ПОДВЕСКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
SUSPENSION OF TRANSPORT FACILITY

2420-176396RU/050
Настоящее изобретение относится к подвеске транспортного средства, включающей упругие оси, обеспечивающие определенные реакции колеса в ответ на различные прилагаемые нагрузки.
Согласно одному объекту, настоящее изобретение относится к податливой системе для основной подвески транспортного средства. Система, среди прочего, содержит:
- опорный кронштейн, выполненный с возможностью удерживания основной подвеской,
- стойку ступицы, прикрепленную к опорному кронштейну посредством податливого соединения, причем стойка ступицы выполнена с возможностью удерживания ступицы колеса,
- по меньшей мере, один упругий элемент, соединяющий стойку ступицы и опорный кронштейн. По меньшей мере, один упругий элемент устроен таким образом, что стойка ступицы притянута в заданное положение относительно опорного кронштейна,
- опорные элементы, по меньшей мере, частично соединяющие в точках соединения опорный кронштейн и стойку ступицы и образующие часть податливого соединения между стойкой ступицы и опорным кронштейном. Опорные элементы выполнены с возможностью обеспечения системы первым сопротивлением перемещению в первом направлении и вторым сопротивлением перемещению в направлении по нормали к первому направлению, при этом теоретические оси, определенные первыми направлениями, сходятся или встречаются в виртуальной фокальной точке или области, лежащей вне границ, определенных колесом, установленным на ступице колеса. Второе сопротивление перемещению, обеспечиваемое опорными элементами в направлении по нормали к первым направлениям, таково, что точки соединения на стойке ступицы могут перемещаться в пределах ограничения в направлении по нормали или ортогонально к первым направлениям относительно опорного кронштейна, при этом первое сопротивление перемещению в первых направлениях определено жесткостью опорных элементов в первых направлениях.
Уровень техники
За 120 лет существования автомобилей их системы подвески значительно эволюционировали. Это развитие направлялось прежде всего непрерывно развивающимся пониманием влияния, оказываемого подвеской на поведение транспортного средства, и, следовательно, свойств, требуемых для подвески для обеспечения транспортного средства благоприятными характеристиками управления.
В современных транспортных средствах система подвески может быть описана как система компонентов, соединяющих ступицу колеса, включая колесо, с конструкцией транспортного средства.
Система подвески современного транспортного средства, в типичном случае, представляет собой рычажную систему, состоящую из жестких несущих нагрузку рычагов, способных поворачиваться вокруг шарнирных соединений, которые обычно выполнены в форме резиновых втулок.
Архитектура подвески может быть категоризирована на архитектуры, которые отличаются их сложностью и, как следствие этого, их стоимостью и рабочими характеристиками.
Примерами общей архитектуры подвески являются стойка МакФерсона, двойные поперечные рычаги, ведущая ось и ось со скручивающейся балкой.
Архитектуры подвески могут далее подразделяться на три главные категории согласно их степени взаимосвязи между левым и правым колесами оси, причем эти категории включают:
- независимую,
- полузависимую и
- зависимую.
В независимой подвеске левое и правое колеса не имеют какого-либо соединения между ними (кроме возможных стабилизаторов поперечной устойчивости, которые, в типичном случае, игнорируются согласно этим определениям) и, таким образом, не влияют на движение друг друга. Независимая подвеска, в типичном случае, применяется спереди и/или сзади на транспортных средствах премиального класса и/или транспортных средствах с улучшенными рабочими характеристиками.
В зависимой системе подвески левая и правая ступицы колес жестко соединены с друг другом. Зависимая система подвески, в типичном случае, применяется спереди и/или сзади на тяжелых грузовиках.
В полузависимой системе подвески левая и правая ступицы колес соединены не жестко. Соединение между левым и правым колесами таково, что получают достаточную жесткость, таким образом, что движение одного колеса существенно влияет на движение противоположного колеса. Такая система подвески может включать так называемую ось со скручивающейся балкой и является самой распространенной архитектурой в этой категории. Полузависимая система подвески и, в частности, ось со скручивающейся балкой, в типичном случае, вследствие экономических соображений, применяется сзади на транспортных средствах малого и среднего класса, в то время как передняя система, в типичном случае, содержит независимую подвеску, например, такую как вышеупомянутая стойка МакФерсона.
Согласно указанному выше, передние системы подвески современных пассажирских автомобилей почти без исключения представляют собой системы независимой подвески (вновь, кроме возможных стабилизаторов поперечной устойчивости), в то время как задние системы подвески имеют тенденцию разделения на независимые системы на более дорогих автомобилях и полузависимые системы на менее дорогих автомобилях.
Современная система подвески имеет различные функции; некоторые очевидны, другие менее очевидны. Ее основными функциями являются:
- конструктивная: передача сил, генерируемых в пятне контакта между шиной и дорогой основной массе транспортного средства,
- управляемость: обеспечение того, что когда колесо подвергается воздействию сил, генерируемых такими явлениями, как торможение, поворот и ускорение, или когда оно подвергается вертикальным смещениям, возникает точное и предопределенное смещение колеса относительно конструкции транспортного средства. Например, во время торможения и поворота необходимо, чтобы колеса поворачивались очень немного в пропорции к силе, генерируемой шиной, для обеспечения поведения транспортного средства, которое обеспечивает комфорт для пассажиров, а также безопасное и устойчивое маневрирование, и
- комфорт: изоляция (предпочтительно) пассажирского салона транспортного средства от неровностей дорожной поверхности, по которой движется транспортное средство.
Характеристики увеличивающего комфорт "фильтра вибрации" различны согласно частоте (например, в зависимости от скорости транспортного средства), амплитуде и направлению внешних воздействий. Главные требования состоят в том, что система подвески должна справляться деформациями или нагрузками, возникающими из-за неровностей поверхности, по которой движется транспортное средство, или деформациями или нагрузками, возникающими в результате изменений скорости и курса:
A. Низкая частота (≅1 Гц), высокая амплитуда (±100 мм) в вертикальном направлении,
B. Средняя частота (≅10 Гц), умеренная амплитуда (5-10 мм), в вертикальном и продольном направлениях, и
C. Высокая частота (>50 Гц), низкая амплитуда (<2 мм) во всех направлениях.
Требование A выдвигается неспециалистами, считающими его единственной функцией системы подвески, и действительно, низкочастотная изоляция по вертикали была основным мотивом для разработки первоначальных систем подвески конных экипажей и т.п.
С существующими большими скоростями движения и высокими требованиями к комфорту системы подвески должны также соответствовать указанным выше требованиям B и C, и является фактом, что эти требования создают серьезную проблему при конструировании подвесок современных пассажирских автомобилей.
Как упомянуто выше, раньше низкочастотная изоляция по вертикали была единственным требованием к подвеске; ведущая ось с простым рычажным механизмом и некоторая форма рессорного подвешивания, а позже демпфирование составляли все, что требовалось.
Позже было осознано, что изменения углов колеса во время вертикального движения колес были важны для управляемости транспортного средства.
В частности, некоторыми из относящихся к делу углов являются:
- угол развала колес, который является углом между, по существу, вертикальной осью колеса и вертикальной осью транспортного средства при взгляде спереди или сзади. Угол развала колес, другими словами, представляет собой отклонение колес от вертикали внутрь или наружу поперек продольной оси транспортных средств. Угол может быть получен из статической геометрии узлов подвески и/или от кинематических и податливых эффектов компонентов подвески, и
- угол схождения, который является угловым положением колеса относительно продольной оси транспортного средства. Угол может быть положительным, то есть передние части колес ближе друг к другу, чем задние части колес (схождение), или отрицательным, то есть задние части колес ближе друг к другу, чем передние части колес (расхождение). Угол может быть получен из статической геометрии компонентов подвески и/или от возможных кинематических и податливых эффектов компонентов подвески.
Увеличенное понимание желательной кинематики колеса потребовало использования более сложных рычажных механизмов для управления колесом, и, в конечном счете, использования отдельных рычажных механизмов для управления каждым колесом, таким образом, что были задуманы системы независимой подвески.
