КОРОБЧАТЫЙ МОДУЛЬ ПОДВЕСКИ И СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО СИСТЕМА ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ШАССИ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
SUSPENSION MODULE BOX AND AUTOMOTIVE PARAMETRIC CHASSIS SYSTEM INCORPORATING IT

Предлагаемая система параметрического шасси для дорожных транспортных средств, содержащая четыре элемента подвески с поперечным торсионным стержнем и охватывающим его соосным блоком гасителя колебаний, расположенными внутри коробчатой конструкции, обеспечивающая размещение внутри шасси тяжелых частей, таких как аккумуляторные батареи или топливные элементы. В элементе подвески используется продольный рычаг, передающий на колесо силы тяги и торможения. Модуль подвески, содержащий поперечный торсионный стержень и соосный с ним блок гасителя колебаний, служит в качестве несущего элемента шасси, обеспечивающего активную (адаптивную) подвеску и асимметричное рулевое управление.
Такая компоновка шасси и подвески до настоящего времени не предлагалась. В последние годы активно развивалась тенденция увеличивать колесную базу в связи с увеличением салона и по соображениям, связанным с управлением (недостаточная поворачиваемость). Увеличение колесной базы приводит к утяжелению транспортного средства, и эта проблема дополнительно усугубляется необходимостью установки тяжелых частей, таких как аккумуляторные батареи или топливные элементы.
Указанная проблема является предпосылкой для создания настоящего изобретения, в котором используется группа одинаковых подсистем, в результате чего обеспечиваются высокая жесткость конструкции для заданной колесной базы, низкая стоимость, компактность и снижение веса. Необходимо отметить, что отсек для установки тяжелых частей естественным образом получается размещенным внутри шасси и его не надо встраивать в уже законченную конструкцию. Хорошо известная схема рычагов передней и задней подвески соединена в изобретении с новой идеей амортизации с использованием поперечного торсионного стержня и охватывающего его соосного блока гасителя колебаний, который может работать в режиме активной (адаптивной) подвески. Изготовление предлагаемого шасси может быть экономически эффективным за счет использования одинаковых узлов, когда на каждом углу шасси устанавливаются четыре одинаковых модуля подвески. Кроме того, модули используются в шасси в качестве несущих элементов, в результате чего обеспечивается высокая жесткость конструкции для заданной колесной базы, поскольку рама укорачивается на длину двух рычагов подвески (по сравнению с использованием традиционных соединительных звеньев подвески МакФерсона или поперечных рычагов), и в то же время улучшается управляемость колес. Настоящее изобретение можно будет понять полнее из нижеприведенного описания со ссылками на чертежи, на которых иллюстрируются конкретные применения изобретения.
Фигура 1 - вид части модуля подвески. Показаны: поперечный торсионный стержень и охватывающий его соосный блок гасителя колебаний, их расположение на раме, а также рычаг подвески и колесо.
Фигура 2 - вид альтернативной системы (с использованием скобы) удерживания рычага подвески в нужном положении.
Фигура 3 - вид фиксирующего приспособления для амортизации с обратной связью при активном (адаптивном) регулировании.
Фигура 4 - вид альтернативного варианта регулируемого крепления (удерживания в нужном положении фиксирующего конца) торсионного стержня.
Фигура 5 - вид системы силовой трансмиссии с ремнем внутри рычага.
Фигура 6 - вид системы подвески без короба, рычага и колеса, а также частей модуля подвески и элемента шасси, определяющего ширину колеи.
Фигура 7 - вид альтернативного варианта конструкции верхней части рычага подвески с шарниром, закрытой коробом.
Фигура 8 - вид рычага с верхней сплошной частью и вспомогательной внутренней частью.
Фигура 9 - вид шасси с частичным вырезом. На одной стороне показана часть элементов подвески и передняя дополнительная внешняя верхняя секция корпуса кузова.
Фигура 10 - схематический вид сечения альтернативной конструкции переднего узла, в котором используются шарнирные соединения рычагов подвески.
Фигура 11 - вид альтернативной конструкции рычага подвески и колеса.
Фигура 12 - вид альтернативной конструкции рычага подвески, колеса, сечения гасителя колебаний, торсионного стержня и элемента, определяющего ширину колеи.
