用于电动车辆或带气罐的机动车辆的具有集成的弹性和转向功能的多连杆独立悬架系统
阅读说明：本技术 用于电动车辆或带气罐的机动车辆的具有集成的弹性和转向功能的多连杆独立悬架系统 (Multi-link independent suspension system with integrated springing and steering functions for an electric vehicle or a motor vehicle with a gas tank ) 是由 弗里德里希·皮特·沃尔夫-蒙海姆 于 2019-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于机动车辆(10)的独立悬架系统(28),该机动车辆具有电动传动系和/或用于存储燃料的气罐。独立悬架系统(28)包括具有控制臂(32a,32b,34a,34b,36a,36b,38a,38b)的左侧多连杆车轮悬架(30a)和右侧多连杆车轮悬架(30b)以及用于悬架机动车辆(10)的上部结构的横向板簧(40),每个控制臂在上部结构端部处可枢转地附接到机动车辆(10)的车辆底盘(16)并且在车轮支架端部处可枢转地附接到车轮支架(24a,24b)。根据本发明,横向板簧(40)在每个端部处可枢转地连接到在横向方向上彼此相对放置的两个车轮支架(24a,24b)中的一个,并且可操作地连接到机动车辆(10)的转向装置。(The invention relates to an independent suspension system (28) for a motor vehicle (10) having an electric drive train and/or a gas tank for storing fuel. The independent suspension system (28) comprises a left-hand (30a) and a right-hand (30b) multi-link wheel suspension with control arms (32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b, 38a, 38b), each pivotably attached at the upper structure end to a vehicle chassis (16) of the motor vehicle (10) and at the wheel carrier end to a wheel carrier (24a, 24b), and a transverse leaf spring (40) for suspending the upper structure of the motor vehicle (10). According to the invention, the transverse leaf spring (40) is pivotably connected at each end to one of two wheel carriers (24a, 24b) placed opposite each other in the transverse direction and is operatively connected to a steering device of the motor vehicle (10).)
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于具有电动传动系或用于储存燃料的气罐的机动车辆的独立悬架系统，该独立悬架系统包括左侧和右侧多连杆车轮悬架以及用于机动车辆的上部结构的悬架的横向板簧。