Позже также пришло понимание того, как колесо смещается под нагрузками в горизонтальной плоскости, например, направленными вперед/назад нагрузками во время торможения или ускорения и поперечными нагрузками при повороте и т.д. Конструкторы поняли, что изменения углов колеса в результате смещений колеса, возникающих в результате одной или больше из этих нагрузок, были также важны для управляемости транспортных средств и, следовательно, для комфорта водителя и устойчивости и безопасности транспортного средства.
Это привело к сосредоточению внимания на свойствах податливости рычажного механизма подвески и, как следствие, на жесткости резиновых втулок, обеспечивающих шарнирное движение между рычагами. Наряду с этим пришло понимание, что определенные типы рычажных механизмов были предпочтительны по сравнению с другими для удовлетворения техническим условиям по податливости, теперь применяемым к подвеске.
Позже было оценено значение гибкости в продольном направлении, то есть продольной податливости системы подвески. Теперь известно, что это свойство жизненно важно для способности подвески поглощать удары от бугров и выбоин и обеспечивать хорошую изоляцию шума от дорожной поверхности. Это теперь является фундаментальным требованием к системе подвески, и пока это "открытие" определенно не приводило к разработке новых рычажных механизмов подвески, это в последние годы весьма влияло на выбор производителем автомобилей архитектуры подвески.
В заявке на патент США № 2007/0052192 описана ось, которая с возможностью вращения удерживает колесо, упруго соединенное с продольными рычагами автомобиля через верхнюю точку соединения и первую и вторую нижние точки соединения, где продольные рычаги упруго соединены с корпусом транспортного средства. Первая и вторая нижние точки соединения расположены ниже, чем верхняя точка соединения и взаимно образуют зазор в продольном направлении транспортного средства. Первая и вторая нижние точки соединения имеют упругие элементы, вызывающие сдерживание ступицы колеса во всех направлениях и расположенные таким образом, что главные упругие оси их соответствующих упругих элементов пересекаются в точке, которая находится снаружи в поперечном направлении транспортного средства от точки касания колеса с грунтом. Согласно документу, посредством снабжения системы подвески главными упругими осями, пересекающимися в точке снаружи в поперечном направлении транспортного средства от точки касания колеса с грунтом, увеличивается устойчивость движения транспортного средства без расчета на жесткость упругих элементов, что приводит к увеличению свободы при конструировании упругих элементов.
В заявке на патент США № 2006/082091 описана независимая подвеска колеса, содержащая направляющую стойку колеса, которая установлена на корпусе транспортного средства. Ступица колеса удерживается на стойке несколькими упругими шарнирными опорами. Согласно документу, высокая степень комфорта при езде обеспечивается контролируемым согласованием боковых, продольных и вертикальных сил.
Документ EP 1640249 A1 описывает транспортное средство, имеющее основную подвеску с осью со скручивающейся балкой с поворотной цапфой, которая посредством податливой системы, включающей резиновые блоки, установлена на оси со скручивающейся балкой. Отклонение поворотной цапфы контролируется резиновыми блоками и ограничено в ее крайних положениях пальцами, расположенными в прорезях скольжения. Документ не предлагает создания дополнительной управляемой оси, поскольку упругий механизм представляет собой ось, поперечную оси транспортного средства.
В заявке на патент США № 2004/0160033 описано устройство подвески со скручивающейся балкой, содержащее пару продольных рычагов, отнесенных друг от друга в направлении оси и соединенных их передними концами с корпусом автомобиля и задними концами поддерживающих колеса при помощи кронштейнов, демонстрирующих характеристики податливости относительно продольных рычагов. Скручивающаяся балка проходит вдоль оси и соединяет пару продольных рычагов в соединительных частях. Задние концы пары продольных рычагов соединены с кронштейнами при помощи резиновых подушек, посредством чего устойчивость управления, согласно документу, улучшена.
Патент США № 5685556 описывает систему подвески, содержащую продольный рычаг и шарнир, которые соединены друг с другом первой резиновой втулкой, расположенной спереди и ниже оси, второй резиновой втулкой, расположенной выше оси, и третьей резиновой втулкой, расположенной сзади и ниже оси. Каждая из резиновых втулок имеет такое свойство, что она податливая в направлении ее оси и жесткая в направлении, перпендикулярном оси, для обеспечения продольной податливости. Жесткость первой резиновой втулки в направлении, перпендикулярном ее оси, задана меньшей, чем жесткость третьей резиновой втулки в направлении, перпендикулярном ее оси, для образования схождения внутрь внешнего в повороте колеса. Задние стороны осей второй и третьей резиновых втулок отклонены наружу относительно корпуса транспортного средства, для создания схождения внутрь во время торможения. Таким образом, согласно документу, можно получить высокую продольную податливость и обеспечивать устойчивость при повороте и во время торможения транспортного средства.
Документ EP 1757468 описывает ось, удерживающую колесо, которая упруго соединена с продольными рычагами автомобиля через верхнюю точку соединения и первую и вторую нижние точки соединения. Продольные рычаги упруго соединены с корпусом транспортного средства. Первая и вторая нижние точки соединения расположены ниже, чем верхняя точка соединения и взаимно образуют зазор в продольном направлении транспортного средства. Первая и вторая нижние точки соединения имеют упругие элементы и установлены так, что главные упругие оси их соответствующих упругих элементов пересекаются в точке, которая находится снаружи в поперечном направлении транспортного средства относительно точки касания колеса с грунтом. Таким образом, согласно документу, устойчивость движения может быть увеличена, не полагаясь на жесткость упругих элементов, что приводит к увеличению свободы конструкции упругих элементов.
Документ GB 2270508 А описывает независимую переднюю подвеску для транспортного средства, в которой подвеска каждого колеса, которая включает поперечные рычаги и т.д., установлена полностью на вертикальном подрамнике, который снова установлен на шасси транспортного средства посредством четырех резиновых втулок, все из которых имеют более высокую радиальную жесткость, чем осевая жесткость. Поперечные рычаги с возможностью поворота и неподатливо установлены на подрамнике. Податливость системы подвески исходит от четырех резиновых втулок, соединяющих подрамник с конструкцией транспортного средства. Каждая резиновая втулка обычно представляет собой полую цилиндрическую резиновую втулку, которая жесткая в ее радиальном направлении, но мягкая в ее осевом направлении. Оси максимальной жесткости втулок пересекают друг друга, определяя центр сдвига конструкции, которая находится на грунте. Втулки для подрамника установлены таким образом, что все их оси лежат в продольной/вертикальной плоскости, при этом направление каждой оси является касательным к пятну контакта шины. Таким образом, между рычажным механизмом подвески (и, таким образом, ступицей колеса, поскольку все втулки самого рычажного механизма подвески разработаны жесткими) и шасси транспортного средства создана ось с низкой крутильной жесткостью. Система подвески направлена на образование поперечной оси с низкой крутильной жесткостью ниже центра колеса для повышения комфорта. Однако документ не предлагает вертикальную ось, вокруг которой колесо может двигаться для улучшения характеристик схождения/расхождения.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение направлено на улучшение общих рабочих характеристик систем подвески транспортного средства, одновременно уменьшая требования по объему, а также стоимости сегодняшних систем подвески транспортного средства. Кроме того, настоящее изобретение направлено на получение системы подвески транспортного средства, которая, по сравнению с существующими системами подвески премиального класса, содержит существенно меньше передающих нагрузку рычагов и т.д.
До сих пор на предшествующем уровне техники не описана простая и все же надежная и недорогая система подвески транспортного средства, которая безопасным и надежным образом, по существу не увеличивая вес и/или количество деталей системы, обеспечивает получение недорогой системы подвески со свойствами, сопоставимыми со свойствами систем подвески более дорогих транспортных средств или транспортных средств высшего класса.
