具有车桥的商用车底盘车轴结构
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
| 专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
| 申请号 | CN202380064704.2 | 申请日 | 2023-09-07 |
| 公开(公告)号 | CN119894693A | 公开(公告)日 | 2025-04-25 |
| 申请人 | 拖车动力有限责任公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | A·贾贝尔; R·马泽克; H·穆斯; T·克里格; A·克罗格; D·祖姆多梅; | 第一发明人 | A·贾贝尔 |
| 权利人 | 拖车动力有限责任公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 拖车动力有限责任公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份： | 城市 | 当前专利权人所在城市： |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：德国埃施韦勒 | 邮编 | 当前专利权人邮编： |
| 主IPC国际分类 | B60G9/00 | 所有IPC国际分类 | B60G9/00 ; B60G7/00 ; B60G7/02 ; B60G9/02 ; B60B35/12 ; B62D59/00 ; B62D65/12 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京三友知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 刘凯文; 徐敏刚; |
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于商用车底盘的车轴结构(6)，该车轴结构具有 车轮 轴线(R)，其空间 位置 由布置在车轴结构(6)相反两侧的至少两个车轮(16)的旋 转轴 线确定。为了设计出一种车轴结构(6)，使其在车轴结构(6)区域为商用车(2)的电动驱动系统留出足够的安装空间，同时还能确保安全的驾驶性能和较高的驾驶舒适性，根据本发明，控制臂(8)在车轮轴线(R)背离枢轴 轴承 (10)的一侧通过车桥(22)相互连接，并且在车桥(22)的中心区域形成有用于连接悬架支柱(26)的固定 支架 (24)。 | ||
| 权利要求 | 1.一种用于商用车底盘的车轴结构(6)，所述车轴结构(6)具有车轮轴线(R)，所述车轮轴线(R)的空间位置由布置在所述车轴结构(6)的相反两侧的至少两个车轮(16)的旋转轴线确定，所述车轮(16)分别通过轮架(12)支撑在与该轮架(12)相连的控制臂(8)上，所述控制臂(8)沿所述车轮轴线(R)相互间隔开布置，并且分别定向在与所述车轮轴线(R)垂直的方向上，所述控制臂(8)在第一端分别具有枢轴轴承(10)，在距所述枢轴轴承(10)第一距离处具有用于将轮架(12)连接到相应控制臂(8)的接口(18)，并且在距所述枢轴轴承(10)第二距离处具有用于将相应控制臂(8)连接到弹簧元件(14)的支撑部分(20)，其特征在于，所述控制臂(8)在所述车轮轴线(R)背离所述枢轴轴承(10)的一侧通过车桥(22)相互连接，并且在所述车桥(22)的中心区域形成有用于连接悬架支柱(26)的固定支架(24)。 |
