本发明涉及车辆悬架。其既涉及车轮相对于车辆底盘的导引，又涉 及车轮相对于底盘变位的控制。

已知车轮安装在轮毂上，轮毂通过构成车轮旋转轴线的滚动轴承安 装在轮架上。车轮的导引包括允许轮架相对于车体作足以缓冲车辆的移 动。与此同时，车轮的导引必须如此：车辆的行驶轨迹必须作尽可能严 格的控制。所寻求的变位在垂直方向具有很大的范围。因此可能需要在 纵向允许有轻微的运动，而较理想的是，力求避免任何横向的相对运动。 此外，必须严格地控制可能引起的转向与车轮外倾角的变化，因而这也 造成了设计上的限制，这是本领域的普通技术人员所必须考虑的。

如果车轮“平面”是指垂直于车轮旋转轴线并且通过车轮中央、或 者更准确地说是通过轮胎或安装在车轮上的弹性外胎与路面的接地区域 中央的平面，则对变位的控制相当于确定这样的导引：其必须保证所述 车轮平面相对于底盘的一严格控制的位置。

除了导引车轮的平面之外，悬架还必须保证车辆负荷传递到车轮 上，并且控制由导引允许的运动幅度。这通常是弹簧与减振器的功能或 者是将弹簧功能(弹性)与阻尼功能(防止振动持续)组合元件的功能。

目前在车辆上所采用的所有悬架或多或少都有些笨重的特点。其悬 架臂必须具有一定的长度，从而，其角运动不会附带有例如过大的轨迹 变化(悬架简图)。即使采用麦克菲逊(MacPherson)烛式悬架，这种 悬架由于其较大的空间而使得其应用日益扩大，其中这种较大的空间使 得可在横向位置安装发动机装置，但这种悬架也具有许多不足，包括其 大的总高度。

此外，在悬架舒适性与路面操作稳定性之间，为寻求更好的折衷方 案，而提出了所谓的主动或半主动悬架装置，由于电子技术的进展，而 使得这种主动或半主动悬架的操作成为可行。总的说来，由于增大了弹 簧和/或减振器的体积、或者由于增加了构成弹簧或减振器的附属元件， 因此在车辆上安装这种悬架甚至要占据更大的空间。

本发明的目的是提供一种完全的车轮连接总成，其易于结合到一车 辆上，而同时可使其构成一悬架，该悬架的弹性与阻尼特性可被有效地 控制。

本发明提供一种车轮连接总成，其用于给汽车提供悬架。所述总成 包括支承车轮的一轮毂，所述车轮大体包括一轮盘和一轮辋，所述轮辋 具有一参考宽度和一参考直径，所述总成包括限定轮毂的旋转轴线的一 轮架，一支承件包括用于导引轮架相对于支承件的移动的一导引件，支 承件包括用于将其安装到一车辆底盘上的安装装置，所述轮架通过一单 根细长杆安装在导引件上，所述细长杆相对于一导引件滑动并且由该导 引件导引，从而被安装成可绕滑动轴线转动，所述轮架安装在所述杆的 两端，所述总成包括支承车辆负荷的装置，其中所述的负荷是由支承件 传递到轮架上的，其特征是：轮架、杆和导引件安装在一限定的封闭壳 内，该封闭壳径向由参考直径限定，其轴向的一侧由所述车轮的轮盘而 另一侧由与轮辋相切的一假想面公同限定。

在本说明书中，术语“参考”是指用作总成设计的一参考点的总尺 寸，虽然车轮本身可拆卸，可认为其不构成所述总成的一部分。实际上， 所述总成将被设计成用来容纳一个或一些具有特定尺寸的车轮。所述的 参考给出了对总成元件的总的尺寸限制，而不管车轮与相应的轮胎或弹 性外胎的实际情况如何。

本发明提供了可结合用于车轮变位所需的导引的一总成，和可确保 所需弹性以及车轮内控制变位的元件。因此，悬架的基本功能(导引车 轮平面、在所要求的方向变位[变位]和控制所述的变位运动)被结合到 了车轮实际的空间内部。这样就可用任意合适的方式将该总成非常简单 地固定到车辆底盘上，尤其是用刚性的方式。在后一情况下，本发明允 许非常简单的操作，因为总成与车辆底盘的连接除了保证传递力外，再 无其它功能。

