用于悬挂车辆的设备和方法

专利名称：用于悬挂车辆的设备和方法
技术领域：
本申请总的涉及车辆悬架系统，特别针对能够控制车辆侧倾和纵倾的车辆悬架系统。
背景技术：
车辆的悬架确定车辆的行驶特性如侧倾和纵倾。术语“侧倾”是指车身绕车辆纵向轴线的旋转运动。侧倾典型地在转弯时发生。术语“纵倾”是指车身绕车辆横向轴线的旋转运动。纵倾典型地在加速(加速“下坐”)和制动(制动“点头”)时发生。
车辆悬架系统可以分为主动式或被动式。在William F.Milliken和Douglas L.Milliken的参考书“赛车动力学”中已经讨论了悬架系统的很多基本方面，这本书在此全文引用作为参考。
“主动”悬架系统典型地在工作中根据感应到的运行条件调整悬架组件。主动悬架系统相对复杂、相当昂贵或既复杂又昂贵。另一方面，被动悬架系统典型地包括反侧倾杆或横向稳定杆或类似物，它们在工作中不能被调整。被动悬架系统典型地相对简单和便宜。
在被动悬架系统中采用诸如弹簧和反侧倾杆这样的组件来减少转弯侧倾，这样在减少侧倾和行驶平顺性之间有一个折衷。能够增加行驶平顺性的弹簧和减振率通常会抵消传统反侧倾装置的效果。而且，这样的反侧倾装置不能补偿车辆重量分布的变化，而这种变化也会显着影响侧倾特性。
鉴于上述问题和考虑，本发明的一个总的目的是提供一种车辆悬架系统，它克服了前述缺陷同时还提供良好的侧倾和纵倾特性。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种车辆悬架系统，它能提供良好的侧倾和纵倾特性。
根据本发明，提供了一种用于有车身的车辆的悬架。该悬架包括第一车轮组件悬架和第二车轮组件悬架。第一车轮组件悬架在第一车轮组件和车身之间延伸。第一车轮组件悬架包括一个瞬心。第二车轮组件悬架在第二车轮组件和车身之间延伸。第二车轮组件悬架包括一个瞬心。第一车轮组件和第二车轮组件定位调整使得每个车轮组件的垂直中心线都位于在两者之间延伸的垂直平面内。在一种实施方式中，每个车轮组件悬架的瞬心都位于垂直平面内，位于垂直平面内的侧倾中心下方。
根据本发明的另一个方面，用于悬挂有车身的车辆的方法包括以下步骤(1)提供第一车轮组件悬架，它在第一车轮组件和车身之间延伸，其中第一车轮组件悬架包括一个瞬心；(2)提供第二车轮组件悬架，它在第二车轮组件和车身之间延伸，其中第二车轮组件悬架包括一个瞬心；(3)第一车轮组件和第二车轮组件定位调整使得每个车轮组件的垂直中心线都位于在两者之间延伸的垂直平面内；(4)定位第一车轮组件和第二车轮组件，使得每个组件悬架的瞬心都位于垂直平面内，位于垂直平面内的侧倾中心下方。
本发明的一个优点是，通过使用本悬架，能够形成一个相对较高并较稳定的侧倾中心，从而形成所需的稳定的车辆悬架。车辆正常运行时，该相对较高的侧倾中心基本维持在同一位置。
本发明的这些及其它目的、特征和优点可结合附图和下面的详细描述来阐明。


图1是车辆的示意性前视图，图中示出了本悬架。
图2是本悬架所用的支撑臂的示意图。
图3显示了相对平面位置。
图4显示了支撑臂平面在垂直的横向(或“宽度方向”)延伸平面内的关系，该横向延伸平面通过车轮的垂直中心线。
图5显示了相对平面位置。
图6显示了支撑臂平面在纵向延伸平面内的关系，该纵向延伸平面通过车轮的垂直中心线。
图7是车辆的示意性俯视图，图中示出了本悬架的车身安装线相对纵向延伸线的方向。
图8是本悬架的示意性的正视图，图中示出了球节安装件相对于车轮组件的位置。
图9显示了主销轴线和车轮组件的关系，以便能完全理解本悬架的主销轴线可能的位置。
图10是本悬架实施方式的视图，该悬架包括有弹簧组件。
图11是在本发明悬架中应用的弹簧组件实施方式的视图。
图12是在本发明悬架中应用的弹簧组件实施方式的视图。
图13-15显示了前轮之间的阿克曼式转向梯形结构。图13显示了具有完全阿克曼转向的车轮。图14显示了具有“中性”阿克曼转向的车轮(也称为平行取向)，图15显示了具有反向阿克曼转向的车轮。
图16是根据本发明另一种实施方式的悬架系统的立体示意图。
图17是图16中的悬架系统的前示意图。
图18是另一种实施方式的悬架系统的立体示意图。