Согласно изобретению, получена податливая система согласно вводной части этого описания и, в частности, посредством конфигурирования податливой системы таким образом, что опорные элементы допускают перемещение стойки ступицы относительно опорного кронштейна в направлениях, касательных к точке, находящейся вне границ колеса, установленного на ступице колеса. Эта конфигурация позволяет опорным элементам создавать виртуальный шаровой шарнир между стойкой ступицы и опорным кронштейном, который является центром схождения трех первых направлений таким образом, что получена изобретательская и экономически привлекательная система подвески транспортного средства, которая нацелена на вышеупомянутые недостатки предшествующих систем подвески.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, второе сопротивление движению, обеспечиваемое опорными элементами при движении стойки ступицы относительно опорного кронштейна и в пределах ограничения или в пределах небесконечной области, фактически неизменно независимо от положения стоек ступиц относительно опорного кронштейна.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, оси, определенные первыми направлениями, ориентированы таким образом, что оси или их компонент ориентированы, по существу, поперечно транспортному средству, одновременно, будучи ориентированными таким образом, что, по меньшей мере, две из осей, определенных первыми направлениями, сходятся в точке или области вне границ колеса, если смотреть сверху.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, податливая система также включает, по меньшей мере, один упругий элемент, соединяющий стойку ступицы и опорный кронштейн, причем, по меньшей мере, один упругий элемент устроен таким образом, что стойка ступицы поджата в заданное положение относительно опорного кронштейна.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, опорные элементы составляют узел компонентов, жестко соединенных со стойкой ступицы и образующих, посредством скользящих элементов, взаимодействующих совместно с поверхностями, расположенными на опорном кронштейне, граничные поверхности скольжения между стойкой ступицы и опорным кронштейном.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, опорные элементы составляют узел, среди прочего составленный из двух противоположных скользящих элементов, расположенных на стержне, причем скользящие элементы образуют поверхности скольжения на противоположных сторонах опорного кронштейна.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, опорные элементы составляют узел компонентов, жестко соединенных с опорным кронштейном и определяющих, посредством скользящих элементов, взаимодействующих совместно с поверхностями, расположенными на стойке ступицы, граничные поверхности скольжения между стойкой ступицы и опорным кронштейном.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, опорные элементы составляют узел, среди прочего, составленный из двух противоположных скользящих элементов, расположенных на стержне, причем скользящие элементы образуют поверхности скольжения на противоположных сторонах стойки ступицы.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, узел, составляющий опорные элементы, также содержит упругие элементы, расположенные на стержне.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стержень представляет собой болт, выполненный с возможностью создания сжимающей предварительной нагрузки для скользящих элементов.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, податливая система включает три узла, составляющие опорные элементы, таким образом, что в общей сложности определены шесть граничных поверхностей скольжения, по три на каждой поверхности опорного кронштейна.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, податливая система включает три узла, составляющие опорные элементы, таким образом, что в общей сложности определены шесть граничных поверхностей скольжения, по три на каждой поверхности стойки ступицы.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, опорные элементы составляют катящиеся средства, расположенные между стойкой ступицы и опорным кронштейном, причем стойка ступицы и опорный кронштейн снабжены поверхностями, конфигурированными для создания совместно с катящимися средствами поверхностей качения.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стойка ступицы и опорный кронштейн связаны соединениями, такими как тросики, стержни или шарнирные связи, предотвращающими отделение стойки ступицы от опорного кронштейна, причем соединения могут быть упруго соединены со стойкой ступицы и с опорным кронштейном.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, податливая система включает три катящихся средства, таким образом, что в общей сложности определены шесть граничных поверхностей качения; три граничных поверхности на стойке ступицы и три граничных поверхности на опорном кронштейне.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, катящиеся средства представляют собой сферы или ролики.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стойка ступицы также может содержать множество внешних частей, примыкающих к опорным элементам, причем опорные элементы соединены с опорным кронштейном, и система также содержит задний щиток, снабженный множеством внешних частей, примыкающих к опорным элементам.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, опорный кронштейн удерживает шесть опорных элементов, каждый из которых имеет податливую или гибкую часть и скользящую часть, причем гибкая часть и скользящая часть последовательно соединяют опорный кронштейн со стойкой ступицы.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, внешние части стойки ступицы и заднего щитка имеют, по существу, плоскую поверхность, ориентированную по существу по нормали к первым направлениям.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, по существу плоская поверхность внешних частей стойки ступицы и заднего щитка формирует совместно со скользящими частями опорных элементов граничные поверхности скольжения.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стойка ступицы и опорный кронштейн также содержат множество внешних частей, примыкающих к опорным элементам, причем опорные элементы соединены с внешними частями заднего щитка.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, задний щиток удерживает шесть опорных элементов, каждый из которых имеет податливую или гибкую часть и скользящую часть, причем гибкая часть и скользящая часть последовательно соединяют опорный кронштейн со стойкой ступицы.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стойка ступицы и опорный кронштейн выполнены как единый компонент.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, система содержит три опорных элемента, причем каждый опорный элемент содержит скользящий элемент и гибкий элемент, которые последовательно соединяют стойку ступицы и опорный кронштейн.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стойка ступицы и опорный кронштейн связаны соединением, предотвращающим отделение стойки ступицы от опорного кронштейна, причем соединение выполнено с возможностью создания сжимающего предварительного натяга опорных элементов посредством притягивания стойки ступицы к опорному кронштейну.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, податливая система составляет компонент или узел, соединяющий ступицу колеса с основной подвеской, причем компонент или узел имеет комбинацию предопределенной поступательной и вращательной жесткости.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один компонент или узел может быть конфигурирован таким образом, что получена ось с низкой вращательной жесткостью между стойкой ступицы и основной подвеской.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, ось с низкой вращательной жесткостью ориентирована, по существу, поперек транспортного средства и проходит через центр колеса или вблизи него в виде сверху.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, податливая система создает упругую систему, в которой точка максимальной поступательной жесткости в продольном направлении находится снаружи от центра колеса.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, получена податливая система, как компонент или узел, подготовленный для установки на заднюю ось со скручивающейся балкой.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, получена система передней подвески транспортного средства, в которой система содержит податливую систему согласно настоящему изобретению.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, получена система задней подвески транспортного средства, содержащая податливую систему согласно настоящему изобретению.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, получена система подвески транспортного средства, содержащая податливую систему согласно настоящему изобретению. Система подвески транспортного средства может быть применена для колеса, ведомого карданным валом, причем карданный вал может проходить через податливую систему.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, получена система подвески транспортного средства, содержащая податливую систему согласно настоящему изобретению, причем система подвески транспортного средства также снабжена приводным электродвигателем в колесе.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, получена система подвески транспортного средства, содержащая податливую систему согласно настоящему изобретению, причем приводной электродвигатель расположен между основной подвеской и податливой системой.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, получена система подвески транспортного средства, содержащая податливую систему согласно настоящему изобретению, причем податливая система прикреплена к управляемой основной подвеске, в которой ось поворотного шкворня расположена между системой подвески и колесом.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, получена система подвески транспортного средства, содержащая податливую систему согласно настоящему изобретению, в которой подвеска расположена между осью поворотного шкворня и управляемым колесом.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, получено транспортное средство, содержащее податливую систему согласно настоящему изобретению.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в перспективе части подвески транспортного средства, снабженной податливой системой согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - другой вид в перспективе части подвески транспортного средства, показанной на фиг.1.
Фиг.3 - еще один вид в перспективе части подвески транспортного средства, показанной на фиг.1.
Фиг.4 - вид в перспективе с разнесением деталей одного варианта выполнения компонента подвески транспортного средства согласно настоящему изобретению.
Фиг.5 - вид в плане компонента, показанного на фиг.4, в собранном состоянии и наблюдаемого изнутри контура транспортного средства в направлении, поперечном продольной оси транспортного средства.
Фиг.6 - вид в перспективе компонента, показанного на фиг.4, однако в собранном состоянии и наблюдаемого снаружи от транспортного средства.
Фиг.7 - вид в перспективе с разнесением деталей одного варианта выполнения компонента подвески транспортного средства согласно настоящему изобретению.
Фиг.8 - вид в перспективе компонента, показанного на фиг.7, однако в собранном состоянии и наблюдаемого изнутри транспортного средства в направлении, по существу поперечном продольной оси транспортного средства.
Фиг.9 - вид в перспективе компонента, показанного на фиг.7, однако здесь показанного в собранном состоянии и наблюдаемого снаружи от транспортного средства в направлении, по существу поперечном продольной оси транспортного средства.
Фиг.10 - вид в плане части компонента, показанного на фиг.7.
Фиг.11 - вид в сечении компонента или узла согласно настоящему изобретению.
Фиг.12 - вид в перспективе части компонента или узла согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.13 - вид в перспективе части задней подвески, показывающий принцип устройства упругого механизма.