为了降低径向总尺寸，本发明最好在车轮内的空间中安装尽可能多 的用于悬架的元件，即在轮盘的一侧并且径向位于轮辋内的空间中。

目前已有的电子控制装置可比液压或气动元件更快更直接地操纵电 机。因此，在一特别有利的变换实施例中，本发明提供了采用一往复或 旋转电机来控制车轮的变位。因此提供了这样的一种布置，使得可将这 样的一种电机安装在本发明的总成内，而同时明显地将其保持在车轮内 部空间的范围内。因此本发明具有特别适于悬架特性的主动控制之优 点，尤其是对悬架特性的直接电子控制。

可注意到，如果所述杆的移动导引是“无摩擦”的，即包括尽可能 小的摩擦，则可更容易地控制这种变位，因为其不会受到外来摩擦的影 响，其中这种外来摩擦的范围总是变化的。滚动导引尤其适用。可采用 与布置在杆上的作用面相配的滚柱，这些滚柱可转动地相对于导引件安 装。也可设想具有彼此滑动的接触面，只要对它们进行适当的处理或充 分润滑即可。例如，可采用一液体轴承。该变换实施例尤其适于由机电 装置来控制变位运动，该机电装置可为控制的目的而被操作，因为不存 在干摩擦，而简化了其操作和改善了总的性能。

本发明既可适于操作转向车轮和驱动车轮，也可适于转向与驱动同 时进行的车轮。通过安装一枢轴和安装用于转向的控制点即可实现。在 操作转向车轮的情况下，可将车轮的枢轴轴线布置在上面定义的车轮平 面内，即可采用所谓的“轴线内的枢轴”(pivot in axis)方案。可安 装用于将一力矩传递给车轮(力矩拾取)的元件。该元件与一传统的传 动轴啮合或者直接由一牵引马达啮合，例如由一电动机啮合，在该情况 中，其本身可构成本发明的总成的一部分。在后一情况中，需产生的力 矩是来自于一马达，因此可使马达略为伸出车轮空间之外。但是，即使 在该情况中，马达定子仍可支承在所述总成内，从而反作用力矩作用于 所述总成内。这也有利于总成的高度紧凑性，同时可执行希望的所有功 能，并且使得该总成易于安装和适于安装在车辆上。

由如下的非限定性实施例并参照附图，可以更好地理解本发明，其 中：

图1是本发明第一实施例沿图2的I-I线方向的局部剖视图；

图2是本发明第一实施例沿图1的II-II线方向的局部剖视图；

图3是本发明第一实施例沿图2的III-III线方向的剖视图；

图4是本发明第一实施例沿图2的IV-IV线方向的剖视图；

图5是一主视图，其中在垂直于旋转轴线平面内诸局部剖面，表示 本发明第二实施例；

图6是本发明第二实施例沿图5的C8-C’B和P-P’剖面的局部剖视 图，

图7是沿图2的VII-VII线方向的剖视图；

图8是沿图9的VIII-VIII方向的局部剖视图，表示本发明第三实施例；

图9是本发明第三实施例沿图8的IX-IX方向的局部剖视图。

各附图表示轮胎1安装在轮辋10上，后者由两个可轴向分离的部件11 和12组成，根据可用的工艺方法之一，可以将轮胎1安装到一轮辋上。 当然也可采用其它方案，例如永久地固定到其轮辋上的轮胎或者非膨胀 或非充气轮胎。

轮辋10连接到轮盘13上。轮辋10和轮盘13构成车轮14。该车轮14由 螺栓16安装在轮毂15上。制动盘17与轮毂15连为一体。有关将车轮与制 动盘安装到轮毂上的技术细节是本领域的普通技术人员所公知的，因此 无需作更透彻的解释。仅需指出的是：在制动盘17与轮毂15之间可设置 较小尺寸的安装部件，该安装部件的操作力由紧固螺栓16承受。一齿轮 18类似地与轮毂15连为一体，其中齿轮18的作用将在后描述。轮毂15与 齿轮18由一组销钉19构成为一体，从而不仅使两者彼此保持在一起，而 且确保扭矩在齿轮18与轮毂15之间传递。刚刚所述的分总成构成本发明 总成的旋转部件。其旋转轴线为XX’。