背景技术
在汽车工程领域中，已知的是，机动车辆的主驱动包括具有电动马达的电动传动系，该电动马达可借助于由电化学能量存储器或能量转换器产生的电流来提供动力。电化学能量存储器或能量转换器例如可以由至少一个通常称为牵引电池的可再充电的蓄电池或由燃料电池堆构成。
在具有传统内燃发动机的机动车辆中，数十年来已经开发了机动车辆的各种部件/包装(驱动器、底盘、车身)的布置。在具有电化学能量存储器或能量转换器作为驱动系统的能量源的机动车辆(以下称作电动车辆)中，机动车辆的外部尺寸和与其它部件的联接与具有传统内燃发动机的机动车辆的外部尺寸和与其它部件的联接非常大地不同，因为在电动车辆中，通常盒形的牵引电池或燃料电池堆必须布置在车辆地板的大面积上。因此，电动车辆需要用于机动车辆内部的部件的布置(尤其是底盘和驱动器的布置)的不同解决方案，以保证行驶稳定性和/或在碰撞的情况下的车辆安全性。
为了保证行驶稳定性并且遵守现有的安全要求和协议，特别是关于碰撞情况下的车辆安全性(碰撞安全性)的安全要求和协议，现有技术中已经提出了各种解决方案，所述安全要求和协议构成由欧洲交通协会、汽车协会和保险协会(欧洲新汽车评估规程(EuroNCAP))发布的新汽车评估规程的一部分。
因此，例如DE10 2011 054 580A1公开了一种具有车身、发动机和车辆轴的汽车，车辆轴具有连接到车身的轴支架和两个驱动车轮，每个驱动车轮经由控制杆装置可移动地连接到车身的一侧，并且每个驱动车轮经由传动轴由马达驱动。马达可以是电动马达或内燃发动机。然而，车辆也可以包括混合动力驱动，该混合动力驱动是电动马达与内燃发动机的组合。马达壳体构成轴支架的横向桥，用于传递横向力。由于壳体的双重功能(接收马达和传递横向力)，可以实现重量减轻而不降低汽车的行驶稳定性。
此外，DE10 2013 006 702A1描述了一种双轮距车辆中的电池装置，其具有牵引电池和至少一个在车辆横向上延伸的碰撞横梁，在牵引电池的电池壳体中布置有碰撞敏感的电池单元，通过碰撞横梁跨接电池单元将在侧面碰撞的情况下引入的冲击力传递到远离碰撞的车辆一侧。碰撞横梁至少由两部分构成，其中，一个中间部分集成电池并且通过至少一个变形元件在电池壳体的外侧上延伸，其中，在车辆横向上存在一个自由的安装间隙。特别地，变形元件直接或间接地安装在车身部件上，特别是车身纵向梁或门槛上。
JP2017-019458A还公开了一种电动车辆的后部结构，其用于将电池组安装在能够被保护免受(例如在后部冲击中)来自车辆后部的机械载荷的冲击的位置，而与后部车辆部分的地板下方的空间无关。该电池组安装在一对后部纵向梁上，其中，副车架的前端与多连杆车轮悬架的后部横向梁相对，其间具有间隙，其中，控制臂安装在多连杆车轮悬架的每侧上。来自车辆后部方向的载荷由副车架传递到后部悬架横梁，并由后部纵向梁通过多连杆车轮悬架分配到车辆前部。
对于电动车辆来说，需要在车辆地板的大面积上布置部件(例如，盒状牵引电池、燃料电池堆和大体积气罐)的解决方案。在现有技术中还已知用于在气体动力机动车辆中布置部件的解决方案，该气体动力机动车辆被构造为具有燃料电池堆的电动车辆或配备有内燃发动机并且因此具有相对庞大的气罐，该气罐的形状与传统内燃发动机的液体燃料罐的正常形式有很大的不同。
US2004/0239095A1因此公开了一种用于这种车辆的悬架系统，该悬架系统可以配备有燃料电池堆或气体动力内燃发动机，并且因此具有气罐。