图19是车轮组件移动时车辆侧倾中心的前示意图。
发明详细描述这里要描述的车辆悬架可广泛用在各种不同的车辆中。该悬架用于独立悬挂的车轮组件。车轮组件可以是驱动轮或者是非驱动轮。从而，悬架可应用在后轮驱动(RWD)车辆、前轮驱动(FWD)车辆和全轮驱动轮车辆(AWD)中。
参见附图1和2，用于车轮组件22的本悬架20、21包括一对支撑臂24、26，支撑臂在车辆车身28和车轮组件22之间延伸。用在这里的术语“车身”或“车辆的车身”的定义包含车架和连接到车架的底盘部件，如金属板部件、纵梁、车门、挡泥板、车身板壳、内部构件、动力传动系统等。在一些车辆中应用了一个副车架与结构部件结合在一起，结构部件与车辆的金属板部件形成一体，替代了传统的全车架。另一些车辆中采用了“单片式车身”类型的底盘，这种底盘不需要单独的车架或副车架。相反，所有的结构部件直接一体形成在车辆的金属板部件上。本发明考虑了各种不同类型的车身并对它们都适用，因此不限于使用上述任何一种车身。
车轮组件22的组件根据汽车的性质(如，RWD，FWD，AWD)会有所不同，在大多数情况下还取决于车轮组件在车辆中的位置。车轮组件22的组件通常可以描述成包括心轴30和轮子(也可以称为轮胎)32。心轴30包括上球节34和下球节36。后悬架典型地不包括传统球节，而是包括枢轴安装件，如衬套等。在此为了描述简单，除非特别说明，术语“球节”在这里是指将支撑臂24、26连接到心轴30的任意类型的枢轴连接，包括但不限于传统的球节、半球节、衬套等等。车轮32以本领域众所周知的方式可旋转地安装到心轴30上。
参照附图2，每个支撑臂24、26都包括球节安装件38(也可以称为车轮组件安装件)、第一车身安装件40、第一组件42、第二车身安装件44和第二组件46。第一组件42在球节安装件38和第一车身安装件40之间延伸。第二组件46在球节安装件38和第二车身安装件44之间延伸。一些实施方式中还进一步包括一个或多个横向组件48，该组件在第一和第二组件42、46之间延伸，以增强支撑臂24、26的刚性和/或为其它悬架组件(如弹簧、减振器等)提供固定点。车身28在第一和第二车身安装件处枢轴地固定到支撑臂24、26上。在一些实施方式中，一个或两个车身安装件40、44包括柔性衬套，除了绕车身安装件40、44之间延伸的旋转轴的旋转运动以外该衬套还提供了有限量的运动。球节38和在每个支撑臂24、26上的车身安装件40、44确定了一个平面。第一和第二组件42、46(以及横向元件48，如果有的话)不必位于支撑臂24、26的平面内，它们是支撑臂的一部分，虽然运用在一些车辆中时它们可以位于该平面内。第一和第二组件42、46(以及横向组件(们)48)的具体几何形状将适应以后的应用情况变化。
参照附图1和3，在车辆的车身28和车轮组件22之间延伸的这对支撑臂24、26布置成与车身28和车轮组件22面对面，使得其中一个支撑臂24在下球节36和一对上车身安装件连接点50之间延伸，另一个支撑臂26在上球节34和一对下车身安装件连接点52之间延伸。当车轮32与地面接触或与地面接近时，这对上车身安装件连接点50位于这对下车身安装件连接点52的垂直上方，虽然不必在同一垂直延伸平面内。其中一个支撑臂24、26的组件42、46被容纳在另一个支撑臂26、24的组件42、46之间。因此，可以这样来描述支撑臂24、26，即相互交叉成“X”形布置，通常彼此不接触。
上面描述的支撑臂24、26代表了本发明的一种较佳的实施方式，但不代表支撑臂24、26所有可能的实施方式。在一个可替代的实施方式中，一个或两个支撑臂24、26被替换成独立的连杆，连杆沿着与上述支撑臂24、26相同的路径延伸，例如一对独立的连杆，各自在一端有一个球节38，在另一端有一个车身安装件40、44。一个或两个支撑臂24、26也可以用非独立的连杆代替。