这些旋转部件通过滚动轴承2安装在轮架3上。轮架3构成一凸缘， 该凸缘插入轴向地位于轮毂15与齿轮18之间的自由空间内的滚动轴承2 的外圈22通过销钉23与轮架3连为一体。

轮架3整体地制有一杆4。轮架3包括固定于所述杆4两端的两个条状 件31、32。杆4表示本发明具有一纵轴线CC’。此外，在此给其选择了 一矩形横断面(事实上，其横断面为方形，参见图3和4)。在其它可能 的方式中(例如可以是任意多边形的横断面)，这种类型的横断面可以 阻止杆4绕其轴线CC’转动。因此杆4包括四个作用面41、42、43、44(见 图4)。轮架3和杆4以这样的方式彼此相对地布置与安装，即杆4的轴线 CC’垂直于并且交叉件于车轮14的旋转轴线XX’，尤其是将杆布置在中 央的优点在于趋向于使得悬架行程尽可能大。杆4和轮架3构成通常称为 非悬挂部件的部分，并且是不转动的。

杆4支承在一组8个滚柱64上，这些滚柱与作用面41、42、43、44两 两相配(参见图4)。这些滚柱可转动地安装在一导引件6上，以允许杆4 沿其轴线CC’移动。可注意到导引件6环绕着杆4，而轮架安装在杆4的 两端。杆设置在一外壳内，该外壳是这样限定的：其径向参考直径为ΦR， 轴向由所述车轮轮盘的宽度限定，即相应的参考宽度大致为LR。

杆4与导引件6构成一滑动路径。可注意到杆4不能绕轴线CC’独立 于导引件6转动。导引件6本身可绕杆4的轴线CC’转动地、并通过滚动 轴承56安装在支承件5内。这样导引件6和支承件5构成一枢轴，其作用 是允许轮架3相对于支承件5有一定自由度的转动。因此杆安装在一枢轴 内。也可注意到杆的中央布置亦可使其容易产生枢转；如果杆的纵轴偏 离于车轮中心，则枢转的建立最好能保证车轮转动的轴线保持在车轮的 中心，因此实质上不可能绕杆的导引件直接建立枢转(轴)。

因此在导引件6与轮架3之间有且仅有一个自由度，即沿同一轴线 CC’相对移动。该移动足可上、下。因此可产生一悬架行程，其在伸张 与压缩两方面都是足够的。作为描述，可注意到该行程可达到轮辋10内 径ΦR一半的值。当悬架的变位达到行程端部时，由弹性件、例如橡胶制 造的止动件33、34防止条状件31、32对导引件6的边缘60的直接撞击。

此外，在支承件5与导引件6之间有并且仅有一个自由度，即相对转 动，并且该相对转动是绕轴线CC’进行的。该转动的大小足以保证车轮 14的转动(转向)。在几何关系上受到了车轮14或轮架3与支承件或者将 支承件安装到车体上的机构的连接的限制，或者更准确地说，是受到了 防止车轮与非转动件接触的止动件(未示出)的限制。可注意到一操作 杆61(见图3)与导引件6连为一体。该操作杆61终止于连接点62处，该 连接点62连接到一转向控制连杆63上。当涉及非转向轮时，可通过在连 接点62处安装合适的相配杆限制车轮绕轴线CC’的转动自由度。当然， 也可在支承件的部分设置一导引件，这样，作为机械结构的结果，在支 承件与轮架之间仅有一个自由度，即沿轴线CC’移动，以产生悬架运动。

已了解由本发明提供的悬架运动是由杆4与导引件6之间可能的相对 移动来确保的。又了解到通过支承件5与导引件6之间的相对转动可使车 轮14操作转向，并且是由操作杆61来控制的。支承件可通过至少一个安 装点刚性地安装在车辆底盘上，其中所述的安装点布置在支承件上。这 是本发明所提供的车轮连接系统最起码的精致作用。

但是，本发明的总成不但允许调节车轮的外倾角，而且实际上可永 久地控制该外倾角。在这种情况下，使用许多支承安装点，以在支承件 上确定轴线AA’和偏离该轴线的一控制点B，该轴线与控制点可容纳与 底盘相连接的装置，所述的连接装置布置成可控制车轮的外倾角。