Фиг.14 - вид в сечении части компонента или узла согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.15 - вид в перспективе части подвески транспортного средства, снабженной податливой системой согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.16 - вид с торца податливой системы согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.17 - вид в перспективе с разнесением деталей податливой системы, показанной на фиг.16.
Фиг.18 - вид в сечении податливой системы, показанной на фиг.16.
Фиг.19 - вид в сечении податливой системы, показанной на фиг.16.
Фиг.20 - вид в перспективе части подвески транспортного средства, снабженной податливой системой согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.21 - вид в плане податливой системы согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, наблюдаемый изнутри контура не показанного транспортного средства.
Фиг.22 - вид с торца податливой системы, показанной на фиг.21.
Фиг.23 - вид в плане податливой системы, показанной на фиг.21, снаружи от контура не показанного транспортного средства.
Фиг.24 - вид в сечении податливой системы, показанной на фиг.21.
Фиг.25 - вид в перспективе с разнесением деталей податливой системы, показанной на фиг.21.
Фиг.26 - вид в перспективе части подвески транспортного средства, снабженной податливой системой согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.27 - вид в плане податливой системы согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, наблюдаемый изнутри контура не показанного транспортного средства.
Фиг.28 - вид с торца податливой системы, показанной на фиг.26.
Фиг.29 - вид в плане податливой системы, показанной на фиг.26, снаружи от контура не показанного транспортного средства.
Фиг.30 - вид в сечении податливой системы, показанной на фиг.26.
Фиг.31 - вид в перспективе с разнесением деталей податливой системы, показанной на фиг.26.
Подробное описание изобретения
Вариант осуществления изобретения может иметь форму компонента или узла, подготовленного для прикрепления к стойке 10 ступицы или интегрирования с ней, и дополнительного жесткого опорного кронштейна 30 для прикрепления к основной подвеске 100 или интегрирования с ней.
Сами компоненты соединены друг с другом посредством одного или более элементов, возможно, демонстрирующих особые свойства податливости.
Нижеследующее описание включает различные варианты выполнения подвески транспортного средства согласно настоящему изобретению, для краткости, относящиеся только к неуправляемой системе задней подвески.
Однако настоящее изобретение абсолютно не ограничено системой задней подвески. Изобретение может одинаково применяться для передней подвески или даже для осей, расположенных между передней и задней осями.
Кроме того, нижеследующее описание включает различные варианты выполнения подвески транспортного средства согласно настоящему изобретению, для краткости упоминаемые только как составляющие систему подвески для неведущих колес, хотя изобретение одинаково может быть применено для систем подвески для ведущих колес, в которых колеса могут приводиться посредством обычной ведущей оси или, в качестве равноценного альтернативного варианта, приводиться электродвигателем в колесе.
Кроме того, настоящее изобретение может быть применено к управляемым, а также неуправляемым осям и/или системам подвески.
На фиг.1 показан один вариант выполнения подвески транспортного средства согласно настоящему изобретению. На чертеже показана правая задняя сторона подвески типа оси со скручивающейся балкой. Ссылочной позицией 100 обозначена часть оси со скручивающейся балкой, которая через втулку 101 соединена с шасси (не показано) транспортного средства. Втулка 101, которая обращена вперед в направлении движения транспортного средства, передает шасси большую часть горизонтальных сил, воздействующих на ось 100, в то время как пружина 102 и амортизатор 103 передают шасси большую часть вертикальных сил, воздействующих на ось 100 транспортного средства.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, пружина 102 и амортизатор 103 применены как два отдельных компонента, каждый из которых независимо установлен между осью 100 и не показанным шасси. Однако пружина 102 и амортизатор 103 также могут быть выполнены как один компонент или узел (не показан), в котором амортизатор, в типичном случае, снабжен средствами для размещения пружины.
В изображенном варианте осуществления изобретения ось 100 со скручивающейся балкой удерживает колесо 111 посредством нескольких компонентов, некоторые из которых представляют собой:
- опорный кронштейн 30, жестко установленный, например, посредством болтов 31, на часть оси 100, или составляющий единое целое с ней,
- кронштейн или задний щиток 20, который включает одну или более опорных частей 21,
- стойку 10 ступицы, податливо удерживаемую относительно опорного кронштейна 30 и посредством соединительных средств 25, например, представляющих собой один или более болтов или подобных средств, соединенную с кронштейном или задним щитком 20. Стойка 10 ступицы содержит одну или более опорных частей 11, и стойка 10 ступицы удерживает при помощи втулок (не показаны) ступицу 109 колеса, которая на фиг.1 скрыта колесом 111,
- множество опорных элементов 1, расположенных между кронштейном или опорными частями 21 заднего щитка 20 и опорными частями 11 стойки 10 ступицы при помощи опорного кронштейна 30.
Ось 100, показанная на фиг.1, соответствует указанной выше оси со скручивающейся балкой, где поперечина 105 соединяет показанную правую сторону системы подвески с левой стороной системы подвески (не показана).
Ссылочной позицией 115 обозначен суппорт тормоза, удерживаемый стойкой 10 ступицы и приспособленный для приложения тормозной силы к тормозному диску 121, который на фиг.1 скрыт колесом 111. Система подвески транспортного средства согласно настоящему изобретению может работать одинаково хорошо в вариантах осуществления изобретения, в которых не используются тормозные механизмы или используются альтернативные тормоза, такие как барабанные тормоза и т.п.
На фиг.2 показан другой вид в перспективе части системы подвески транспортного средства согласно фиг.1, здесь показанной без колеса и в виде снаружи от контура не показанного транспортного средства. Поскольку этот вид дан без колеса, можно видеть тормозной диск 121, установленный на ступице 109 колеса.
Кроме того, на фиг.2 показана часть опорных частей 11, 21 стойки 10 ступицы и кронштейн или задний щиток 20, установленный таким образом, что опорные части 11, 21 примыкают или по существу примыкают к опорным элементам 1.
На фиг.3 показан еще один вид в перспективе части подвески транспортного средства, показанной на фиг.1, здесь показанной без колеса, тормозного диска и суппорта. Ссылочной позицией 12 обозначен верхний опорный кронштейн для удаленного суппорта 115 тормоза, и нижний опорный кронштейн здесь скрыт ступицей 109 колеса.
Как можно видеть на чертеже, две резиновые втулки 40, 41 установлены в самой нижней части системы подвески, таким образом, что стойка 10 ступицы при помощи соединительного средства 45 соединена с опорным кронштейном 30.
Втулки или элементы 40, 41 могут представлять собой простые резиновые втулки, имеющие жесткость при поступательном движении во всех трех направлениях и вращательную жесткость вокруг всех трех направлений.
Стойка 10 ступицы, опорный кронштейн 30, которые в изображенном варианте осуществления изобретения включают опорные элементы 1, и кронштейн или задний щиток 20 можно считать одним вариантом выполнения узла или компонента системы подвески с характеристиками податливости согласно настоящему изобретению.
Узел можно рассматривать как "добавочный" модуль для уже известного простого, недорогого типа подвески, который снабжает систему подвески предпочтительными характеристиками податливости, то есть контролируемым отклонением под определенными нагрузками. Получаемые характеристики податливости можно считать эквивалентными демонстрируемым более сложными и дорогими многорычажными системами подвески.
Модуль может быть расположен в колесе и реально может рассматриваться как податливое промежуточное звено между ступицей колеса и рычагами самой основной системы подвески.
На фиг.4 показан вид в перспективе с разнесением деталей варианта осуществления изобретения согласно предыдущим фиг.1-3. Ссылочной позицией 32 обозначены отверстия или прорези, выполненные в опорном кронштейне 30. Отверстия или прорези 32 приспособлены для введения соединительных средств 25 совместно с соответствующими распорными элементами 26, которые могут формировать часть одного или более примыкающих друг к другу компонентов, через опорный кронштейн 30 таким образом, что стойка 10 ступицы может быть соединена с кронштейном или задним щитком 20 через опорный кронштейн 30. Размер отверстий или прорезей 32 должен быть достаточным для обеспечения неограниченного перемещения соединительных средств 25, включая распорные элементы 26, в пределах заданного диапазона отклонения.
