專利名稱：車輛懸掛系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及車輛軸懸掛系統(tǒng)。
背景技術：
車輛懸掛系統(tǒng)屬于公知技術，其包括一裝置，該裝置用于將車輪連接到設有彈簧和減震器的底盤或車體上。該裝置可允許車輪產(chǎn)生基本豎直的位移，例如當行使過小凸起時，使得對車輛車體、其內部元件以及必要時用來轉動車輪以使車輛轉向的裝置的擾動最小。
到目前為止，已經(jīng)使用了很多裝置以允許各個車輪在豎直的平面內獨立運動，從而可在車輛行使過凸起或凸角時保持輪胎與路面的最大接觸，并且保持對可負面影響車輛操作的繞水平軸和豎直軸的位移的控制。例如MacPherson支柱、低連桿、扭力桿、雙叉骨式連接件、徑向臂、壓桿和懸臂軸的組合是此類系統(tǒng)中典型的公知的實施例。
用于單軌機車例如用于摩托車前輪的懸掛系統(tǒng)是熟知的，并且具有很多已經(jīng)注冊了商標的設計，例如Norton的“Road Holder”伸縮前叉、Vincent的“Girdraulic”、Ohlin的“Upside-down”伸縮叉、BMW的“Telelever”前叉、Earls的主動連接叉和Ariel的拉桿連接叉等等。
在懸掛系統(tǒng)的設計中還有很多問題需要解決，并且前面所提到類型的懸掛系統(tǒng)，若分別結合以各自的主銷后傾角(castor)、傾角(rake)、拉桿(trail)、內束(toe-in)或反前束(toe-out)的設置，則可在控制和處理上獲得可接受的折衷。
更具體而言，如果懸掛系統(tǒng)軟到可以吸收擾動并可產(chǎn)生令人滿意的駕駛感受，則在車輛受到阻力或加速時，該系統(tǒng)就會在處理俯沖和下蹲上存在問題。急剎車會使車輛前端因重心轉移而發(fā)生嚴重的俯沖，這幾乎沒有留下行程來通過彈簧上的高預載力吸收沖擊。這會暫時性地使乘客因懸掛系統(tǒng)特性的改變而感到非常不舒服。因此，反俯沖和反下蹲系統(tǒng)具有理想的特征的同時，這些特征也會損害駕駛感受并增加制造成本。
現(xiàn)代車輛和輪胎性能提高的水平已經(jīng)使這個問題更尖銳，對單軌機車例如摩托車來說問題就更加嚴重，因為摩托車在行使過彎道時必須傾斜(lean over)以抵消離心力。傾角隨著速率或彎曲半徑增大而增大，而在行使過凸起時，車輪或底盤可能發(fā)生偏移和扭曲，這會擾亂對車輛的操作和控制。在高速轉彎時，旋轉件例如車輪和引擎飛輪可建立各個負面影響操作的陀螺進動，尤其在通過一系列顛簸的彎道而改變方向時，此時前車輪/叉部的突然偏移可能產(chǎn)生嚴重的搖擺以使駕駛者失去控制。
在大多數(shù)適于摩托車的設計中，較低部分的叉部、彈簧、減震器、剎車鉗和車輪全部以相同的速率運動，當車輛以一定速率通過凸點時，這個非懸掛質量塊具有相對較高的動量。所產(chǎn)生的力可引起較大的應力和控制上的困難，這就需要對懸掛特性進行仔細的選擇。眾所周知，降低簧下重量是有好處的，但條件是不損害在叉部的強度和剛度。
在很多設計中，使用壽命因滑動表面的過早的磨損而受到影響，所述磨損會在剎車制動加載下加劇并且因附著在暴露的配合元件上的污垢而加速。
前述的因素可影響伸縮叉部在直線運動中保持車輪對準的伸縮叉部的性能，因為滑動元件之間的凈隙使它們剛度減小，而且摩擦力可以不相等。因此，必須增加叉部、車軸及其夾緊裝置的強度及剛度，以防止滑動器的非同步運動，而這將會不可避免地增加簧下重量。
類似地，主動連接叉或牽引連接叉需要一環(huán)狀元件(loop element)或一橋接元件(bridge element)以提供保持車輪對準的強度。這會增加簧下重量，因為這些元件通常以與車輪相同的速率運動，所以動量也會增加。