附图4表示了一种对称的悬架布置，它包括用于一对车轮组件22的一对车轮组件悬架20、21，每个车轮组件位于车身28的一侧，正如附图1所示。附图4是沿着垂直平面54表示的，该平面通过两个车轮组件22的垂直中心线。附图5以透视图的方式表示出了该平面54以更好的说明平面54相对于车轮组件22的位置。附图4还表示出了形成在每个支撑臂平面和垂直平面54相交处的线58、60。值得注意的是从这样的平面54来看，支撑臂平面相交线58、60在每个悬架20、21内相互交叉。线58、60的相交点62、63被定义为悬架20、21在正视图的瞬心(IC)。附图4还表示出了一对线64、66，它们在车身28的侧倾中心68处相交。一条线64通过轮胎地面接触块70的中心和在车身28一侧的IC62。另一条线66通过轮胎地面接触块71的中心和在车身28的相对一侧的IC63。
侧倾中心68相对于车身28重心的垂直位置非常重要，因为它影响车辆的侧倾。通过改变在车辆一侧或两侧的支撑臂24、26的相对位置可以调整侧倾中心28的位置，从而改变IC62、63的位置，因为它是由支撑臂24、26的平面确定的。本悬架提供了这样一个优点，即使用这样一对悬架可以形成一个相对较高并较稳定的侧倾中心68，也就是说在预计的车辆运动期间，一个相对较高的侧倾中心能够维持在大致同一位置。
还应当注意到图4所示的侧倾中心与车身28的垂直中心线72相交。侧倾中心68与中心线72相交是因为在车身28每侧的悬架是相互对称的。在有些情况下将悬架作成非对称的更有利，这样可以造成侧倾中心68位于车辆中心线72的一侧。此外，在某种载荷或车身运动的情况下，侧倾中心68可以移向车辆中心线72的任一侧。
参照附图6，用于悬架20、21的支撑臂平面的方向相对于其它悬架参数也有重要含义，如反-点头、反-下坐和反-抬头，即在车辆前后方向上的悬架特性(也被称作“纵倾”)。附图6示意性的表示了车轮组件22的侧视图。该图是沿着纵向垂直平面74、76表示的，该平面通过了在车身一侧的车轮32的中心线(参见图3)。在附图6中，车轮32的轮廓虚拟表示以确定图中其它组件的位置。支撑臂平面和平面74、76相交形成的线78、80说明在该实施方式中支撑臂平面与水平面82(参见图3)不平行，其中平面74、76通过在车身28一侧的车轮32的中心线。线78、80能够延伸到收敛点84，该收敛点是在侧视图中悬架20、21的瞬心。
线86和水平延伸的线88形成一个角度β，其中线86在侧视图中的IC84和轮胎在地面上的胎面接触块70、71的中心之间延伸，线88通过宽度方向平面54，宽度方向平面延伸通过车轮32的中心线。角度β的正切函数直接关系到所研究的车轮组件22的反-点头、反-抬头或反-下坐参数。增加或减小角度β的大小可以调整反-点头、反-下坐或反-抬头参数以适于应用。本悬架20、21便于收敛点84垂直和水平方向上定位，从而使得对不同的车辆能够采用不同的有利的β角度。也可以从侧视摆臂(svsa)的高度和长度方面来描述收敛点84的定位。svsa高度要幺代表1)与车轮接地点成直线的水平线88和IC84的垂直距离之差；或者代表2)通过车轮组件中心线的水平面和IC84的垂直距离之差。哪一个svsa高度才合适要取决于车轮组件的位置，取决于车轮组件是否是被驱动轮，等等。所用的确定方法是已知的，因此在此不再进一步讨论。Svsa长度是车轮组件垂直中心线和IC之间的距离。
参照附图7，每个支撑臂24、26的车身安装线90、92、94、96也可以从纵向延伸的垂直轴98偏斜一个角度。车身安装线90、92、94、96定义为这样一条线，即它在支撑臂24、26的两个车身安装件40、44之间延伸。附图7在水平面内示意性地表示出车辆的车轮悬架20、21以说明角度γ，该角度在每个悬架20、21的车身90、92、94、96和与轴98平行的纵向线之间延伸。图7所示的悬架20、21都以角度δ偏斜。具体的偏斜程度根据以后的应用情况变化，悬架20、21之间不必相同；例如，前后轮悬架20、21有不同的偏斜角度，或者左右的悬架由不同的偏斜角度。本悬架从纵向轴98偏斜的性能使得它能够很好地适用于不同的车辆。
参照附图8，在本悬架内支撑臂24、26交叉的方位便于球节安装件34、36相对于车轮定位。传统地，车轮组件22的心轴30绕一个实心轴枢轴旋转，该轴已知被称作“主销”。后来改进成用球节替代主销。但是，两个枢轴点34、36之间的线100仍然用来表示主销轴线(或车轮组件安装线)。从附图8可以看出，主销轴线100通过支撑臂24、26的球节安装件34、36，主销轴线相对于车轮32的垂直中心线(如图3图示位于平面74、76内)形成一个角度λ。