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| 说明书全文 | 具有车桥的商用车底盘车轴结构[0004] 车轮悬架旨在确保安全的操控性能，并减轻因路面不平整导致的驾驶舒适性下降。此外，它们必须在颠簸时弹性地引导车轮，而不会明显改变底盘几何形状，同时具有尽可能长的悬架行程，能够阻尼振动并且尽可能轻量化，以保持非簧载质量尽可能低。应避免过大的前束角，否则会增加轮胎磨损，尤其是轮胎宽度方向上的不均匀磨损。当前束角过大时，驱动力也可能无法完全传递到地面。由于这些要求在一定程度上相互矛盾，因此在设计和平衡之间总是需要做出妥协。 [0006] 本发明解决的问题是创造一种车轴结构，在该车轴结构区域内为商用车的电动驱动系统留出足够空间，同时仍能确保安全的操控性能和较高的驾驶舒适性。 [0007] 对于相关类型的车轴结构，该问题通过权利要求1的特征得以解决，并且对于相关类型的商用车，该问题通过权利要求10的特征得以解决。 [0008] 控制臂分别可枢转地安装在枢轴轴承中，枢轴轴承设置在车架上的固定装置中。由于控制臂在背离枢轴轴承的车轮轴线一侧通过车桥相互连接，因此对于固定在轮架上的车轮来说，能实现更好的轮距导向。两个控制臂与车桥一起形成一个U形摇臂，两个车轮分别位于摇臂的相反两侧。通过车桥，在驱动商用车时作用在车轴结构上的横向力能够有效地在两个车轮和控制臂之间分配。 [0009] 控制臂可以是一体成型的，也可以由多个部件组成。在一体成型的情况下，它们作为焊接组件或作为单个钢铸件从枢轴轴承延伸至车桥连接区域。在多部件的情况下，各个部件之间存在分隔，这些部件在分隔处连接在一起形成一个控制臂。 [0010] 车桥的设计使得车辆一侧的控制臂能够单边偏转或回弹，而不会同时以相同方式拉动或推动位于车辆另一侧的控制臂。尽管车桥优选被设计为刚性结构，但在单边负载作用下，车桥和控制臂都可以进行小幅度的扭转运动，从而至少部分补偿作用力。这样单边偏转或回弹仍然是可能的。特别是当控制臂安装在商用车车架上的固定装置中，枢轴轴承的轴承衬套设计得较软时，这种情况尤为明显。 [0011] 由于车桥布置在车轮轴线背离枢轴轴承一侧的空间中，因此控制臂之间的车轮轴线区域内的可用空间保持空闲。这种结构中不使用传统的轴管。现在，这个空闲空间可用于车轴结构所支撑车轮的电动驱动系统的驱动部件。 [0012] 在车桥的中心区域形成有用于连接悬架支柱的固定支架。通过这些悬架支柱，可以设置前束角、外倾角、倾斜角和主销后倾角。前束角描述了车轴的两个车轮前端比后端更靠近的长度差。如果车轮前端更靠近，这被称为“正前束”或“前束内收”，反之则为“负前束”或“前束外展”。外倾角则描述了车轮平面与垂直于车轮接地处且垂直于车辆纵向轴线的垂线之间的夹角。另一方面，倾斜角是斜轴与垂直于道路且垂直于车辆纵向轴线的垂线之间的夹角。 [0013] 如果车轴几何形状设计不当，有效载荷也可能导致外倾角发生变化。因此，通过悬架支柱可以根据通常运输的有效载荷适当地调整外倾角。轮胎滚动时，只有在存在侧偏角和/或外倾角时才会产生转向力。通过外倾角，可以在轮胎接地处建立有利于轮廓颗粒的应力分布。在诸如商用车这样的多轴车辆中，基本外倾角和外倾角变化用于部分补偿车辆转弯时外侧车轮因车辆侧倾趋势而产生的相对于道路的外倾角。在单轮悬架的情况下，外倾角会根据车轴原理和车轴运动学而在悬架行程中发生变化。相比之下，在刚性车轴的情况下，转弯时相对于道路的外倾角大致保持不变。在一种车轴结构中，传统的轴管被布置在相对于车轮轴线有一定偏移的车桥所取代，由于车桥相对于车轮轴线的偏移，在车轮转弯和单边偏转或回弹运动时，车轮会出现外倾角变化，这些外倾角变化是由控制臂和/或车桥的扭转运动引起的。在驱动车轴的车轴结构中，由于没有传统的轴管，且可枢转的控制臂与固定在其上的驱动车轮的连接是通过布置在相对于车轮轴线有偏移的车桥来实现的，因此需要对车轮进行额外的导向，并解决车轮力的传递问题。在商用车车轴结构的设计中，特别是包括空气弹簧车轴结构，适当地消散产生的横向力也很重要。对于车辆中的驱动车轴来说尤其如此，因为否则横向力会导致半挂车不再跟随牵引车的牵引轨迹。 [0014] 现在，通过悬架支柱可以在将车轴结构安装到商用车上时，将车轮的期望几何形状初始设置为一个值，并在商用车行驶过程中保持驱动车轮的期望外倾角、前束角、倾斜角和主销后倾角，同时传递和补偿行驶过程中产生的车轮力。悬架支柱可以通过固定支架连接到车桥。为了使车轮保持在期望的几何形状，并缓冲商用车行驶过程中产生的力，固定支架形成在车桥的中心区域。