支承件5具有一筒状结构(图2)。在支承件的一端布置有两个轴瓦 50。此处是指其下端。这些轴瓦50限定了一轴线AA’。在支承件5的另 一端(此处为上端)，具有一延伸部分51(图2)，其上带有轴瓦52，该 轴瓦构成一控制点。轴瓦50与控制点B构成三个支承安装点。支承件5通 过一臂70和一杆75固定到车体上。臂70安装在车体上，以将车体的重量 传递给支承件5。该臂例如嵌入车体内。在这种情况下，保留有支承件 绕轴线AA’倾斜的自由度。该自由度可由以适当方式将杆75连接到车体 上的方式限制。但是，杆75也可用来影响控制点(轴瓦52)相对于轴瓦 50、即相对于轴线AA’的一所选择的相对位置。在该情况下，车轮14外 倾角的值可改变。如果合适的话，所述的杆75具有可调节的长度。或者， 为了在车辆运行时进行连续的控制，可由一适当的机构来推压所述杆 75。本发明允许外倾角有很宽的变化范围；这仅受到本发明的总成件与 连接到车体的一个或其它杆的连接的限制，或者是受到所述件与车体本 身相连的限制。

刚刚描述过本发明提供的车轮连接系统是如何允许车轮14在垂直方 向运动的、更准确地说是如何沿轴线CC’、即车轮14相对于车体上支承 件5的安装方向运动的。也已描述过所提供的车轮连接系统是如何控制 车轮14的转向操作及外倾角的。这样就提供了可绕轴线XX’转动的车 轮，其中轴线XX’可垂直移动。余文将描述控制车轮的转动与变位的装 置是如何与本发明所提供的车轮连接总成结合的。

首先描述悬架运动(车轮变位)。在描述本发明的实施例中，控制 杆相对于支承件的变动的装置采用下述方式。一弹簧80安装在第一凸盘 81与第二凸盘82之间，所述第一凸盘81连接到轮架3上，以便可随车轮 一起垂直运动，所述第二凸盘82与导引件6连为一体，因而其相对于车 体不能垂直运动。弹簧80安装在两个支承点(具体为凸盘81与82)之间， 其中这两个支承件偏离于杆4的轴线CC’，这样就容易将所述弹簧安装 在位于所述杆4一侧的、在车轮14内的一可利用空间内。此外可注意到， 由于弹簧80偏离于杆的轴线安装，当弹簧压缩时其余留的最小体积不会 以任何方式破坏悬架行程、例如作为杆4导引的结果而产生的行程。另 外，有足够的空间来安装弹簧，该弹簧可支承相应于车辆、例如乘用车 所承受的那些负荷的某一负荷。因此，弹簧被安装在一有限的封闭空间 内，该空间在径向是由参考直径ΦR限定，而在轴向的一侧由所述车轮轮 盘、另一侧由相切于轮辋的一假想面限定。

杆4包括在作用面42与43之间的相交处的一齿条45。一小齿轮85啮 合在所述齿条上。小齿轮85将其旋转运动传递给一机电装置87的转子 86，其定子88与导引件6连为一体。这样就将杆4的直线运动转换成旋转 运动，这种作用是由机电装置87完成的，以执行所需的阻尼功能或其它 精致的功能，从而通过适当地控制所述机电装置87而给悬架带来积极的 性能。这种精致功能的设计本身并不构成本发明的一部分，其目的是提 供实现这种功能的机械和机电装置。为完整起见，也可简单地增加一种 确保阻尼的简单方法，其中机电装置与一阻力负荷相连，并且基于与装 配在道路车辆、例如乘用运输客车上公知的电子减速制动器同样的原理 来制动其转子的转动。因此本发明可制造一种总成，其中控制变位运动 的装置安装在总的封闭的V形空间内，该空间径向由参考直径ΦR限定， 轴向由所述车轮轮盘的小于参考宽度LR两倍的一宽度限定，从而可确保 该总成非常小巧紧凑。