Фигура 13 - вид системы трансмиссии через рычаг с использованием ремня.
Фигура 14 - вид в перспективе предлагаемой в изобретении системы с двумя модулями с вырезом.
Фигура 15 - вид в перспективе одной четверти рамы, на котором показаны основные элементы, составляющие конструкцию в соответствии с изобретением. А именно, показаны: двигатель, система передачи мощности через рычаг, система асимметричного рулевого управления, модуль (с вырезом), торсионный стержень, соосная система гасителя колебаний и элемент, определяющий ширину колеи.
Фигура 16 - вид в плане одной четверти рамы.
Фигура 17 - вид в плане системы шасси, которое формируется из вышеприведенных четвертей рамы.
Ниже приведен перечень основных частей и компонентов предлагаемой в настоящем изобретении системы, реализованной в выбранном иллюстративном примере применения изобретения. В частности, в нижеприведенном примере используются следующие основные части:
1. Стержень подвески (торсионный стержень).
2. Ось подвески.
3. Закрепленный конец (пассивная или активная подвеска).
4. Основание концевого соединения (соединение подвески).
5. Рычаг подвески.
6. Колесо.
7. Крепежный элемент, соединяющий рычаг с торсионным стержнем.
8. Узел соединения рычага подвески с торсионным стержнем.
9. Гаситель колебаний (активный или пассивный).
10. Пластины гасителя колебаний.
11. Основание пластин гасителя колебаний.
12. Соединитель торсионного стержня с пластинами гасителя колебаний.
13. Фланцы (уплотнения) гасителя колебаний.
14. Клапаны подачи жидкости для гасителя колебаний и управления потоком.
15. Опорный подшипник подвески.
16. Внутренний подшипник опоры подвески.
17. Коробчатый модуль подвески, содержащий поперечный торсионный стержень и охватывающий его соосный блок гасителя колебаний.
18. Крепление гасителя колебаний к коробчатому модулю.
19. Точка фиксации торсионного стержня.
20. Короб подвески для установки в нем кожуха подвески.
21. Опорные направляющие модуля подвески в коробе рамы.
22. Крепежная часть для крепления коробчатого модуля на коробе.
23. Крепежная часть для крепления торсионного стержня на шасси.
24. Выступ крепления на торсионном стержне.
25. Внешняя опорная скоба рычага на шасси.
26. Внешний крепежный элемент для соединения рычага с шасси.
27. Активный закрепленный конец торсионного стержня.
28. Шарнир на соединительном конце механизма противодействия.
29. Внешние опорные подшипники рычага подвески.
30. Внутренние опорные подшипники рычага подвески.
31. Скользящий механизм перемещения точки крепления.
32. Направляющий желобок в торсионном стержне.
33. Кольцо для передачи движения (соосное с торсионным стержнем).
34. Приводной ремень.
35. Колеса трансмиссии (или шкивы).
36. Опорные подшипники.
37. Эластичный кожух приводного ремня.
38. Элемент, определяющий ширину колеи (короб).
39. Элемент, определяющий колесную базу (коробчатая балка).
40. Верхняя сплошная часть рычага подвески.
41. Вспомогательная внутренняя часть рычага подвески.
42. Верхняя часть рычага подвески с шарниром.
43. Нижняя часть рычага подвески с шарниром.
44. Шарнир управляемого колеса (вертлюжного типа, для рулевого управления).
45. Вспомогательная внешняя верхняя часть корпуса кузова (передняя и задняя).
46. Отсек для размещения аккумуляторных батарей или альтернативных видов топлива.
47. Полная рама (шасси) транспортного средства.
48. Электрический двигатель (для передачи мощности и силы торможения).
49. Окно для доступа в отсек.
50. Аэродинамическая поверхность на рычаге подвески.
51. Универсальный шарнир (шарнир для передачи постоянной скорости вращения).
52. Полная схема конструкции подсистемы (фигура 16).
53. Транспортное средство (фигура 17), содержащее 4 подсистемы.
54. Узел силовой трансмиссии (блок привода).
55. Узел рулевого управления (для управляемого колеса).
56. Узел регулирования давления жидкости в гасителе колебаний.
57. Узел регулирования силы противодействия торсионному стержню (в режиме активной пружины).