在一些情况下，主销轴线100可以平行于车轮32的垂直中心线74、76(零度角-0°)。在另外一些情况下，主销轴线100和垂直中心线74、76之间的角度大于零，这样主销轴线100可以描述成向着(或远离)垂直中心线74、76延伸。主销轴线100相对于垂直中心线74、76的角度和主销轴线100与垂直中心线74、76相交的位置都很重要，因为它们相对于车轮32的主销偏置距和心轴30的长度都有影响。在本悬架内支撑臂24、26交叉的方位使得每个支撑臂24、26的球节安装件38被定位在相对靠近车轮32的垂直中心线74、76的地方。
参照附图9，在本悬架20、21内支撑臂24、26交叉的方位为面对后倾角的球节安装件38和主销轴线轨迹提供了良好的定位能力。后倾角102是指在车轮32的侧视图中主销轴线100相对于车轮组件22(或车轮32)的垂直中心线56的角度。轨迹104是指车轮32的垂直中心线56和相交点106之间的距离，相交点是主销轴线100与包含车轮32的胎面接触块70、71的水平面106之间的相交点。
参照附图10-12，本悬架20、21应用了弹簧组件108，弹簧组件在其中一个支撑臂24、26(或心轴30)和车身28之间延伸，并且枢轴连接到它们上。附图10表示了连接到支撑臂24上的弹簧组件108，该支撑臂枢轴连接到下球节36，但在一个可替换的实施方式中弹簧组件108可以连接到另一个支撑臂26。在一个实施方式中，弹簧组件108是一个套在减振器上的螺旋弹簧，它包括一个承载弹簧和一个减振器。螺旋弹簧的安装也可以和减振器的安装独立开来。此外，扭杆弹簧也可以和螺旋弹簧一起使用或代替它使用。弹簧组件108这样安装，当车轮在正常的行驶高度时，组件偏离垂直方向一个大约十五度的角度φ。在该方式下，用本悬架20、21的几何关系来偏斜弹簧组件108会产生一个良好的车轮荷载率特性。特别是，随着车轮向上移动，即朝着车身28的方向移动，车轮荷载率减小。这是因为随着弹簧组件108的下连接点110随车轮32向上旋转，而弹簧组件108绕其上述轴点112枢轴旋转，通过弹簧组件108传递来的力的垂直分量减小。在有些情况下，用了不只一个弹簧组件，它们都在车身28和其中一个支撑臂24、26之间以上述相同方式延伸。增加的弹簧组件108可以含也可以不含减振器。
参照附图11，在一些实施方式中，弹簧组件108包括一个置于减振器120内的回跳弹簧130，它在减振器活塞134的活塞杆端132和减振器外壳136之间起作用。回跳弹簧130没有连接到活塞134，因此只对活塞杆的一部分在减振器外壳136内移动超过预定接触点138时起压缩作用。在车轮组件22(从而悬架20、21)移动导致弹簧组件108延伸超过接触点138(即，低于“正常行驶高度”)，回跳弹簧130压缩并由此抵抗悬架20、21和连接的车轮组件22的移动。在有些情况下车轮组件移动导致弹簧组件108在接触点138上方(即，高于正常行驶高度)压缩，回跳弹簧130不工作，从而不会对悬架20、21的移动和连接的车轮组件22的移动产生影响。
参照附图12，在另一个实施方式中，弹簧组件108包括中心轴114、第一弹簧116、第二弹簧118。弹簧组件108进一步包括一个附加的运动阻尼器120。中心轴114容纳在第一和第二弹簧116、118内，运动阻尼器120连接到中心轴114。可采用的运动包括，但不限于，气体或液体减振器。第一弹簧116在第一末端弹簧凸缘122和中心弹簧凸缘124之间延伸。第一末端弹簧凸缘122要幺固定到中心轴114上要幺被连接到中心轴114的第一止挡限制行程。无论哪种情况下，第一止挡都避免了第一末端弹簧凸缘122朝着弹簧组件108的邻近端126作更多的移动。第二弹簧118在中心弹簧凸缘124和第二末端弹簧凸缘128之间延伸。连接到运动阻尼器120的外壳体的第二止挡(或者同样固定的其它组件)限制了中心弹簧凸缘124的移动从而限制了第二弹簧118在朝着第一弹簧116方向上的移动。附图11所示的弹簧组件108表示出了围绕在运动阻尼器120周围的第二弹簧118。