既然已经查考过其弹簧与阻尼功能或等效功能，让我们来了解一下 制动装置的安装。可以回想一制动盘17与轮毂15连为一体。制动力是通 过与轮架3连为一体的一制动钳90作用到制动盘17上的。制动钳90(在 图1中不可见，以至于不会忽视它)相对于杆4的轴线CC’偏离，从而可 将所述的制动钳安装在位于所述杆4未被弹簧80占据的那一侧、在车轮14 内的一空间内。杆4位于中央并且是一根，而制动钳90与弹簧相对于杆4 安装在其两侧，大致是在由车轮体积限定的空间内。当需要时，制动钳 90可通过适当的控制、例如液压或电子控制卡紧制动盘17，所述的控制 本身并不构成本发明的一部分。当然，带有一个制动盘的这种类型的制 动器只是一种设计变换，更广义地说，本发明可使用这样的制动装置， 其包括在至少一个制动轨道设置的转动部件，所述的转动部件属于所述 的总成并与轮毂连为一体，所述的总成包括向所述的轨道作用摩擦材料 的一制动件，所述的制动件与轮架连为一体，所述的制动件与所述的弹 簧相对于杆安装在其两侧。

本发明是基于应用于一驱动轮来描述的。因此，在这种特定的情况 中，该总成包括与轮毂15连为一体的一齿轮18。齿轮18与可转动地安装 在轮架3上的一小齿轮95啮合。该小齿轮95与一传动轴连为一体，以便 可通过齿轮18向所述轮毂作用一力矩。在该例子中，力矩是由与本发明 所提供的总成连为一体的一马达供给的。此处是指一电机97，称为一牵 引马达，其定子与轮架3连为一体。这种电机可以操作，以至于不仅提 供一驱动力矩，而且向轮毂15、并因此而向车轮14作用一制动力矩。或 者可采用机械式传动，所述小齿轮包括用于容纳一机械传动轴的装置， 以可通过齿轮向所述轮毂作用一力矩。制造能适应因车轮变位而产生的 长度变化、并且适当时可进行转向操作的传动轴的技术是已知的。

本发明可设计成特别小巧紧凑的车轮连接系统。在所述的实施例 中，可看出电子牵引马达本身安装在一总的封闭V形空间内，该空间径 向由参考直径ΦR限定，轴向由所述车轮轮盘的小于参考宽度LR两倍的一 宽度限定。该总成从完成其诸功能的角度看，是非常小巧紧凑的。

刚已描述了本发明最精致的车轮连接系统。这种设计在车轮的内部 空间设置有确保所需变位的导引装置。还结合有弹簧功能与阻尼功能， 这些可充当用作一主动悬架目的的改进形式。该设计结合有带有卡钳的 盘式制动器，并且还结合有机(自)动功能。其还提供有允许车轮转向 操作的枢轴，该枢轴适于安装在车体上，使其可改变外倾角。

图5、6和7表示一变位实施例，其具有上述所有功能，仅仅是外倾 角有变化。当部件相同或者仅有细微差别时，附图与说明中采用相同的 参考标记，而强调设计中的主要差别，这些差别归纳于下：杆4的轴线 与轮毂架15的旋转轴线是偏离的，枢转轴线是由布置在横向相对于杆的 轴线的导引件上的枢转点来定义的。此处其结果是枢转轴线PP’与杆4的 滑动轴线CBCB’不共轴。这样就可通过球铰链56B1和56B2取代滚动轴承(参 见第一实施例中的滚动轴承56)来进行枢转，同时设置承担足够的悬架 变位与更紧凑的部件。

支承件5B被设计成可直接安装在车辆底盘上。在本发明所提供的总 成的同一侧，所述的支承件5B通过限定枢转轴线PP’的两个球铰链56B1和 56B2连接到导引件6B上。支承件5B终止于一叉件处，该叉件可由图6清 楚地看出，而在其端部又闭合，这样可提高刚性。可看出用于车轮悬架 的机电装置87位于该叉件内。在前一实施例中，枢转轴线PP’与车轮的旋 转轴线XX’相交并且大致设置在车轮的中央平面V-V内。但是，此处导引 杆4之滑动的导引件6B相对于球铰链56B1和56B2是偏离的，这可由图5与 7非常清楚地看出。滑动轴线CBCB’位于一侧，而枢转轴线PP’位于另一侧， 因而两者是偏离的。这时，弹簧80与制动钳90两者都安装在杆4的同一 侧。