На фиг.5 показан вид в плане компонента, показанного на фиг.4, однако здесь он показан в собранном состоянии и наблюдается изнутри контура не показанного транспортного средства в направлении, поперечном продольной оси транспортных средств.
На фиг.6 показан вид в перспективе узла, показанного на фиг.4 и 5, но здесь показанного в собранном состоянии и наблюдаемого снаружи от контура транспортного средства.
Функция двух резиновых втулок 40, 41, согласно варианту осуществления изобретения, показанному на предыдущих чертежах, может выполняться одной втулкой, имеющей особую форму согласно требуемым свойствам жесткости. Такой вариант осуществления изобретения может давать получение более простого компонента или узла.
На фиг.7 показан вид в перспективе с разнесением деталей одного варианта выполнения компонента подвески транспортного средства согласно настоящему изобретению. Как можно видеть на чертеже, две втулки 40, 41, показанные на предшествующих чертежах, исключены в этом варианте осуществления изобретения и замещены специальной втулкой 50, расположенной в опорном кронштейне 30. Втулка 50 может быть включена в гибкие или податливые, а также жесткие компоненты.
Хотя это не показано на чертежах, в другом варианте осуществления изобретения можно будет изготовлять узел, в котором втулки 40, 41 взаимодействуют с втулкой 50.
Как можно видеть на фиг.7, втулка 50 может включать средства, обеспечивающие специфические характеристики податливости, которые обозначены ссылочной позицией 53, показывающей стальные прокладки или подобные средства.
Кронштейн или задний щиток 20 соединен со стойкой 10 ступицы через опорный кронштейн 30 и втулку 50 посредством соединительных средств 51, которые могут представлять собой болты 25 и т.п.
На фиг.8 показан вид в перспективе компонента или узла, показанного на фиг.7, однако здесь показанного в собранном состоянии и наблюдаемого изнутри контура не показанного транспортного средства и в направлении, по существу поперечном продольной оси транспортного средства.
На фиг.9 показан вид в перспективе узла, показанного на фиг.7 и 8, однако здесь показанного в собранном состоянии и наблюдаемого снаружи от контура транспортного средства в направлении, по существу поперечном продольной оси транспортного средства.
На фиг.10 показан вид в плане части опорного кронштейна 30, показанного на фиг.7.
На фиг.11 показан вид в сечении компонента или узла согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.1-6. На чертеже показано, по существу, поперечное и вертикальное сечение по центральной линии колеса (не показано).
Сечение проходит через части 11 и 21 опорного кронштейна стойки 10 ступицы и кронштейна или заднего щитка 20.
Согласно указанному выше, система подвески согласно одному объекту настоящего изобретения выполнена в форме компонента или узла, который жестко установлен на рычажном механизме 100 основной подвески.
Как можно видеть на чертежах, стойка 10 ступицы обеспечивает жесткую установку цапфы колеса, которая, в свою очередь, удерживает не показанный подшипник колеса.
Хотя в показанных вариантах осуществления изобретения используется конструкция цапфы колеса/подшипника, система подвески согласно настоящему изобретению будет одинаково выгодна в вариантах осуществления изобретения в узле ступицы с фланцем, в котором внутренняя часть подшипника имеет фланец, который позволяет устанавливать подшипник прямо на стойку ступицы без цапфы колеса, и в котором внешняя часть подшипника объединена с частью ступицы колеса и, таким образом, установлена прямо на тормозной диск и колесо.
Показанные варианты осуществления изобретения охватывают различные упругие элементы или втулки, установленные между компонентами.
Согласно приведенному выше описанию, компонент или узел согласно настоящему изобретению может представлять собой множество опорных элементов 1. Как показано на чертежах, опорный кронштейн 30 включает в общей сложности шесть опорных элементов 1, три на одной стороне, обращенной внутрь транспортного средства, и три обращенных наружу от внутренней части и транспортного средства.
Как можно видеть на фиг.11, опорные элементы 1, согласно одному варианту осуществления изобретения, могут представлять собой две части, эластомерную или резиновую часть 2 и часть 3, приспособленную для того, чтобы совместно с поверхностями внешних частей 11, 21 создавать поверхность 90 скольжения между частями 11, 21 опорного кронштейна и частью 3, таким образом, что достигаются желательные характеристики податливости стойки 10 ступицы относительно опорного кронштейна 30.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, часть 3 составляет скользящую часть, которая может представлять собой блок антифрикционного материала или эквивалентного обладающего характеристиками низкого трения и износостойкости, когда часть находится в контакте с внешними частями 11, 21. Скользящая часть или блок 3 может быть выполнен из таких материалов, как пластмасса, включая нейлон и стекловолокно, металлические сплавы или даже углеродное волокно и т.п., включая их компоненты.
Часть 3 может быть жестко соединена или связана с резиновыми частями 2, например, посредством механического соединения или посредством склеивания и т.п.
Скользящие части 3 находятся в скользящем контакте с поверхностями, расположенными в области внешних частей 11, 21 стойки 10 ступицы и кронштейна или заднего щитка 20, тогда как резиновые части 2 сами соединены с опорным кронштейном 30.
Конфигурации прокладки/скользящего контакта, то есть поверхностей 90 скользящего контакта могут быть размещены против друг друга, и внешние части 11, 21 стойки 10 ступицы и кронштейна или заднего щитка 20 могут быть разработаны таким образом, что опорные элементы 1, 2, 3 принимают осевую предварительную нагрузку, например, при помощи средств 25 и т.п., которые ориентированы, по существу, перпендикулярно поверхностям 90 скользящего контакта в собранном узле, которая достаточна для предотвращения отделения компонентов.
Не показанный вариант осуществления изобретения может включать средства для избирательного регулирования величины и/или приложения осевой предварительной нагрузки. Такое средство может составлять средство, способное динамически изменять предварительную нагрузку, посредством чего общие характеристики и рабочие характеристики системы подвески, в которой применено настоящее изобретение, могут модифицироваться.
Назначением или эффектом каждого опорного элемента 1, 2, 3 является создание податливого соединения между опорным кронштейном 30 и стойкой 10 ступицы или, в зависимости от варианта осуществления изобретения, компонента или узла, составленного из кронштейна и/или заднего щитка 20 и стойки 10 ступицы.
Податливое соединение имеет жесткость при поступательном движении в осевом направлении опорных элементов 1, 2, 3, в то время как опорные элементы 1, 2, 3 могут свободно перемещаться в направлениях, ортогональных или перпендикулярных осям, образуемым опорными элементами.
Размеры и свойства эластомерной или резиновой части 2, включая скользящую часть 3, могут быть подобраны таким образом, что достигаются жесткость при поступательном движении и допустимая нагрузка, требуемые функциональной спецификацией для системы.
Опорные элементы 1, 2, 3 могут быть разработаны таким образом, чтобы они демонстрировали высокую жесткость при поступательном движении в одном направлении и низкую жесткость при поступательном движении в направлении по нормали к первому направлению.
В ходе работы системы подвески согласно настоящему изобретению опорные элементы 1, 2, 3 подвергаются смещениям в их направлениях гибкости.
Хотя все указанные выше варианты осуществления изобретения предлагают использование множества граничных поверхностей 90 скольжения, обычно образуемых устройством из прокладки/ползуна, таких как подшипники скольжения и поверхности скольжения, образованные примыкающими компонентами, оно не может, как будет ясно при ознакомлении с приведенным ниже описанием, рассматриваться как ограничивающее систему подвески транспортного средства согласно настоящему изобретению.
Компоненты, используемые для осуществления "теоретической концепции упругости" согласно настоящему изобретению, могут иметь много форм, и фундаментальные свойства силы/смещения опорных элементов могут быть воспроизведены разными способами.
Вариант осуществления изобретения одинаково может быть представлен компонентами, обеспечивающими, по существу, подобные характеристики, то есть компонентами, демонстрирующими по существу подобные свойства силы/смещения. Такие альтернативные варианты могут включать без ограничения ими: упругие или не упругие катящиеся шарики, небольшие соединения, включающие тросики и т.д., полые камеры, которые могут быть заполнены жидкостью или не содержать ее, резиновые блоки или втулки с прокладками или без них, ленты или даже проволоку.