在未安装的情况下(或者车辆被抬升，允许车轮组件22延伸到其最大伸展状态)，第一弹簧116最好只是稍微被加载，它在第一末端弹簧凸缘122和中心弹簧凸缘124之间起作用。第二弹簧118最好预加载一定量成压缩状态以适合以后的应用情况，第二弹簧在第二末端弹簧凸缘128和中心弹簧凸缘124之间起作用。当弹簧组件108被加载时，只有第一弹簧116被压缩直到第一弹簧116提供的力等于或超过第二弹簧118最初的预载力。当只有第一弹簧116被压缩时，弹簧组件108所起的作用就如同只存在第一弹簧116一样，也就是一个单弹簧系统。当第一弹簧的力超过第二弹簧118最初的预载力，每个弹簧116、118的力将相等并且每个弹簧将压缩相同的量。任一个弹簧116、118将压缩的量取决于具体弹簧的弹簧刚度。在这些情况下，弹簧组件108所起的作用如同它是一个弹簧116、118串联工作的双弹簧系统。同样地，中心弹簧凸缘124可以被描述成浮动在第一和第二弹簧116、118之间。例如，如果第一和第二弹簧116、118是同样的四百磅弹簧，弹簧组件108最初如同单个四百磅弹簧系统一样工作。但是，当第一弹簧116的力等于第二弹簧118时，弹簧组件108就会象两个串联弹簧系统一样开始工作。其结果是，以串联方式工作的第一和第二弹簧116、118的有效弹力大致等于其中一个弹簧单独工作时的一半，也就是二百磅。
弹簧组件108起到了车身28和悬架支撑臂24、26之间载荷通路的作用，最终是充当了车身该28和车轮32之间的载荷通路，因为四个车轮32支撑了整个车辆的重量。弹簧组件108可以安装在多个位置，但最好以这样的方式安装，即弹簧组件108的中心线偏离垂直延伸线一个角度φ，正如上文所述的那样。弹簧组件108的连接点和车身安装件40、44的相对位置以及弹簧组件108将连接的支撑臂24、26的球节安装件38将确定车轮组件22可能运动的准确路径。本悬架支撑臂24、26的几何形状、弹簧组件108相对于支撑臂24、26和垂直平面的定位、以及弹簧组件108的双弹簧特性使得弹簧组件108能够在弹簧组件108受到压缩越过平衡点时，给车轮组件22，并因此给接地的车轮32提供一个递减的荷载率。
参照附图12-14，众所周知，使用阿克曼梯形结构来解释沿转弯内半径轨迹的车轮32(示意性表示)和沿外半径轨迹的车轮32之间转弯半径的差别。转弯能对车身产生抬升力也是众所周知的。当转向盘转动时前悬架产生的阿克曼(the amount of Ackermann)大小能够用来抵消转弯时在车身28上产生的抬升力。例如，增加阿克曼能够反-抬头。由于支撑臂相对于车身28的定位，本车轮组件悬架20、21的支撑臂24、26便于产生阿克曼。
虽然本发明是就其具体实施方式
来表示和描述的，但是本领域技术人员应当理解在不被力本发明精神和范围的情况下形式和细节可以作出各种变化。例如，附图1示意性地表示了车辆的前视图，其具有以对本悬架20、21。该悬架的支撑臂24、26是对称的并且没有越过车辆的中心线。在可替换的实施方式中，一个或两个悬架的支撑臂24、26可以越过中心线72，并且可能相互交叉。延伸的支撑臂24、26能够为车轮组件22提供外倾特性。
如前文讨论的那样，根据本发明的悬架的几何关系的一个重要方面是形成一个高的侧倾中心，该中心在车轮在行走过程中移动时表现出最小的移动量。悬架系统的支撑臂或控制臂的方位确定了车辆的侧倾中心。当车轮在行走过程中上下移动时控制臂控制大部分外倾变化。很容易理解各种已知的弹簧和减振器以元件都可以有选择地连接到悬架系统的一个或两个控制臂上，而不背离本发明较宽的范围。
本发明另一个重要的方面是侧倾中心不是由转向连杆确定的。转向连杆在车轮在行走过程中上下移动时仅仅参与控制大部分前束变化。本发明悬架系统的几何关系同样可以与任何转向系统/连杆结合，典型的是那些用在已知车辆前部或后部的转向系统/连杆。