На фигуре 14 показана рама 47 (шасси) транспортного средства, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, которая дешева в производстве за счет использования предварительно изготовленных подсистем 17 и параметрических компонентов 38, 39. Шасси имеет простую и прочную конструкцию, и в нем может использоваться технология активной (адаптивной) подвески с внутренним фиксирующим креплением 19 торсионного рычага 1 в модуле 17 подвески (см. фигуру 6).
В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления изобретения в предлагаемой системе рамы (шасси), как показано на фигуре 9, для задней подвески используются два полностью закрытых рычага 5.
Подрамник формируется двумя противолежащими коробами 20, соединяющими две предварительно собранные поперечно расположенные системы 17 торсионного стержня 1 и амортизатора 9 в коробчатых модулях, которые соединяют рычаги 5 подвески с помощью оснований 4 с торсионными стержнями 1 (см. фигуру 1). Колея (задняя) транспортного средства определяется центральной частью элемента 38 (см. фигуру 6).
Эта же повернутая в другую сторону система служит в качестве передней подвески с той только разницей, что конец рычага 5 не фиксирует прочно подшипник колеса 6, а дает возможность его вращения вокруг оси в шарнире 44 (см. фигуру 11).
Передняя и задняя подвески характеризуются повторением (дублированием) частей в случае подрамников и для всей рамы. Рама формируется с использованием частей 39, определяющих колесную базу, и ее составляют также части 27, 28, 31 и 57 активных подвесок и части 9, 14, 56 гасителей колебаний, также кожухи отсеков 46 для батарей или альтернативных топливных элементов (см. фигуру 9). Такая сборка в полностью активном/адаптивном режиме обеспечивает регулирование высоты хода подвески, поворота вокруг продольной оси и динамических характеристик, которые всегда обеспечивают колес под нужным углом относительно вертикали.
В пассивном режиме предлагаемая в изобретении система обеспечивает характеристики движения (с ее достоинствами и недостатками) рычагов передней и задней подвесок (с необходимым вмешательством при паразитных подруливаниях на ухабах, кинематическом уводе и т.п.). Это достигается за счет профиля внешнего опорного подшипника 29 подвески (см. фигуры 4, 5, 11) в сочетании с конструкцией шарнира 44 (см. фигуру 12). Описанная конструкция представляет собой упрощенный вариант изобретения.
Ключевой частью изобретения является использование четырех идентичных подсистем, которые содержат активную (адаптивную) подвеску, средства передачи тяги/торможения и управления на колесо и основными частями которых являются: поперечный торсионный стержень 1 (пружина) и гаситель колебаний 9, которые расположены в коробчатом модуле 17, встроенном в короб 20, соединенный с двигателем 48, узел 54 трансмиссии, кольцо 33 трансмиссии, шкивы 35 трансмиссии, рычаг 5 подвески, систему рулевого управления (с помощью одного или двух электрических или гидравлических или других механизмов 55), узел 56 управления давлением жидкости гасителя колебаний и узел 57 управления подпружиниванием с обратной связью торсионного стержня, обеспечивающий асимметричное рулевое управление. Асимметричное рулевое управление - это управление, обеспечивающее большие углы поворота внешних (передних и задних) колес по сравнению с углами поворота внутренних колес.
В процессе поворота транспортного средства его вес увеличивает нагрузки на внешние колеса каждой оси. Внешние колеса поворачиваются при повороте на больший угол, в то время как внутренние колеса выполняют динамически поворот, будучи повернутыми на меньшие углы, причем перераспределение нагрузок между внешним и внутренним колесами осуществляется дифференциалом. В случае поворота на малой скорости транспортного средства (квазистатическое состояние) внутренние колеса поворачивают в меньшей степени, чем внешние колеса, причем с переменной скоростью их поворота, без нарушения принципа Аккермана в отношении возникновения угла бокового заноса.
В предлагаемой в изобретении системе (см. фигуру 9) формируется цельный подрамник для передней и задней подвески, который обеспечивает создание в центральной части зоны 46 хранения тяжелых аккумуляторных батарей или топливных элементов, доступ в которую снаружи обеспечивается через окно 49. В этом случае можно изготавливать целиком корпус 45 кузова, который выполняет дополнительно функцию несущей конструкции, вместе с внешними частями 45 корпуса кузова. Основной задачей при их конструировании является обеспечение поглощения энергии удара при столкновении без необходимости учета других соображений, касающихся конструктивной компоновки (см. фигуру 9).