В некоторых вариантах осуществления изобретения опорные элементы могут быть конфигурированы с одной или более предопределенных первых жесткостей в первых направлениях 110, 120, 130 относительно опорного кронштейна 30 и вторых жесткостей в направлениях по нормали к первым направлениям 110, 120, 130 относительно опорного кронштейна 30. Вторые жесткости могут быть существенно меньше первых жесткостей.
В вариантах осуществления изобретения, в которых в системе подвески применены подшипники скольжения, вторые жесткости могут быть нулевыми или близкими к нулю.
Варианты осуществления изобретения, в которых опорные элементы зафиксированы, то есть имеют, по существу, постоянное пятно контакта с компонентами, с которыми они соединены, которые, согласно избранному варианту осуществления изобретения, в типичном случае, будут внешними частями 11, 21 или стойкой 10 ступицы и кронштейном или задним щитком 20, могут не требовать расположения впритык, как предложено выше и осуществлено, среди прочего, при помощи средств 25 и 26 и т.д., и осевой предварительной нагрузки для предотвращения отделения. Однако расположение впритык все же может быть желательным по другим причинам; одним примером является то, что резина более долговечна, если она не должна работать при растяжении.
В вариантах осуществления изобретения, в которых показанные опорные элементы включают подшипники скольжения, резиновые прокладки могут одинаково быть соединены или связаны со стойкой 10 ступицы и кронштейном или задним щитком 20, соответственно, посредством чего создаются скользящие граничные поверхности между опорными элементами 1 и опорным кронштейном 30.
Конструктивная гибкость кронштейна или заднего щитка 20 и до некоторой степени остальных компонентов узла может обеспечивать существенный вклад в жесткость при поступательном движении центра выступающего "мнимого шарового шарнира" по сравнению и/или в дополнение к осевой жесткости опорных элементов.
Описанные выше опорные элементы теоретически и до некоторой степени сходятся в одной точке, однако любая незначительная погрешность или девиация будут оказывать лишь минимальное влияние на работу системы.
Хотя в представленном варианте осуществления изобретения используются три опорных элемента, расположенных на каждой стороне опорного кронштейна 30, для создания мнимого центра жесткости, нет какого-либо теоретического препятствия для использования другого количества опорных элементов. Выдвижение мнимого центра жесткости может стать более эффективным в вариантах осуществления изобретения, в которых применено большее количество опорных элементов.
Кроме того, что не показано на чертежах, можно будет использовать другие количества опорных элементов на каждой стороне опорного кронштейна 30, например четыре опорных элемента 1, примыкающих к стойке 10 ступицы, и пять примыкающих к кронштейну или заднему щитку 20, что приводит к тому, что опорные элементы 1 не будут противостоять друг другу.
Согласно другому не показанному варианту осуществления настоящего изобретения, можно будет располагать опорные элементы 1 прямо на основной подвеске 100, что приведет к получению более простой и экономичной системы, поскольку опорный кронштейн 30 будет формировать интегрированную часть основной подвески 100.
Согласно описанным выше вариантам осуществления изобретения, кронштейн или задний щиток 20 и стойка 10 ступицы содержат 3 внешние части 11, 21, каждая из которых находится в рабочем контакте с опорными элементами 1, 2, 3, что приводит к получению узла или компонента, содержащего в общей сложности шесть опорных элементов 1, 2, 3.
Эластомерная или резиновая часть 2 опорного элемента 1 может быть жестко установлена или зафиксирована на опорном кронштейне 30, например, посредством связывания, привинчивания или клепки и т.п. Кроме того, опорные элементы 1, 2, 3 могут быть расположены в и/или на опорном кронштейне 30 посредством запрессовки и т.п.
Хотя приведенное выше описание предлагает только три внешние части 11, 21 стойки 10 ступицы и кронштейна или заднего щитка 20 соответственно, это абсолютно не является существенным для рабочих характеристик системы подвески согласно настоящему изобретению. Изобретение может работать одинаково хорошо в вариантах осуществления изобретения, включающих другое количество внешних частей 11, 21 стойки 10 ступицы и кронштейна или заднего щитка 20 соответственно. В вариантах осуществления изобретения, включающих, например, 4 внешние части (не показаны) стойки 10 ступицы и кронштейна или заднего щитка 20 соответственно, конечно, могут быть применены соответствующие опорные элементы 1, 2, 3.
Согласно другому не показанному варианту осуществления настоящего изобретения, опорные элементы 1 могут проходить друг к другу и/или сходиться для создания единого большого опорного элемента, возможно, со сферическими контактными поверхностями, создающими "шарнирное соединение вилкой". Такая схема "впритык" может предотвращать разделение возможных контактных поверхностей под нагрузкой.
На фиг.12 показан вид в перспективе стойки 10 ступицы, включающей опорные элементы 1, 2, 3 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Остальные компоненты узла или компонент на этом чертеже удалены для наглядности.
Согласно указанному выше, граничные поверхности 90 скольжения, образованные между опорными частями 11 на стойке 10 ступицы и опорными частями 21 на не показанном кронштейне или заднем щитке 20, обеспечивают получение характеристик податливости согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг.12, каждая граничная поверхность 90 скольжения, с одной стороны, образована, по существу, плоской поверхностью внешней части 11 и, по существу, плоской поверхностью части 3 опорного элемента 1.
Линии 110, 120 и 130 составляют теоретические линии, ориентированные по нормали к граничным поверхностям 90 скольжения. Как можно видеть, линии сходятся вследствие ориентации компонентов, образующих граничные поверхности 90 скольжения, в точке или области 200. Точка или область 200 может находиться вне границ не показанного транспортного средства.
Учитывая то, что опорные элементы 1, 2, 3 допускают перемещение, возможно, относительно опорного кронштейна 30, стойки 10 ступицы и кронштейна или заднего щитка 20 в их положениях в направлениях, касательных к точке 200, эффектом опорных элементов 1, 2, 3 должно быть создание воображаемого шарового шарнира между компонентами 10, 20 и опорным кронштейном 30, который имеет центр в точке схождением трех осевых направлений 110, 120, 130.
Согласно указанному выше, компонент или узел согласно настоящему изобретению способен демонстрировать характеристики податливости за исключением больших вертикальных смещений многорычажной системы подвески.
Установка компонента или узла на основной архитектуре подвески, такой как ось со скручивающейся балкой, будет приводить к получению общих рабочих характеристик системы, эквивалентных характеристикам многорычажной подвески.
Согласно вводной части этого описания, разность производственных расходов для подвески со скручиваемой балкой и даже самой простой многорычажной подвески такова, что после того, как дополнительная стоимость компонента или узла согласно настоящему изобретению была добавлена к стоимости оси со скручивающейся балкой, существенные сбережения все же возможны по сравнению с многорычажной системой с сопоставимыми характеристиками податливости.
Современные технические условия для податливости подвески требуют, чтобы подвеска обладала несколькими важными характеристиками жесткости. Хотя технические условия изменяются для разных автомобилей, могут быть сделаны обобщения, некоторые из которых приведены ниже:
A. Высокая жесткость угла развала колес при повороте (поперечные силы в пятне контакта шины),
B. Высокая боковая (поступательная) жесткость в пятне контакта шины при повороте,
C. Схождение при торможении (направленные назад силы в пятне контакта шины),
D. Низкая продольная жесткость для "комфортных" сил (продольные силы в центре колеса).
Требования A-C относятся к устойчивости транспортного средства и управляемости, в то время как требование D относится к комфорту и способности подвески поглощать толчки от дорожной поверхности.
Особые основания для этих характеристик рассматриваются как не входящие в объем этих технических условий.
Согласно указанному выше, компонент или узел согласно настоящему изобретению создает упругий механизм, который прямо сопоставим с техническими условиями для многорычажной системы.
Упругий механизм получен благодаря описанному здесь компоненту или узлу, состоящему из множества податливых соединений между основной подвеской 100 и стойкой 10 ступицы, каждое из которых имеет определенную комбинацию поступательной жесткости.
На фиг.13 показан вид в перспективе части задней подвески, показывающий принцип устройства упругого механизма.
Точки 210 и 220 находятся приблизительно в пределах не показанного колеса; точка 210 расположена позади центра 250 колеса, и точка 220 расположена спереди от точки 210.