在本领域已知在转弯过程或中高侧倾中心悬架表现出减小的车辆侧倾，本发明也促进了反-点头、反-抬头和反-下坐的动力学特性。本发明悬架系统如果用在车辆的前轮组件上，其反-点头的动力学特性用来减少制动时车辆前部的下降。本发明悬架系统如果用在车辆的后轮组件上，其反-抬头的动力学特性用来减少制动时后部的上升。本发明悬架系统如果用在车辆的后轮组件上，其反-下坐的动力学特性用来减少加速时车辆后部的下降。
附图16表示了本发明另一个实施方式的悬架系统300的等体积简图。如图1所示，横向、垂直的平面302通过车轮组件304的中心线，通过车轮组件304的中心C，大致垂直于车身306的纵向轴线X，该轴线在附图16中用虚线示意性表示。车轮组件304借助于轴承或类似物旋转，轴承位于已知的心轴/转向节组件310内部。
心轴/转向节组件310在附图16中示意性地表示，在不背离本发明较宽范围的情况下可以采取不同的形状和结构。典型的应用情况中，心轴/转向节组件310可以包括一个用于未示出的转向连杆连接点，在“前轮转向”车辆的情况下，该连接点比控制臂在心轴/转向节组件310上的连接点更向前。在“后轮转向”车辆的情况下，转向连杆连接点比控制臂连接点更向后。为清楚起见，转向连杆在心轴/转向节组件310上的连接点未示出。
如图16所示，悬架系统300包括连接到心轴/转向节组件310上的上控制臂312，它位于车轮组件304的垂直上方。在一个较佳的实施方式中，上控制臂312是一个单一的、两限制度的元件，例如“A形臂”。在这样的实施方式中，上控制臂312有两个在车身306上的车辆连接点314以及一个在心轴/转向节组件304上的车轮组件连接点316。正如本领域可以理解的那样，限制度是指在心轴/转向节处由元件/控制臂控制的自由度有多少。很容易理解，车辆连接点314和车轮组件连接点316被固定用于旋转运动。
根据本发明，上控制臂312不必采取如图16所示的A形框架的形式。可替代地，上控制臂312可以由两个分开的控制臂组成，每一个具有单一的限制度。在这个可替代的实施方式中，两个分开的上控制臂中每一个都具有一个在车身306上的连接点和一个在心轴/转向节组件310上的连接点，控制臂在车轮组件304的中心C的垂直上方。
而且，上控制臂312还可以由具有单一限制度的单控制臂组成。单控制臂具有一个在车身306上的连接点和一个在心轴/转向节组件304上的连接点，该控制臂在车轮组件304的中心C的垂直上方。该实施方式需要纵向定位的、非转向元件，该元件具有单自由度以及一个在车身306上的连接点和一个在心轴/转向节组件304上的连接点，该元件在上控制臂312在心轴/转向节组件310上的连接点和下控制臂318在心轴/转向节组件310上的连接点之间垂直定向，正如下文将要讨论的那样。
仍然参照附图16，悬架系统300包括下控制臂318，它连接到心轴/转向节318，定位于车轮组件304的垂直下方。在一个较佳的实施方式中，下控制臂318是一个单一的、两限制度的元件，例如“A形臂”。在这样的实施方式中，下控制臂318有两个在车身306上的车辆连接点320以及一个在心轴/转向节组件304上的车轮组件连接点322。很容易理解，车辆连接点320和车轮组件连接点322被固定用于旋转运动。
根据本发明，下控制臂318不必采取如图16所示的A形框架的形式。可替代地，下控制臂318可以由两个分开的控制臂组成，每一个具有单一的限制度。在这个可替代的实施方式中，两个分开的下控制臂中每一个都具有一个在车身306上的连接点和一个在心轴/转向节组件304上的连接点，控制臂在车轮组件304的中心C的垂直下方。
而且，下控制臂318还可以由具有单一限制度的单控制臂组成。单控制臂具有一个在车身306上的连接点和一个在心轴/转向节组件304上的连接点，该控制臂在车轮组件304的中心C的垂直下方。该实施方式需要纵向定位的、非转向元件，该元件具有单自由度以及一个在车身306上的连接点和一个在心轴/转向节组件304上的连接点，该元件在上控制臂312在心轴/转向节组件310上的连接点和下控制臂318在心轴/转向节组件310上的连接点之间垂直定向。
参照附图17，表示了附图16的悬架系统300的前视图，它包括车轮组件304和与车轮组件304接触的地面324。如图17所示，确定了上控制臂线段326、下控制臂线段328。附图17还表示出，根据本发明的一个较佳的实施方式，上控制臂线段326比下控制臂线段328短。