所述悬架系统包括后部车轮悬架子组件，该后部车轮悬架子组件围绕燃料罐延伸并且可操作地连接到车辆的前部和后部部分，使得车辆的前部和后部部分为车辆的悬架提供结构刚性，从而可以在后部车轮之间容纳尽可能大的罐。悬架系统的控制臂和弹簧被设计成使车轮之间的空间最大化，同时提供高水平的悬架刚度，以便在转弯、制动和在不平坦的地面上期间保持正确的车轮定位。控制臂具有两个在纵向方向上间隔开的到底盘的固定点，并且给予后部车轮悬架子组件其结构刚度。
鉴于所指出的现有技术，用于电动动力机动车辆或具有内燃发动机并配备有气罐的气体动力机动车辆的车轮悬架的领域仍然留有改进的空间。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种紧凑的独立悬架，尤其是用于电动动力机动车辆或具有内燃发动机并装备有气罐的气体动力机动车辆的独立悬架，该独立悬架允许高的行驶舒适性并且同时提供灵活的可供使用的安装空间，该安装空间尤其可以用于至少部分地容纳电动传动系或至少部分地容纳机动车辆的气罐。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的用于机动车辆的独立悬架系统来实现。该目的还通过根据权利要求7和9所述的具有至少一个独立悬架系统的机动车辆来实现。此外，本发明的特别有利的实施例由从属权利要求公开。
要指出的是，在以下描述中单独列出的特征和措施可以以任何技术上合理的方式彼此组合，并且指示本发明的进一步实施例。该描述进一步表征和详细说明本发明，尤其是结合附图。
根据本发明的用于具有电动传动系和/或用于储存燃料的气罐的机动车辆的独立悬架系统包括具有控制臂的左侧多连杆车轮悬架和右侧多连杆车轮悬架，每个控制臂在上部结构端部处可枢转地附接到机动车辆的车辆底盘并且在车轮支架端部处可枢转地附接到车轮支架。此外，独立悬架系统包括用于机动车辆的上部结构的悬架的横向板簧。在此，横向板簧在每个端部处可枢转地连接到在横向方向上彼此相对放置的两个车轮支架中的一个。横向板簧还与机动车辆的转向装置可操作地连接。
在本发明的意义上，术语“机动车辆”具体指汽车、货物车辆、铰接式卡车或公共汽车。
在此上下文中的术语“可操作地连接”特别地意味着可操作地连接的物体连接在一起，使得力和/或扭矩可以在物体之间传递。该传递可以通过直接接触和通过至少一个中间元件间接地发生。
这样，可以提供紧凑的独立悬架系统，其允许高的行驶舒适性并且还提供灵活可用的安装空间，其特别地可以用于至少部分地接收盒状或大体积部件，例如电动传动系的牵引电池或燃料电池组或车辆的气罐。
本发明基于这样的理解，即在根据本发明的独立悬架系统中，稳定器、弹簧和车轮引导横向控制臂中的一个或多个功能可以由横向板簧执行。
横向板簧可以被构造成使得当独立悬架系统仅静态地被车身负载装载时，所述弹簧在竖直方向上具有向上凸起的形式。然而，横向板簧也可以构造成使得在这种状态下，横向板簧基本上在平行于道路表面布置的平面中延伸。
多连杆轴可以被配置为四连杆轴、双横臂轴或五连杆轴。
所提出的发明还包括：左侧多连杆车轮悬架和右侧多连杆车轮悬架的控制臂也可以可枢转地安装在底盘的一个或多个副车架上。
在独立悬架系统的优选实施例中，多连杆轴的控制臂构成为单杆控制臂，并且每个控制臂的上部结构端部的枢转安装和车轮支架端部的枢转安装由或者可以由用作球头节的两个橡胶轴承形成。因此，可以以结构简单的方式实现横向板簧对通常设置在车轮支架上的车轮-轮胎组合进行转向的能力。
优选地，横向板簧在中间区域中可操作地连接到致动器单元，并且在安装状态中，横向板簧被布置成通过致动器单元在横向方向上可移动，以便将转向控制运动传递到车轮支架。在本发明的意义上，术语“横向方向”特别地意味着横向于机动车辆的直线向前行进方向的水平方向。这样，可以实现特别紧凑的布置，用于通过横向板簧将转向控制运动传递到车轮支架。
特别地，致动器单元可以可操作地连接或为了信号的目的连接到机动车辆的转向装置。