Следует отметить, что показанные пружины, связанные с точками 210, 220 и 230, не являются частью системы подвески и показаны только для иллюстративных целей.
Упругий механизм, в типичном случае, может составлять простой и до некоторой степени теоретически податливый механизм, способный соответствовать техническим условиям податливости, эквивалентным техническим условиям для многорычажной системы подвески.
Точка 230 расположена в продольном направлении подобно точке 210, но она находится, по существу, за пределами контура не показанного транспортного средства, что делает механизм непрактичным в "чистой" форме, показанной на чертеже посредством пружин, зафиксированных в точках 210, 220, 230.
В каждой точке 210, 220, 230 упругое соединение между основной подвеской 100 и ступицей 109 колеса имеет определенный набор свойств поступательной жесткости. Свойства изменяются при изменении точных местоположений точек 210, 220, 230 согласно желательным техническим условиям податливости.
Характеристики схождения или расхождения при повороте могут быть созданы посредством смещения точек 210 и 230, соответственно, позади или перед центром колеса/пятном контакта шины. В этом случае продольное смещение между силами, возникающими при повороте, и боковыми реакциями в точках 210 и 230 будет генерировать равные и противоположные продольные силы в двух точках 210, 230.
Возникающие продольные отклонения уравниваются с заданным или желательным изменением схождения или расхождения.
Под действием тормозных сил продольные реакции в точках 210 и 230 определяются их боковым смещением от самой тормозной силы. Таким образом, существует большая сила реакции в точке 210, и она комбинируется с более низкой продольной жесткостью, и это означает, что точка 210 отклоняется больше, чем точка 230 в продольном направлении. Это уравнивается со схождением и, таким образом, удовлетворяет требованию C податливости, указанному выше согласно этим техническим условиям.
Низкая продольная жесткость в центре 250 колеса, определенная в соответствии с требованием D податливости, достигается вертикальным смещением между продольными реакциями в точках 210 и 230, и продольная сила, прилагаемая к центру 250 колеса, вызывает вертикальные реакции во всех трех точках 210, 220, 230.
Точка 220 имеет очень низкую вертикальную жесткость по сравнению с точками 210 и 230, в результате чего стойка 10 ступицы имеет тенденцию вращаться вокруг оси, проходящей через точки 210 и 230, реагируя на продольные силы в центре колеса. Это представляет собой механизм, с которым достигается низкая продольная жесткость подвески в центре колеса.
Когда компонент или узел подвергается воздействию вертикальных сил, большая часть реакции на вертикальную силу возникает в точке 210, поскольку существует небольшое расстояние смещения относительно центра колеса. В точке 210 существует высокая вертикальная жесткость, и, таким образом, упругий механизм в целом вносит очень небольшую вертикальную податливость в центре колеса, как требуется.
Упругий механизм, составленный из этих трех соединений, каждое из которых находится в заданном местоположении и имеет заданные свойства жесткости, таким образом, способен соответствовать техническим условиям податливости, эквивалентным техническим условиям податливости многорычажной подвески.
Точки 210 и 220 описанного выше теоретического механизма находятся, по существу, внутри не показанной огибающей колеса и, как таковые, точки могут быть физически выполнены без больших затруднений.
С другой стороны, точка 230 не может быть сразу физически выполнена, поскольку точка 230, согласно одному объекту настоящего изобретения, применена виртуально.
Другими словами, должна использоваться упругая система, которая создает характеристики, по существу идентичные характеристикам, демонстрируемым точкой 230, но не присутствующей физически в показанном местоположении.
Возможные центры жесткости являются обычными в конструкции рычажного механизма подвески. Центры жесткости, в типичном случае, создаются с использованием схождения рычагов, но могут также создаваться с использованием упругих компонентов, демонстрирующих высокое соотношение осевой и поперечной жестокости.
Точка схождения осей рычагов также является точкой максимальной поступательной жесткости и минимальной вращательной жесткости между двумя элементами.
Любое относительное поступательное движение компонентов в точке схождения требовало бы изменения длины одного или обоих из рычагов; то есть или растяжения, или сжатия.
Если используются жесткие рычаги, созданный виртуальный шаровой шарнир обладает, по меньшей мере, теоретически, бесконечной поступательной жесткостью.
Вместо рычагов два элемента могут быть соединены парой жестких роликов и т.п. На каждом элементе ролики или подобные средства катятся вдоль круговых поверхностей, каждая из которых имеет центр в необходимом местоположении виртуального шарового шарнира. Вновь, предполагая, что ролики жесткие в направлении, перпендикулярном контактной поверхности, но совершенно свободно могут катиться вдоль нее, эти два элемента могут свободно вращаться относительно друг друга вокруг виртуального шарового шарнира, но иметь чрезвычайно высокую жесткость при поступательном движении между ними в этой точке.
Однако если требуется виртуальный центр вращения/жесткости, но такой, который не имеет бесконечной поступательной жесткости, система может быть модифицирована согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Благодаря установке роликов и т.п. на пружинах, выровненных в направлении желательного центра жесткости, жесткость при поступательном движении в местоположении виртуального шарового шарнира больше не бесконечна, хотя свобода вращения вокруг точки остается неизменной.
Следует отметить, что вышеупомянутые ролики и т.п. подразумевают двумерную систему, в то время как три сходящихся набора роликов подразумевают трехмерную податливую систему.
Приведенные выше примеры демонстрируют удовлетворительные рабочие характеристики, и три сходящихся набора роликов и т.п. могут требоваться для полного ограничения виртуального шарового шарнира.
Свойства ролика (роликов) и т.п. могут быть воспроизведены практически при использовании скользящего блока малого трения или подобного средства, как уже описано, когда блок может быть установлен на резиновой прокладке для обеспечения заданной податливости. В ходе работы любой примененный опорный элемент или элементы должны будут противостоять осевым сжимающим и осевым растягивающим силам, и поскольку скользящие элементы обычно не приспособлены к условиям прерывистых контактов, необходимо, чтобы каждый элемент состоял из пары поверхностей скольжения на резиновой основе, расположенных впритык и под сжимающим предварительным натягом. Если уже упомянутый сжимающий предварительный натяг больше максимальной осевой нагрузки, испытываемой опорным элементом в любом направлении, разделение в ходе работы происходить не будет.
В описанном выше варианте осуществления изобретения опорные элементы 1, 2, 3 могут быть связаны с опорным кронштейном 30 и могут скользить на внешних частях 11, 21, которые могут представлять собой специально обработанные подушки на стойке 10 ступицы и кронштейне или заднем щитке 20 соответственно.
Таким образом, при условии, что их жесткость и геометрия/ориентация тщательно выбраны, три опорных элемента 1, 2, 3, расположенных на каждой стороне опорного кронштейна 30, способны воспроизводить характеристики жесткости, требуемые в точке 230.
Как упомянуто выше, для воспроизведения требований для точек 210 и 220 могут использоваться обычные резиновые втулки.
Упругие элементы, соответствующие настоящему изобретению, таким образом, позволяют имитировать теоретический упругий механизм и при этом удовлетворяют всем требованиям технических условий податливости подвески.
На фиг.14 показан вид в сечении части компонента или узла согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Как можно видеть на чертеже, граничная поверхность 90 скольжения, среди прочего, образуемая опорными элементами 1, находящимися при сжимающем напряжении посредством винта или эквивалентного средства 91, может быть создана без применения заднего щитка в системе, как показано на предшествующих фигурах, посредством чего может быть получена еще более простая и требующая меньше пространства податливая система. Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг.14, может быть применен в произвольных вариантах осуществления настоящего изобретения.
На фиг.15-19 показаны различные виды другого варианта осуществления настоящего изобретения. Как можно видеть на чертежах, относительное перемещение между опорным кронштейном 30 и стойкой 10 ступицы достигнуто посредством катящихся сфер 300 или эквивалентных средств.
Податливая система согласно фиг.15-19, снабжена, по меньшей мере, тремя опорными элементами 300, которые могут иметь форму сфер или роликов.
Сферы 300 катятся по поверхностям, которые расположены тангенциально к центру сдвига системы.
Сферы 300 и т.п. находятся под сжимающим предварительным натягом для поддержания предпочтительного контакта качения между сферами 300 и стойкой 10 ступицы и опорным кронштейном 30.