Коробчатый модуль 17 подвески в коробе 20 (см. фигуру 1) охватывает узел подвески. Торсионный стержень 1, который представляет собой "рессору" подвески, прикрепляется к коробу 20 рамы внутри в фиксированной точке 19 крепления. Поперечное сечение и форма торсионного стержня 1 изменяются по его длине. Выступ 24 обеспечивает удерживание торсионного стержня в нужном положении относительно рамы 23. На внешнем конце торсионного стержня 1 с помощью частей 11, 12 закреплены пластины 10 гасителя 9 колебаний. В процессе хода подвески торсионный стержень 1 вращается с разной угловой скоростью (по его длине) вокруг оси 2, вращая пластины 10. Кожух гасителя 9 колебаний прикреплен элементом 18 к кожуху 17 коробчатого модуля. Гашение колебаний обеспечивается в результате вращательного движения пластин, закрепленных на внешнем конце торсионного стержня 1, и пластин меньших размеров, соединенных с кожухом гасителя 9 колебаний или любого другого подходящего устройства. Полость гасителя 9 колебаний, в которой находится жидкость, уплотняется фланцами 13, и активное гашение колебаний обеспечивается клапанами 14 подачи/управления и соответствующими узлами 56. Дополнительное гашение колебаний может также обеспечиваться с использованием уже известных аэродинамических поверхностей 50 (см. фигуру 10). Коробчатый модуль 17 подвески поддерживается поверхностями 21 и прикреплен к коробу 20 рамы посредством крепежной части 22.
Торсионный стержень 1 прикреплен к рычагу 5 подвески с помощью соединительных частей 7 и 8 (см. фигуру 1). В альтернативном варианте рычаг 5 опирается на раму с помощью скобы 25, которая прикреплена к торсионному стержню 1 с помощью крепежного элемента 26 (см. фигуры 2, 6, 7). В активном режиме рычагу подвески противодействует конец 27 с шарниром 28 (см. фигуру 3). В альтернативном варианте сопротивление кручению торсионного стержня изменяется путем смещения точки крепления с использованием скользящего механизма 31, 32 и соответствующих узлов (см. фигуру 4).
Торсионный стержень 1 является конструктивным элементом подвески и рамы, обеспечивающим передачу сил тяги/торможения (см. фигуру 5) с использованием кольца 33 для передачи движения (см. фигуры 5, 15, 16). Фиксация рычага подвески в определенном положении обеспечивается с помощью внутренних подшипников 30 (см. фигуру 4).
В альтернативном варианте рычаг 5 фиксируется в определенном положении подшипниками 29, находящимися снаружи коробчатого модуля подвески, которые обеспечивают кинематику в пассивном режиме работы подвески (см. фигуры 4, 5, 11).
Рычаг 5 передает движение (тягу или торможение) через шкивы 35 и ремень 34 на ведущее колесо 6 (см. фигуры 5, 13, 15, 16).
Шасси 47 (см. фигуру 14) и 53 (см. фигуру 17) формируется поочередным введением четырех модулей (17) в коробы 20, которые соединяются секциями 38 и 39, определяющими ширину колеи и колесную базу соответственно (см. фигуру 6). В случае использования традиционных систем передачи мощности (а именно, без ремня) узел привода проходит через секцию 38, определяющую ширину колеи. В альтернативном варианте колесо 6 подвешено на коробе 20 с помощью шарнирно закрепленных рычагов 42 и 43 (см. фигуры 7, 10) или сплошных частей 40, 41 рычага 5 (см. фигуру 8). Форма рычагов 5, 40, 41, 42 и 43 определяется кинематикой/динамикой нагрузок, которые возникают в процессе движения. Предлагаемая в изобретении система рамы обеспечивает ее соединение со вспомогательными передними и задними внешними (верхними) частями 45 корпуса кузова, которые конструируют исходя прежде всего из соображений поглощения ими энергии удара при столкновении. Эти части 45 содержат зоны регулируемых деформаций (см. фигуру 9).