如果横向板簧的中间区域至少部分地布置在致动器单元的壳体中，则可以进一步提高用于将转向控制运动通过横向板簧传递到车轮支架的装置的紧凑性。由于所提出的致动器单元和横向板簧的中间区域的集成结构，用于通过横向板簧将转向控制运动传递到车轮支架的装置也可以被有效地保护以免受环境影响。
在独立悬架系统的优选实施例中，每个多连杆车轮悬架具有布置在车轮-轮胎组合的车轮轴线上方的至少一个上部横向控制臂和布置在车轮-轮胎组合的车轮轴线下方的至少一个下部横向控制臂。在此，在安装状态中并且在竖直方向上观察，横向板簧布置在至少一个上部横向控制臂和至少一个下部横向控制臂之间。这样，在通过横向板簧将转向控制运动传递到车轮支架时，可以实现特别有利的力和力矩状态。
横向板簧可以例如由钢制成。优选地，横向板簧主要由纤维增强塑料(FRP)构成。这样，与由钢制成的传统横向板簧相比，横向板簧可以具有特别高的重量减轻。
在本发明的上下文中，术语“主要”特别指超过体积的50％，优选超过体积的70％，特别优选超过体积的90％的比例。特别地，该术语包括横向板簧完全由纤维增强塑料构成的可能性，即体积的100％。
纤维增强塑料尤其可以包括碳纤维增强塑料(CFRP)和/或玻璃纤维增强塑料(GFRP)和/或芳纶纤维增强塑料(AFRP)。
在本发明的另一方面，提出了一种机动车辆，其包括至少一个电动动力驱动马达和作为用于所述至少一个电动动力驱动马达的能量源的电化学能量转换器。此外，机动车辆在至少一个车辆轴上配备有根据本发明的独立悬架系统，并且具有可操作地或为了信号目的与机动车辆的转向装置连接的致动器单元。
在此，独立悬架系统的控制臂各自在上部结构端部处可枢转地附接到机动车辆的底盘，并且在车轮支架端部处可枢转地附接到机动车辆的车轮支架。横向板簧在每个端部处可枢转地连接到至少一个车辆轴的两个车轮支架中的一个，所述两个车轮支架在横向方向上彼此相对地放置。此外，横向板簧在中间区域中可操作地连接到致动器单元，并且在安装状态中，横向板簧被布置成通过致动器单元在横向方向上可移动，以便将转向控制运动传递到车轮支架。
此外，电化学能量转换器至少部分地布置在安装空间中，该安装空间在横向方向上由左侧多连杆车轮悬架的控制臂的上部结构端部和右侧多连杆悬架的控制臂的上部结构端部界定，并且在平行于直线前进方向的方向上由致动器单元和横向板簧界定。
结合独立悬架系统提出的所述优点可以完全转移到这样的机动车辆。
在这种机动车辆中，电化学能量转换器也可以构造为燃料电池堆。在此，车辆附加地配备有用于存储在正常情况下为气态的燃料的气罐，并且电化学能量转换器和/或气罐至少部分地布置在安装空间中，该安装空间在横向方向上由左侧多连杆车轮悬架的控制臂的上部结构端部和右侧多连杆车轮悬架的控制臂的上部结构端部界定，并且在平行于直线行驶方向的方向上由致动器单元和横向板簧界定。
在机动车辆的优选实施例中，至少一个电动动力驱动马达形成为轮毂马达，并且集成在机动车辆的车轮-轮胎组合中的一个中。这样，可以释放额外的安装空间以布置电化学能量转换器和/或气罐，该空间可以与控制臂的上部结构端部之间的空间结合以形成内聚的安装空间。
在本发明的另一方面中，提出了一种机动车辆，其包括至少一个构成为气体发动机的驱动马达和用于存储在正常条件下为气态的燃料的气罐。此外，机动车辆在至少一个车辆轴上配备有根据本发明的独立悬架系统，并且具有可操作地与机动车辆的转向装置连接或为了信号目的与机动车辆的转向装置连接的致动器单元。
术语“气体发动机”在本文中特别指由在正常条件下为气态的燃料提供动力的内燃发动机。
在此，独立悬架系统的控制臂各自在上部结构端部处可枢转地附接到机动车辆的底盘，并且在车轮支架端部处可枢转地附接到机动车辆的车轮支架。横向板簧在每个端部处可枢转地连接到至少一个车辆轴的两个车轮支架中的一个，所述两个车轮支架在横向方向上彼此相对地放置。此外，横向板簧在中间区域中可操作地连接到致动器单元，并且在安装状态中布置成通过致动器单元在横向方向上可移动，以便将转向控制运动传递到车轮支架。
