型的行驶方向x(前进/倒退)相关，横向控制臂2的延伸方向可以表示为横向方向y。

在当前的示例中，横向控制臂2具有大体上梯形的配置。此处，在车轮侧，即，朝向轮架3，控制臂2具有两个相互隔开的腿状部5、6，在每个腿状部的自由端设置有连接装置7、8。两个连接装置7、8可以例如各由球头节或轴承衬形成或包含球头节或轴承衬。两个连接装置7、8限定转动轴线a，轮架3和横向控制臂2围绕转动轴线a相对于彼此枢转。为此，轮架3和横向控制臂2通过两个连接装置7、8连接到一起。

在车辆侧，即，朝向车辆的子车架和/或车身4，横向控制臂2具有另外两个连接装置9、10，横向控制臂2处于单独车轮悬架1的安装状态时通过连接装置9、10可枢转地连接到车辆的子车架和/或车身4。如所看到的，位于相对于图1所描述的底部的横向控制臂2的连接装置8、10处于大致相同的高度，同时位于相对于图1所描述的顶部的横向控制臂2的上连接装置7、9设置为在行驶方向x上彼此偏移。为此，在车辆侧，横向控制臂2具有突出臂11，在突出臂11的自由端设置有位于车辆侧的上连接装置9。

进一步明确的是轮架3具有支撑区域12，空气弹簧元件13安置在支撑区域12上。在当前情况下，由于空气弹簧元件13在垂直于绘图平面向外的竖直方向z上延伸，因此以圆圈表示空气弹簧元件13。由于突出臂11的设置，因此横向控制臂2具有至少部分围绕空气弹簧元件13的拱形形状。换言之，为了形成空气弹簧元件13所需的工作空间，所述拱形形状形成了横向控制臂2的一种类型的切口。同样，轮架3的支撑区域12在车辆的子车架和/或车身4的方向上偏移得如此远以致于其在横向y上位于车轮侧连接装置7、8的转动轴线a后方。相应地，空气弹簧元件13设置在横向控制臂2前方或后方。

横向控制臂2至少在部分区域(未具体示出)具有空心结构，该结构为空气弹簧元件13提供附加容积14。通过短管路部分15实现空气弹簧元件13和附加容积14之间的流体传导连接，短管路部分15为此在横向控制臂2和空气弹簧元件13之间延伸。管路部分15具有阀单元16，通过阀单元16可以至少部分地打开和/或关闭管路部分15。

附图标记列表

1 单独车轮悬架

2 1的横向控制臂

3 1的轮架

4 子车架或车身

5 2的腿状部

6 2的腿状部

7 车轮侧的连接装置

8 车轮侧的连接装置

9 车辆侧的连接装置

10 车辆侧的连接装置

11 2的突出臂

12 3的支撑区域

13 1的空气弹簧元件

14 2中用于13的附加容积

15 2和13之间的管路部分

16 15的阀单元

a 7和8之间的转动轴线

x 行驶方向(前进)

y 横向方向

z 竖直方向