悬架支柱的第一端可以固定到固定支架上，悬架支柱的第二端连接到其中一个控制臂上。转弯时或由于有效载荷作用在控制臂上的力通过悬架支柱传递到车桥的固定支架上。因此，车桥具有稳定作用。控制臂将从悬架支柱作用在其上的力消散到车轮和车架上。 [0015] 根据本发明的一个改进方案，固定支架为设置在车桥上边缘下方的突出部形式，该突出部沿垂直于车桥的延伸方向的方向延伸。由于突出部设置在车桥上边缘下方，悬架支柱可以在低于车桥上边缘的高度处作用于车桥。通过由此产生的更长的杠杆，悬架支柱可以承受更高的力。 [0016] 根据本发明的一个改进方案，悬架支柱具有长度调节装置。通过悬架支柱，可以在车轴结构安装到商用车上之后，将车轴结构的车轮外倾角、前束角、倾斜角和主销后倾角设置为期望值。悬架支柱可以具有合适的固定长度。然而，也可以通过长度调节装置将悬架支柱的长度设置为适合车轮期望几何形状的长度，从而使车轮的几何形状可调节。长度调节可以例如通过可固定在各自伸展位置的伸缩管、通过可设置可变长度的拉紧螺栓或通过其他长度调节装置来实现。配备有长度调节装置的悬架支柱的长度不仅可以在将车轴结构安装到车辆上时设置为期望值，而且可以在车辆使用过程中进行调整。因此，可以使车轴的几何形状适应车辆的通常负载。 [0017] 根据本发明的一个改进方案，在突出部上形成有用于固定悬架支柱的固定元件，从上方看，这些固定元件的拉力方向与车桥的延伸方向成小于45°且大于0°的角度。固定元件的拉力方向在指定角度范围内的取向可以通过使固定元件相对于固定它们的固定板倾斜定向，和/或使固定元件所固定的固定板相对于车桥的延伸方向以一定角度位置布置来实现，从而产生指定的拉力方向角度。当从上方观察车桥时，悬架支柱的拉力方向与车桥的延伸方向成小于45°的角度，由此每个悬架支柱、由该悬架支柱支撑的车桥部分以及控制臂在其与车桥的连接点和悬架支柱作用于控制臂的点之间的部分形成一个力三角形，通过该力三角形，作用在这些部件上的力易于分布。因此，悬架支柱可以在垂直于车辆纵向延伸方向上有效地支撑车桥，并在商用车行驶时使车轮保持在期望的几何取向。由于该角度大于0°，悬架支柱不仅可以传递横向力，还可以将纵向力从车桥传递到车架。固定件例如可以是螺栓形式，悬架支柱可以拧在其上。然而，也可以设置钩状固定件或以其他方式形成的固定件。同样，也可以使用其他固定元件，例如通过适当设计的连接点的螺纹连接。 [0018] 根据本发明的一个改进方案，在突出部的相反两侧形成有用于固定悬架支柱的固定元件，在突出部的每一侧，至少一个悬架支柱在这些固定元件处以可旋转和/或可铰接的方式连接到相关的一个或多个固定元件，并且在车轴结构安装到商用车中并处于静止状态时，该悬架支柱以一安装角度从相关的固定元件延伸至悬架支柱至与其相关的控制臂的连接点，该安装角度与相关固定点和相关车轮的车轮中心之间的直线相差一个角度值。由于固定元件布置在突出部的相反两侧，因此可以将车辆转弯时作用在车轴结构上的横向力传递到车架的两侧。根据横向力的作用方向，布置在突出部第一侧的固定元件受到拉力，布置在突出部第二侧的固定元件受到压力。横向力在车架两侧引入，使得车轴结构在转弯时得到很好的支撑。 [0019] 根据本发明的一个改进方案，在突出部的每一侧分别布置至少两个悬架支柱，这些悬架支柱将突出部从相应的固定元件连接到相关的控制臂，并且悬架支柱的取向使得两个悬架支柱中的第一个从相关固定点和相关车轮的车轮中心之间的直线朝向控制臂向上偏离，两个悬架支柱中的第二个从相关固定点和相关车轮的车轮中心之间的直线朝向控制臂向下偏离。在这种特定布置中，当控制臂和车桥变形时，至少两个悬架支柱各自向相反方向移动，从而在各自的控制臂上并因此在固定在其上的车轮上产生一个倾斜力矩。该倾斜力矩可用于使车轮保持在期望的几何设置中。 [0020] 根据本发明的一个改进方案，悬架支柱的第一端通过分子关节与车桥连接，并且第二端通过轴向关节与控制臂连接。分子关节用于车轴支柱、悬架臂等，特别是在机动车辆中，包含橡胶状的弹性关节体，是公知的。一般来说，分子关节能够提供较高的驾驶舒适性，对外界影响(如灰尘)不敏感，并且无需维护。