此外，所述气罐至少部分地布置在安装空间中，所述安装空间在横向方向上由所述左侧多连杆车轮悬架的控制臂的上部结构端部和所述右侧多连杆车轮悬架的控制臂的上部结构端部界定，并且在平行于直线前进方向的方向上由致动器单元和横向板簧界定。
优选地，致动器单元和横向板簧的中间区域由共同的壳体接收，从而提供紧凑的结构并且有效地保护用于通过横向板簧将转向控制运动传递到车轮支架的装置不受外部环境影响。
在两种类型的所提出的机动车辆中，致动器单元与横向板簧的中间区域的可操作连接例如可以这样实现，即致动器单元与机动车辆的转向器可操作地连接并且设置用于将由转向器传递的转向控制运动传递到可横向运动的横向板簧上。
在本发明的意义上，术语“设置用于”特别地意味着为此目的而特别地编程、设计或安排。
在一个替代实施例中，致动器单元可以包括机电致动器，例如线性驱动器，其由来自机动车辆的线控转向的转向系统的电转向信号控制，并且被设置成根据电转向信号以预定方式移动可在横向方向上移动的横向板簧。
附图说明
在从属权利要求和随后的附图描述中描述了本发明的其它有利实施例。附图显示：
图1是具有根据本发明的独立悬架系统的机动车辆的示意性局部俯视图。
具体实施方式
图1以示意性的局部视图和俯视图示出了构造为汽车、尤其是电动车辆的机动车辆10，其中，根据本发明的独立悬架系统28的一个可能的实施例位于机动车辆10的车辆轴上。机动车辆10具有两个电动动力驱动马达12a，12b和一个电化学能量转换器14作为它们的能量源。在该特定实施例中，电化学能量转换器14由锂离子蓄电池构成。
在替代实施例中，电化学能量转换器14也可构成为燃料电池堆；在这种情况下，电动车辆另外配备有用于存储在正常条件下为气态的燃料的气罐。
在替代实施例中，机动车辆10还可包括构成为气体发动机(即由在正常条件下为气态的燃料提供动力的内燃发动机)的驱动马达。在这种情况下，机动车辆10也配备有用于存储在正常条件下为气态的燃料的气罐。
机动车辆10具有左侧车轮支架24a和右侧车轮支架24b，它们设置在车辆轴上以便各自接收机动车辆10的车轮-轮胎组合26a，26b。车轮-轮胎组合26a，26b以已知的方式安装在相应的车轮支架24a，24b上，以便可围绕车轮轴线44a，44b旋转。
机动车辆10的两个电动动力驱动马达12a，12b被配置为轮毂马达和/或每个以已知方式集成在机动车辆10的车轮-轮胎组合26a，26b之一中。
独立悬架系统28包括用于悬挂左侧车轮支架24a和右侧车轮支架24b的左侧多连杆车轮悬架30a和右侧多连杆车轮悬架30b。两个多连杆车轮悬架30a，30b中的每一个具有形成为单杆控制臂的四个控制臂32a，32b，34a，34b，36a，36b，38a，38b，所述单杆控制臂例如可以由铝合金制成。控制臂32a，32b，34a，34b，36a，36b，38a，38b在上部结构端部处可枢转地安装在机动车辆10的底盘16或副车架上并且在车轮支架端部处可枢转地安装在相应的车轮支架24a，24b上。每个控制臂32a，32b，34a，34b，36a，36b，38a，38b的上部结构端部和车轮支架端部通过用作球头节的两个橡胶轴承可枢转地安装。
每个多连杆车轮悬架30a，30b的控制臂32a，32b，34a，34b，36a，36b，38a，38b中的两个控制臂32a，32b，34a，34b被配置为上部横向控制臂，并且基本水平地布置在相应车轮-轮胎组合26a，26b的车轮轴线44a，44b上方。每个多连杆车轮悬架30a，30b的控制臂32a，32b，34a，34b，36a，36b，38a，38b中的两个另外的控制臂36a，36b，38a，38b被配置为下部横向控制臂，并且基本水平地布置在相应车轮-轮胎组合26a，26b的车轮轴线44a，44b下方。