此外，还有一些基本相同的部件，尤其是与设置在杆4上的作用面 配合的滚柱64，以导引杆4。同样，还有电子牵引马达97。弹簧80安装 在第一凸盘81与第二凸盘82之间，所述第一凸盘81连接到轮架3上，以 可随车轮一起垂直运动，而所述第二凸盘82与导引件6B连为一体，因此 相对于车体不能垂直运动。在该变换实施例中，弹簧80也安装在两个支 承点(具体为凸盘81与82)之间，其中这两个支承点相对于杆4的轴线CC’ 偏离，这样就提高了紧凑性。该总成安装在按前述限定的相同封闭壳内。 杆4安装在这样的位置：所获得的空间几乎不小于轮辋10的内径ΦR。杆4 在导引件6B内的移动足以上、下。因此允许在伸张与压缩方向均有足够 的悬架行程。

也可注意到一操作杆615(图5和7)与导引件6B连为一体。操作杆61B 终止于接合点62B处，该接合点连接到一转向操作杆63B上。与导引件连 为一体的凸盘82类似地安装在该操作杆上，这样在车轮内将底盘的参考 值成比例地传输到将进行变位的车轮。

图8和9表示第三实施例，除不能改变外倾角外，其与第一实施例非 常相似。当部件相同或者仅有细微差别时，附图与说明中采用相同的参 考标记，而强调设计中的主要差别，这些差别归纳于下：该实施例主要 表示牵引，即将力矩作用到轮毂上。

所设计的支承件5C直接安装在车辆底盘上。又知与轮毂15连为一体 的齿轮18，从而确保力矩在齿轮18与轮毂15之间传递。旋转轴线为XX’。 图8表示两个电动马达971和972，称为牵引马达，这些马达的定子与轮 架3连为一体。马达971与972的转子驱动小齿轮951和952，这些小齿轮 啮合在齿轮18上。操作电动马达971和972，不仅向轮毂15作用驱动力矩、 也向其作用制动力矩。由此可看出，有足够的空间来安装多个牵引马达， 而不管这些马达的类型(例如电动的、液压的)。最好使用电动牵引马 达，它们被设计有高的最大转速，从而降低所需力矩和由此降低马达的 体积，同时保证所要求的性能稳定。具有高的最大标称速度的这种类型 的马达当然可单独使用。通过使用多个马达也可获得较高的力矩，其中 每一马达具有小的体积。安装一电动马达，其转子与齿轮18直接啮合， 由此使电动马达供给的力矩逐步增大，这本身就是一种方便的布置。所 有的设计布置的贡献在于总成十分紧凑，并且容易安装和适于安装在车 辆上。

根据要装配的车辆，并且甚至是根据要装配的车辆的车轮位置，可 设计简单的形式，这些亦构成本发明的多种用途。当然，尤其是并非在 所有情况中都需要设置一枢转和机(自)动功能。

在所述的基础上，本领域的普通技术人员也可根据其愿望进行改造 而不脱离本发明的范围。可使用一充气弹簧来代替机械弹簧。可在杆内 安装传统的液压减振器，因为对杆可容易设计成这种装置，即将其设计 成细长形和空心的，并具有一长孔，使之可将与导引件连为一体的一支 承点传输到杆内。代替集成在杆内的传统的液压减振器，也可在杆内集 成一往复机电装置，该装置可作为减振器的目的而被操作，并且其定子 连接到导引件上，而其可移动的转子连接到杆上。也可在本发明的总成 内安装一液压缸，该液压缸作用于一液气或气动装置上。这种缸也可安 装在杆内，充当一传统的液压减振器，或者可设置在所述总成内的其它 位置，例如在弹簧的相同位置。

本发明提供了结合有悬架装置所有基本功能的一基本元件，当然使 之可以通过减振元件(弹性橡胶块)来安装所述的车轮连接系统，其中 减振元件可保证总成安装点或多个安装点在底盘上的安装。如果需要的 话，用于安装到底盘上的元件也可在该总成与底盘的连接上具有某些纵 向弹性。

本发明具有这样的优点：其可提供具有纯运动学特性的悬架系统， 从而通过将滑动轴线布置成所选择的姿势、例如提供预定的外倾角，即 可容易地将其安装到车辆上，并且容易使用所述悬架系统与具有更精致 功能的其它装置的结合，例如水平悬架(通过允许支承安装点相对于车 体的实际纵向变位)或者控制外倾角。