帶柱叉頭(girder fork)也存在這方面的問題，并且還存在另外的問題，即在距離負載施加點相對較遠的附加軸承內引起高應力。當叉部本身相對強度較大時，會因附件軸承磨損而容易發(fā)生邊路偏斜。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于車輛車輪的懸掛裝置，其包括可互換的樞軸長度相等的上部連桿、下部連桿以及一車軸支撐連桿，所述上部、下部連桿于其一端可轉動地在上部底盤和下部底盤固定點連接到底盤和車體上，這些固定點被第一間距分離，該車軸支撐連桿一端用于定位車輪軸，而在另一端通過固定點連接上部連桿和下部連桿的相對端，該固定點被第二間距分離，其中第一間距是第二間距的二倍，車軸和連桿固定點支架的中心距與上部連桿和下部連桿的樞軸長度相等，從而使得所述裝置的幾何特性可限制車軸/車輪在底盤固定點之間的直線運動，而車軸支撐連桿的角位移集中在展示與車輪軸線成90度時的輕微直線運動的軸線或中心點上。
本發(fā)明的一具體實施例設有一旋轉中心在車軸連桿的固定軸線或交點上的橫向的扭力桿，該扭力桿被連接到車軸上以提供附加的橫向穩(wěn)定性。一盤式剎車鉗定位在車軸支撐連桿上以限制俯沖，而在繞扭力桿作用的緊湊的彈簧或減震器可減小簧下重量。該扭力桿連接也在車輛相對側的車輪之間相連，以限制滾動。
對于單軌機車，例如摩托車、自行車，以及協(xié)調工作的多個連桿、扭力桿(一個或多個)、懸掛裝置和減震器的組合可提供一剛度較大且相對較輕的解決方案，以抵消車軸/車輪的偏移，尤其當車輛高速轉彎時，從而可在遇到凸起時提高其穩(wěn)定性和可控制性。
本發(fā)明的進一步的優(yōu)點包括用于單軌機車的叉部和支撐元件的硬度和強度比伸縮叉部的硬度和強度更大，并且活動零件的磨損降低了，因為通過在樞軸部使用專用的密封軸承，負載下的滑動摩擦力基本上被消除，該密封軸承可把污垢擋下外面并且其更換也比較經(jīng)濟。


下面，將結合附圖對本發(fā)明進行描述，其中圖1為表示連桿及其運動軌跡的幾何配置的簡化圖；圖2示出了在車輛受到阻力時具有典型反作用的配置；
圖3示出了在中間行程處的車輛后輪懸掛系統(tǒng)的典型的配置；圖4為摩托車的前叉和車輪的側視圖；圖5和6為表示前叉內的(一個或多個)的齒輪扭力桿的側視圖；圖7和8為具有可控制的液壓懸掛系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1。連桿1和2實質上連接到使用專用軸承(未示出)定位在車輛車體或底盤上的剛性固定體3和4上，在連桿1和2的相對端，5和6以類似的方式與可組成三角形的連桿7相連接。車輪軸8被定位于連桿7的另外一端并且描述了一基本為直線的運動，該直線運動由連桿1、2和7的連接上的軌跡9表示。從軌跡9上的各個位置穿過軸8并且與點5和6等距離的中心線的延長線相交于點10。點10展示了與車輪軸8的直線運動成90度且由字母“A”表示的相對較短的直線運動，并且當連接位于中間位置時所有的夾角θ都相等。
請參閱圖2。該圖示出了應用于車輛前輪的本發(fā)明的具體實施例。如圖所示，連桿7具有剎車鉗11一起被示出，其中剎車鉗11位于距離軸8中心的一預先確定的半徑處。在進行剎車時，因圍繞軸的M1而產(chǎn)生的力矩在路面產(chǎn)生阻力F1和經(jīng)由連接裝置的力F2，其中阻力F1使車輛減速，而力F2則設法增大距離C并抬升車輛前端。抵抗阻力的車輛慣性通過它的重心發(fā)生作用，而使重力變化ΔW被轉移到前輪12上。這一額外的負載與減速率、重心的高度和它在前后車輪之間的位置相關，該負載可產(chǎn)生向上且相反的作用力F3r。所述慣性也會在各個連接體的點3和4上產(chǎn)生0.5F1的水平的相反的作用力并產(chǎn)生水平地經(jīng)由軸8和連接桿1和2的反作用力F1r，該反作用力F1r使軸8向軌跡9的中間位置移動。反作用力F3r和F1r的合力與力F2相反，并且這些力往往在懸掛系統(tǒng)的中間行程處相互平衡。選擇最優(yōu)的沿軌跡9的車輪行程的幾何形式以及相對交點10的剎車鉗的正確連接比例和位置可在阻力作用下理想地控制車輛駕駛高度，而不必損害對本實施例中經(jīng)由元件24和25應用到連桿7上的懸掛特性S3。