附图17所示的线段326和328由横向平面302与上控制臂312、下控制臂318确定的平面相交形成。特别地，上线段326由横向平面302与连接点314、316确定的平面相交形成，连接点314、316是附图16所示的A形上控制臂312的连接点。同样地，下线段328由横向平面302与连接点320、322确定的平面相交形成，连接点320、322是附图16所示的A形下控制臂318的连接点。
在一个可替代的实施方式中，上控制臂312包括两个分开的控制臂，如前文讨论的那样，上线段326由横向平面302和另一个平面相交形成，该平面由每个上控制臂在车身306上的连接点314、将每个上控制臂的上连接点连接到心轴/转向节销组件304的连接线段的中点338确定，如图18所示。同样，下线段328由横向平面302和另一个平面相交形成，该平面由每个下控制臂在车身306上的连接点320、将每个下控制臂的下连接点连接到心轴/转向节销组件304的连接线段的中点340确定，也如图18所示。
在本发明悬架系统的另一个可替代的实施方式中，上控制臂312由单控制臂形成，上线段326由横向平面302与单一上控制臂的平面相交形成，单一上控制臂的平面与车辆纵向轴线平行并且通过由大致横向的单一、上控制臂的终点形成的线。同样，当下控制臂312由单控制臂形成，下线段328由横向平面302与单一下控制臂的平面相交形成，单一下控制臂的平面与车辆纵向轴线平行并且通过由大致横向的单一下控制臂的终点形成的线。
该实施方式需要纵向定位的、非转向元件，该元件具有单自由度以及一个在车身306上的连接点和一个在心轴/转向节组件304上的连接点，该元件在上控制臂312在心轴/转向节组件310上的连接点和下控制臂318在心轴/转向节组件310上的连接点之间垂直定向。
现在已经解释了线段326和328的形成，下面将讨论这些线段的终点如何确定。如图17所示，上线段326包括上部第一端点330。从车辆前面来看，上控制臂线段326的上部第一端点330由上控制臂在心轴/转向节304上的连接点316投影到横向平面302上形成。同样，从车辆前面来看，下控制臂线段328的第一端点332由下控制臂在心轴/转向节304上的连接点332投影到横向平面302上形成。
如图17所示，上控制臂线段326的上部第二端点334由横向平面302和一条延伸经过车辆连接点314的线相交形成，如图16所示。上部第二端点334的确定对于由一个A形臂形成的上控制臂312或者由两个分开的控制臂形成的上控制臂312都适用。可替代地，在上控制臂312由单控制臂形成的实施方式中，从车辆前面来看，上部第二端点334由单控制臂的车辆连接点投影到横向平面302形成。
同样，下控制臂线段328的下部第二端点336由横向平面302和一条延伸经过车辆连接点320的线相交形成，如图16所示。上部第二端点334的确定对于由一个A形臂形成的下控制臂318或者由两个分开的控制臂形成的上控制臂312都适用。可替代地，在下控制臂318由单控制臂形成的实施方式中，从车辆前面来看，下部第二端点336由单控制臂的车辆连接点投影到横向平面302形成。
根据本发明的另一个重要方面，上线段334的延伸段340这样定位，使其与下线段328在悬架系统300的瞬心I相交。也就是说，本发明的一个重要方面在于确认上线段326和下线段328不必事实上相互交叉重叠，只要上控制臂312和下控制臂318以这样的方式布置，即线段326和328的延伸部在悬架系统300的瞬心I相交。
半发明的另一个重要方面在于确保车辆306的侧倾中心位于每个车轮组件的瞬心行驶高度以上，还确保每个车轮组件的瞬心定位在车辆纵向中心线的同一侧，每个车轮组件也同样。