此外，独立悬架系统28包括用于悬架机动车辆10的上部结构的横向板簧40。在该特定的示例性实施例中，横向板簧40主要由超过95％体积的纤维增强塑料(FRP)构成。纤维增强塑料例如是碳纤维增强环氧树脂(CFP)。在图1所示的安装状态中，长形的横向板簧40位于一个平面(YZ平面)中，该平面垂直于机动车辆10的直线行驶方向48设置。横向板簧40具有基本上矩形的横截面，该横截面沿着其延伸方向变化以实现预定的弹簧曲线。在图1的俯视图中，横向板簧40的延伸方向横向于机动车辆10的直线行驶方向48设置。在独立悬架系统28的安装状态下，从竖直方向看，横向板簧40布置在上部横向控制臂32a，32b，34a，34b和下部横向控制臂36a，36b，38a，38b之间。横向板簧40在每个端部处可枢转地连接到在横向方向上彼此相对放置的车轮支架24a，24b中的一个的前部区域，并且以这种方式执行车轮引导控制臂的功能。
机动车辆10还包括致动器单元18，其出于信号目的连接到机动车辆10的配置为线控转向系统的转向装置(未示出)。致动器单元18包含以线性驱动器形式的机电致动器，其在机动车辆10的横向方向上起作用。致动器单元18或线性驱动器为了信号的目的而连接到线控转向系统，并且可以由电动转向信号22控制。
横向板簧40在其两个端部之间具有中间区域42，该中间区域与致动器单元18可操作地连接。可操作地连接被构造成使得在安装状态下，横向板簧40的中间区域42被布置成通过致动器单元18在横向方向上可移动，以便将转向控制运动传递到车轮支架24a，24b。这样，横向板簧40被可操作地连接到机动车辆10的转向装置，并且来自线控转向系统的电动转向信号被转换成横向板簧40在横向方向上的线性运动，通过该线性运动，能够设定车轮支架24a，24b或车轮-轮胎组合26a，26b的跟踪角。
横向板簧40的中间区域42完全布置在致动器单元18的壳体20中，使得致动器单元18和横向板簧40的中间区域42由共同壳体20容纳。这样，横向板簧40和致动器单元18之间的可操作地连接可以有效地保护免受环境影响。此外，致动器单元18的壳体20固定地(刚性地或可释放地)连接到机动车辆10的底盘16。
安装空间46在横向方向上由左侧多连杆车轮悬架30a的控制臂32a，34a，36a，38a的上部结构端部和由右侧多连杆车轮悬架30b的控制臂32b，34b，36b，38b的上部结构端部界定，并且在平行于直线前进方向48的方向上由致动器单元18和横向板簧40界定。该安装空间46部分地容纳电化学能量转换器14。
在机动车辆装备有气罐的其它上述实施例中，气罐可以部分地布置在安装空间中，该安装空间在横向方向上由左侧多连杆车轮悬架的控制臂的上部结构端部和由右侧多连杆车轮悬架的控制臂的上部结构端部界定，并且在平行于直线前进方向的方向上由致动器单元和横向板簧界定。
附图标记列表：
10 机动车辆
12a 电动动力驱动马达
12b 电动动力驱动马达
14 电化学能量转换器
16 底盘
18 致动器单元
20 壳体
22 电动转向信号
24a 左侧车轮支架
24b 右侧车轮支架
26a 车轮-轮胎组合
26b 车轮-轮胎组合
28 独立悬架系统
30a 左侧多连杆悬架
30b 右侧多连杆悬架
32a 上部控制臂
32b 上部控制臂
34a 上部控制臂
34b 上部控制臂
36a 下部控制臂
36b 下部控制臂
38a 下部控制臂
38b 下部控制臂
40 横向板簧
42 中间区域
44a 车轮轴
44b 车轮轴
46 安装空间
48 直线前进方向