請參閱圖3。這些圖是典型的在中間沖程處的車輛后輪的組裝圖，其中連桿1和2可轉動地在點3和4連接車輛車體和底盤，并且在另外一端5和6處類似地連接到連接桿7上。軸8連接在連桿7的相對端，而盤式剎車鉗11固定在林桿7的另外一端。扭力桿14的連桿13屈從地連接鄰近軸8的連桿7，以提供額外的橫向剛性并允許當車輪沿軌跡9移動時在連桿7和扭力桿14之間的徑向位移發(fā)生微小變化。扭力桿14定位在圖1所示的重合的中心點10上。杠桿15作用于支桿16的一端，而支桿的另一端在17處連接車體。該組件可被復制在例如車輛的相對側，并且可被安裝在次級框架(未示出)上，從而為車輛后輪形成懸掛系統(tǒng)和車軸配置。
請參閱圖4。該圖示出了適用于摩托車的前輪的配置。支腿18通過軛體19連接到柱體20上，其中柱體20穿過安裝在轉向頭管22內的軸承21，其中轉向頭管22是摩托車底盤(未示出)的一部分。軛體23可使叉部連接到車體上，而軸是傾斜的以提供適合車輛轉向的軌跡X和傾角θ2。前叉腿部18設有連接點3和4，而從動連桿1和2可轉動地與前叉腿部18相連接，類似地，該連桿1和2的另一端通過專用軸承和密封件(未示出)與連桿7相連接。主動連桿可穿過腿部18或繞腿部18運動，從而為前輪12的軸8提供橫向的支撐，而連桿7則可具有附在其上的剎車鉗11。元件24在點25可轉動地連接到主動連桿7上，而在它的相對的一端連接到彈簧上，其中彈簧具有雙向的減震器，該減震器定位于腿部18之上或之內(未示出)。該配置可被復制在車輪和轉向頭的任一側以獲得額外的支撐/控制。
請參閱圖5。該圖是一前叉腿部的截面圖。元件24在點25可轉動地連接于主動連桿7并同軸地穿過腿部18的內部，因此元件24可轉動地連接到元件26，該元件26具有與扭力桿28嚙合的齒輪傳動的齒條27，其中扭力桿28安裝在軛體19內部且通過軸承定位在其任意一端(未示出)。相同的前叉腿部(未示出)可通過軛體19和23定位于車輪12的另外一側，并且平行于腿部18，其中軸8由類似的連桿裝置連接。軛體19和23可通過柱體20和軸承21(未示出)連接到車輛上，以提供一用于車輛轉向的裝置。當車輛顛簸運行時，車輪12上下運動，車軸8和扭力桿28的軸被約束，從而通過齒輪齒條和扭力桿而保持彼此平行，其他設法偏轉車輪的橫向負載受到強烈的抵抗。
圖6示出了與圖5中所示配置相類似的配置的上部，兩個齒輪扭力桿28和29與元件26配合以提供額外的約束并保持車軸/車輪對齊。
請參閱圖7。該圖表示類似于如圖4、5和6中所描述的裝置的一懸掛系統(tǒng)，但并不限于上述描述。它包括安裝在通過軛體19和23固定在前叉腿部18之內的液壓支柱16，從而組件可繞安裝在軸承21(未示出)之內的柱體20轉動，以實現(xiàn)轉向目的。支柱16經(jīng)由一50∶50的分流器/流體復合器31、可調節(jié)緩沖器以及反彈減震器32連接到一氣體/油聚壓器30。在該配置中，支柱16被限制以協(xié)調地工作，而不必考慮通過元件31和/或元件32和35在它們上面產(chǎn)生的負載或壓力。聚壓器30被用來通過壓力調節(jié)而改變彈簧率，該操作可通過手工方式完成，或者通過負載傳感器(未示出)、一個CPU33和泵34自動地完成。通過使用減震器32，也對緩沖器與反彈減震器進行外部調節(jié)，使用例如速率/位置傳感器35手動地或自動地利用從CPU33傳遞過來的反饋監(jiān)測元件26的運動，從而控制相應地調節(jié)阻尼和/流速的伺服馬達36。
請參閱圖8。該圖示出了與圖7所示裝置類似的裝置，其中元件31和32被組合在一個單元內。
權利要求
1.一種用于車輛車輪的懸掛裝置，其包括可互換的樞軸長度相等的上部連桿、下部連桿以及一車軸支撐連桿，該上部連桿和下部連桿于其一端在上部底盤和下部底盤固定點與底盤和車體相連接，該固定點被第一間距分離，而車軸支撐連桿于其一端定位車軸，而于另外一端通過被第二間距分開的固定點連接上部連桿和下部連桿的另外一端，第一間距是第二間距的二倍，在車軸和連桿固定點之間的中心距與上部連桿和下部連桿的樞軸長度相等，從而所述裝置的幾何特性限制固定點之間的車軸/車輪的直線運動，并且車軸支撐連桿的角位移集中在展示與車輪軸線成90度時的輕微直線運動的軸線或中心點相重合。