现在将结合附图19解释悬架系统300的工作过程。如图19所示，从车辆306前面来看，车轮组件304相对于车辆306的中心线L和车身306的侧倾力中心342表示。随着车轮组件304向上移动，瞬心(10)向上移动。随着车轮/轮胎(2)向下移动，瞬心I将向下移动。当车轮组件304相对于车身306在正常的运转位置时，这样当车辆306在平滑公路上直行，一条线与车辆306的中心线L在侧倾力中心342处相交，这条线通过“行驶高度”轮胎-地面接触块的中心344和悬架系统300的瞬心I。当车轮组件304在悬架系统300允许的前提下尽可能地低于车身306时，一条线与车辆306的中心线L相交于侧倾力中心342，该线通过“完全回弹”轮胎地面接触块的中心346和悬架系统300的瞬心I。类似地，当车轮组件304在悬架系统300允许的前提下尽可能地高于车身306时，一条线也与车辆306的中心线L相交于侧倾力中心342，该线通过“完全震跳”的轮胎地面接触块的中心348和悬架系统300的瞬心I。
正如在本领域已知的那样，可将线从轮胎地面接触块的中心投影通过瞬心的前视图来确定车辆的侧倾中心。因此，如图19所示，本发明的一个重要方面是当车轮组件304沿其路径从完全震跳或振动的位置移动到完全回弹位置时，侧倾力中心342的位置基本上保持不变。另外，通过结合图16-18讨论的方式来配置上、下控制臂312和318，本发明可以保证，从轮胎地面接触块的中心出发经过瞬心I的前视图的线会为车辆306产生基本上相同的侧倾中心，从而降低了车辆的侧倾，并同时产生反-点头、反-抬头和反-下坐的动力学特性。容易理解的是，悬架系统300可以用于车辆的前车轮组件、后车轮组件或前后车轮组件。另外，结合图1-19讨论的悬架系统也可用于非-轮式车辆，例如但并不限于履带式车辆，而不会背离本发明的较宽范围。
权利要求
1.一种用于车辆的悬架，该车辆的车身有车辆侧倾中心，该悬架包括第一悬架组件，它在第一车轮组件和车身之间延伸，其中第一悬架组件确定瞬心(instant center)；第二悬架组件，它在第二车轮组件和车身之间延伸，其中第二悬架组件确定瞬心；其中第一悬架组件和第二悬架组件定位调整使得每个车轮组件的垂直中心线都位于在两者之间延伸的垂直平面内；其中每个车轮组件悬架的瞬心都位于该垂直平面内，位于垂直平面内的所述侧倾中心下方。
2.一种用于车辆的悬架，该车辆有车身，该悬架包括第一控制臂，它在车轮组件和所述车身之间延伸，其中所述第一控制臂确定第一悬架平面；第二控制臂，它在所述车轮组件和所述车身之间延伸，其中所述第二控制臂确定第二悬架平面；垂直平面，它延伸通过所述车轮组件的垂直中心线；其中所述垂直平面和所述第一悬架平面相交确定第一条线，所述垂直平面和所述第二悬架平面相交确定第二条线，所述第一条线和所述第二条线相交于瞬心，该瞬心位于所述车辆的侧倾中心下方；以及其中当从所述车辆的前后方向之一观察所述第一车轮组件时，所述第一控制臂和所述第二控制臂不相交叉。
3.一种用于车辆的悬架系统，所述悬架系统包括第一悬架臂，它有两个限制度，可旋转地固定在车轮组件和所述车身之间，其中所述第一悬架臂确定第一悬架平面；第二悬架臂，它有两个限制度，可旋转地固定在所述车轮组件和所述车身之间，其中所述第二悬架臂确定第二悬架平面；垂直平面，它延伸通过所述车轮组件的垂直中心线；其中所述垂直平面和所述第一悬架平面相交确定第一条线，所述垂直平面和所述第二悬架平面相交确定第二条线，所述第一条线和所述第二条线相交于瞬心，该瞬心位于所述车辆的侧倾中心下方；以及其中所述第一悬架臂比所述第二悬架臂短。
全文摘要
一种用于有车身的车辆的悬架，该悬架包括第一车轮组件悬架，该第一车轮组件悬架在车轮组件和车身之间延伸并确定第一悬架平面。悬架还包括第二车轮组件悬架，该第二车轮组件悬架在车轮组件和车身之间延伸并确定第二悬架平面。一个垂直平面延伸通过车轮组件的垂直中心线，该垂直平面和第一悬架平面相交确定第一条线。该垂直平面和第二悬架平面也相交确定第二条线。第一条线和第二条线相交于瞬心，该瞬心位于车辆的侧倾中心下方。当从车辆的前方或后方观察第一车轮组件时，第一车轮组件悬架和第二车轮组件悬架不相交叉。
文档编号B60G3/26GK1697739SQ200480000430
公开日2005年11月16日 申请日期2004年5月25日 优先权日2003年10月1日
发明者J·T·瓦格纳, A·尤特科威茨 申请人:瓦格纳工程有限责任公司