Для создания правильной жесткости при поступательном движении в центре сдвига может быть предпочтительно, чтобы сферы были упругими; выполненными из пластмассы, покрытой резиной стали и т.п.
Сжимающая предварительная нагрузка, как уже упомянуто, может быть получена при использовании тросиков 310 и т.п. под растягивающей предварительной нагрузкой, причем предварительная нагрузка может быть основана на упругости тросиков и т.п. или, как показано на фиг.19, благодаря упругим элементам и/или тарельчатым пружинам. Другие не показанные средства для создания предварительного натяга тросиков 310 могут представлять собой волнистые пружины, шайбы с резиновой прокладкой и т.п.
Кроме того, тросики 310 и т.п. могут упруго устанавливаться в стойку 10 ступицы, а также в опорный кронштейн 30 и соединяться с ними посредством резиновых втулок и т.п.
Сферы или ролики 300, предпочтительно, могут ограничиваться или удерживаться в их положении посредством пластины или обоймы 305 или подобного средства, снабженного отверстиями или пустотами, конфигурированными для размещения и/или удерживания сфер или роликов 300 относительно друг друга. Пластина или обойма 305 просто способствуют работе системы для обеспечения того, что относительное положение сфер или роликов сохраняется в случае потери контакта или пробуксовки. Сама обойма может быть расположена в пределах системы при помощи тросиков и т.п.
Линия действия силы тросиков 310 может проходить через/вблизи центра сдвига для обеспечения того, что их силы натяжения только создают предварительную нагрузку на сферы и не вызывают вращение вокруг центра сдвига и, таким образом, создание предварительного натяга резиновых втулок 40, 41.
Назначение показанных втулок 40, 41 в этом варианте осуществления изобретения подобно назначению втулок в описанных выше вариантах осуществления изобретения.
Поскольку вариант осуществления изобретения согласно фиг.15-19 составляет относительно открытый узел, можно счесть необходимым снабжение системы некоторой формой защиты от окружающей среды, посредством чего скользящие элементы/вращения обеспечиваются оптимальной рабочей окружающей средой. Защита может иметь форму резиновых гофров или гофрированных чехлов, примененных или для индивидуальной защиты компонентов, или как полное ограждение системы, возможно, посредством соединения периферии опорного кронштейна 30 и стойки 10 ступицы большим гофром или кожухом.
На фиг.20-25 показаны различные виды другого варианта осуществления изобретения или варианта податливой системы согласно настоящему изобретению.
Как можно видеть на чертежах, в показанном варианте осуществления изобретения используют подшипники скольжения, конфигурированные таким образом, что упомянутый задний щиток становится ненужным, что очевидно способствует сокращению стоимости, а также пространства для системы.
Элементы 401 скольжения, формирующие часть опорных элементов 400, могут быть представлены, среди прочего, подшипниками и упругими элементами под предварительным натягом, создаваемым соосным болтом 406 или винтом и т.п.
В показанном варианте осуществления изобретения болт 406 зафиксирован относительно стойки 10 ступицы, в то время как опорный кронштейн 30 образует поверхности, на которых скользит подшипник.
Прорези 408, образующие ограничители, выполнены в опорном кронштейне 30 для создания для болтов 406 свободы движения. Следует отметить, что кромки прорезей 408 очевидно не должны при нормальной работе входить в контакт с болтами 406, что могло бы влиять на функциональные возможности системы.
Как показано на фиг.20-25, система может включать три набора скользящих элементов 401, приспособленных для тангенциального скольжения относительно желательного центра сдвига.
Согласно одному из упомянутых вариантов осуществления изобретения, податливые элементы могут формировать часть опорных элементов 400. Податливые элементы могут обеспечивать заданную жесткость вдоль направления отсутствия скольжения скользящих элементов 401. Податливые элементы могут представлять собой металлические или неметаллические пружины, тарельчатые пружины, волнистые пружины или резиновые прокладки и т.п.
Для получения пригодной предварительной нагрузки и, таким образом, трения скольжения, может быть предпочтительно использовать нелинейные пружины. Нелинейные пружины могут быть получены посредством применения жесткой пружины последовательно с более мягкой пружиной, которая становится жесткой, когда она полностью сжата. Одной пружиной, обладающей упомянутым свойством, является тарельчатая пружина.
На фиг.26-30 показаны различные виды другого варианта осуществления изобретения или вариант податливой системы согласно настоящему изобретению.
Как можно видеть на чертежах, вариант осуществления изобретения составляет комбинацию описанных выше вариантов осуществления изобретения, приводящую к упрощению системы.
Вариант осуществления изобретения включает тросики 510, таким же образом, как уже описано относительно варианта осуществления изобретения согласно фиг.14-10, для создания предварительной нагрузки скользящих элементов 502, формирующих часть узла, составляющего опорные элементы 500.
Назначение показанных втулок 40, 41 в этом варианте осуществления изобретения подобно назначению втулок в описанных выше вариантах осуществления изобретения.
Следует отметить, что основная подвеска, на которую установлен компонент или узел согласно настоящему изобретению, возможно, должна быть конфигурирована таким образом, что ее собственные характеристики податливости не ухудшают характеристики, создаваемые компонентом или узлом. В вариантах осуществления изобретения, в которых компонент или узел расположен на оси со скручивающейся балкой, это влекло бы за собой установку рычажного механизма подвески на конструкции транспортного средства с, по существу, жесткими втулками 101. Это может не создавать каких-либо последствий для вертикального кинематического перемещения подвески, которое должна обеспечивать ось со скручивающейся балкой, но может обеспечивать то, что это имеет минимальное вредное влияние на характеристики податливости колеса.
Поскольку элементы компонента или узла согласно настоящему изобретению подвержены воздействию пыли, влажности или воды, соли и больших колебаний температур и т.д., материал, предпочтительно, выбирают таким образом, чтобы общие рабочие характеристики и надежность механизма соответствовали основным ожиданиям для современного транспортного средства.
Согласно указанному выше, компоненты в некоторых частях могут быть выполнены, например, из углеродного волокна, любого вида пластмассы или металлов, таких как алюминий, чугун или нержавеющая сталь и т.п., включая их сплавы, в то время как другие части компонентов могут быть выполнены из материалов, особенно пригодных для присущего им назначения. Одним примером может быть нанесение материала для подшипника скольжения в областях граничных поверхностей 90 скольжения.
Поскольку компоненты, включающие граничную поверхность 90 скольжения, предпочтительно, должны работать без попадания инородных тел и т.п., компонент или узел согласно настоящему изобретению может быть снабжен соответствующими ограждениями, такими как гофры и т.п., обеспечивающие "чистую" окружающую среду для компонентов.
Кроме того, поверхности скользящего контакта, согласно указанному выше, описаны как, по существу, плоские поверхности. Однако это не является существенным признаком настоящего изобретения, поскольку поверхности скользящего контакта могут иметь сферическую форму и т.п.
Может существовать возможность объединения стойки 10 ступицы и кронштейна или заднего щитка 20 в единый не показанный компонент, дающий потенциальное снижение стоимости. В таких вариантах осуществления изобретения возможная осевая предварительная нагрузка опорных элементов может быть произведена при помощи механизма, отличного от уже описанного, например, при помощи распорных элементов, прокладок, фиксаторов, фиксирующих пластин, установочных винтов и т.п.
Наконец, хотя это не показано на чертежах, граничные поверхности 90 скольжения могут включать средства, предотвращающие непреднамеренное разделение компонентов. Такие средства могут представлять собой дорожку или паз, приспособленный для приема ответной части, проходящей от противоположной части граничных поверхностей 90 скольжения.
Применение и комбинация признаков и решений, представленных настоящим изобретением, не ограничены представленными вариантами осуществления изобретения. Один или более признаков одного варианта осуществления изобретения могут быть скомбинированы с одним или более признаков других вариантов осуществления изобретения, посредством чего могут быть получены не описанные, но действительные варианты осуществления настоящего изобретения.
Термин "содержит/содержащий/состоящий из", когда он используется в этом описании, включая формулу изобретения, дан для указания на присутствие указанных признаков, цельных элементов, этапов или компонентов, но не исключает присутствие или добавление одной или более других функций, цельных элементов, этапов, компонентов или их групп.