2.如權利要求1所述的車輛懸掛裝置，其中上部連桿和下部連桿具有水平偏置的軸心，所述上部連桿和下部連桿一端連接到底盤或車體，而另一端連接到車軸支撐連桿的一側，其中車軸支撐連桿在另外一側設有在其上突出也在該處終止的柱狀軸，具有類似偏置軸心的附加連桿屈從地連接到與車軸中心線同心的車軸支撐連桿的另外一側，該車軸支撐連桿在上部和下部連桿固定體之間穿過直到一扭力桿或管件，該扭力桿或管件的軸線與權利要求1的中心點相重合。
3.如權利要求1所述的車輛懸掛裝置，其中多個連桿經(jīng)由一槽體從腿部穿過，而上部連桿和下部連桿都連接到槽體的任何一側的凸起上，而車軸/連桿在多個固定體之間移動，其中槽體的側邊為連桿和安裝于其上的車輪提供附加的橫向穩(wěn)定性和導引，所述腿部從而豎直位置傾斜以提供齒條和拉桿，且所述腿部在其各端通過樞軸連接到底盤上，以實現(xiàn)所述車輛的轉向。
4.如權利要求1和3所述的車輛懸掛裝置，其中腿部在上部連桿的上方延伸并且設有上、下偏置的軛體以連接到單軌機車的底盤，上述連接通過設置在前輪上方和正上方的樞軸連接實現(xiàn)，從而實現(xiàn)轉向，并且其中可使用對稱的上、下軛體在車輪的任何一側復制該裝置，以提供額外的穩(wěn)定性。
5.如權利要求1、2、3或4所述的車輛懸掛裝置，具有用于停止車輛的裝置例如盤式剎車，其中該剎車鉗固定在車軸連桿上，并且相對權利要求1或2中所指軸線和幾何形狀定位，從而在車輛受到阻力時的反作用力可被基本平衡，且簧下重量的沖量被達到最小。
6.如權利要求4所述的車輛懸掛裝置，其中一個或多個齒輪扭力桿可轉動地連接到下部叉部軛體，齒條嚙合的齒輪經(jīng)由連通滲透作用插入到定位于中空腿部內的往復裝置，而所述往復裝置的上端被彈簧限制，而其下端通過樞軸連接與車軸連桿連接以提供懸掛。
7.如權利要求6所述的車輛懸掛裝置，其包括獨立的對速率有意識的彈簧和/或阻尼裝置，也就是說阻力隨速率而變化，該裝置通過至少一個齒輪扭力桿例如離心剎車、控制器或其他公知裝置來改變阻力并控制所安裝的車輪的顛簸和反彈運動。
8.如前面任何一項權利要求所述的用于車輛車輪的懸掛裝置，其包括經(jīng)由一現(xiàn)有設計的“50∶50的分流器/復合器”對接到公共的氣體/油液積聚器的液壓缸，不考慮負載和壓力影響，該液壓缸可以保持車軸的同時進行平行運動。
9.如前面任何一項權利要求所述的車輛懸掛裝置，其包括具有速度/位置傳感器的獨立的減震器，該傳感器被連接到一個CPU上，該CPU具有一可控制和改變通過減震器的液流的裝置，以保持對準。
10.如權利要求8所述的車輛懸掛裝置，其包括獨立可調的減震器，該減震器與“50∶50的分流器/復合器”結合為整體。
11.如前面任何一項權利要求所述的車輛懸掛裝置，其包括用于獨立調節(jié)彈簧率、顛簸和反彈阻尼特性的外部裝置。
12.其他設計中用于單軌機車的懸掛裝置，其后續(xù)公開內容合并了權利要求1、2、6、7或10的部分或全部特征以提高其性能。
全文摘要
一種車輛車輪的懸掛裝置，其包括可互換的樞軸長度相等的多個連桿(1，2)以及一車軸支撐連桿(7)，該連桿(1，2)于其一端在上部底盤和下部底盤固定點(3，4)與底盤和車體相連接，其中車軸支撐連桿于其一端定位車軸(8)，而于另外一端(5，6)通過固定點連接連桿的另外一端(1，2)，固定體(3，4)之間的間距是(5，6)之間的間距的二倍，在車軸和連桿固定點之間的中心距與連桿(1，2)的樞軸長度相等，從而所述裝置的幾何特性限制固定點之間的車軸/車輪的直線運動，并且車軸連桿的角位移集中在展示與車輪軸線成90度時的輕微直線運動的軸線(10)或中心點上。
文檔編號F16F9/44GK1655982SQ03811769
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月22日 優(yōu)先權日2002年5月23日
發(fā)明者埃德溫·魯濱遜 申請人:埃德溫·魯濱遜