分子关节由内部基本为圆柱形的外壳、大致位于外壳中间的关节销以及由弹性体材料制成的套筒状关节体组成。关节体布置在外壳和关节销之间，与两个部件都紧密结合并预加载。外壳和关节销的相邻面的形状使得关节体在关节的静止状态下不会完全抵靠在外壳上。为此，优选在外壳的中心区域形成材料凹槽，该凹槽在外壳和关节体之间形成间隙。由于该间隙，关节体中的预载荷减小，从而实现分子关节的可变特性行为，特别是弹性关节体的渐进式弹簧特性，使得在低负载且大挠度的情况下，弹簧刚度较低，而在高负载且相对小挠度的情况下，弹簧刚度较高。因此，可以在车辆小位移运动时实现软阻尼和悬架，而在高负载(例如在快速执行驾驶或制动操作或路面质量较差的情况下)时具有硬特性。轴向关节允许在车辆中线性传递力，并且在需要沿车轴移动的地方都有使用。特别是当出现较高的制造公差(在这种大型焊接结构中无法避免)时，轴向关节也允许悬架支柱的安装。 [0021] 根据本发明的一个改进方案，控制臂和车桥分别通过至少三个螺纹连接相互连接。在车轴结构中，如果车轮轴线相对于车桥存在偏移，当配备该车轴结构的商用车转弯和/或控制臂偏转或回弹时，在控制臂与车桥的过渡区域会产生高剪切力和拉力。与传统的焊接连接相比，螺纹连接具有优势。然而，为了使螺纹连接能够承受足够的载荷，需要至少三个螺纹连接，以便将控制臂足够牢固且持久地连接到车桥上。 [0022] 根据本发明的一个改进方案，车桥的外端具有两个相互间隔开一定距离布置的板，在车轴结构组装到车辆上的状态下，这两块板至少大致水平定向。在两块板之间布置至少一个套筒，在车轴结构安装到车辆中的状态下，套筒的纵向中心轴线至少大致垂直延伸。两块板中的至少一个在套筒的纵向中心轴线的延长线上具有通孔，适配套筒的螺栓可以穿过该通孔。在两块板和套筒的一端之间形成中间空间，控制臂的连接元件插入该中间空间。 控制臂的连接元件同样在套筒的纵向中心轴线的延长线上具有通孔，适配套筒的螺栓可以穿过该通孔。两块板中一个至少在背向套筒的一侧具有夹紧面，螺母或螺栓头可以拧在该夹紧面上。通过上述结构，车桥和控制臂可以以简单的方式牢固连接，特别是通过一种有利的螺纹连接，该连接允许部件相互独立地安装和拆卸。套筒可以设计为简单的夹紧套筒或带有内螺纹的螺纹套筒。套筒可以例如通过焊接连接牢固地连接到一个板上，然后螺纹连接在另一个板上进行，或者套筒作为简单的间隔套筒插入到将两块板拉紧在一起的螺栓上。控制臂的连接元件可以是控制臂的板状支腿，该支腿插入到套筒和第二板之间的中间空间中，然后通过穿过通孔插入的螺栓拧到车桥上。当然，在车桥的端部可以存在多个套筒，并且通孔的数量与所使用的套筒数量相对应，使得与车桥一端相关联的控制臂可以通过多个螺栓与其连接。当控制臂通过多个螺栓与车桥连接时，可以在两个部件之间建立足够牢固、持久且无需维护的连接。需要注意的是，上述本发明的改进方案可以分别单独组合，也可以相互之间与权利要求1的主题以及其余从属权利要求的主题进行组合，只要不存在任何技术障碍且不存在强制的从属关系。 [0024] 下面将参照示例性实施方式更详细地解释本发明。在附图中： [0025] 图1：示出了安装在商用车中的电动传动系统的斜下方整体视图； [0026] 图2：示出了车轴结构的俯视图； [0027] 图3：示出了车轴结构的后视图； [0028] 图4：示出了车桥外端的放大图； [0029] 图5：示出了图4所示的车桥外端的螺纹连接图。 [0030] 图1示出了作为卡车拖车形式的商用车2的斜下方整体视图，其中安装有电动传动系统200。商用车2具有车架4，在该示例性实施方式中，车架通过三个车轴结构6支撑在地面上。中央车轴结构6具有电动传动系统200，为了简化附图，另外两个车轴结构的车桥和轴被省略。在前端区域，商用车通过中心销K放置在半挂牵引车(附图中未更详细示出)的半挂车联轴器上，并通过半挂牵引车牵引。 [0031] 所述车轴结构6在车架4的相反两侧分别具有控制臂8，每个控制臂8通过布置在固定支架中的枢轴轴承10与车架4连接。每个控制臂8上还固定有轮架12，商用车2的车轮可以拧在轮架上。在背离枢轴轴承10的一端，控制臂8还分别通过弹簧元件14支撑在车架4上。因此，在弹簧运动时，控制臂8围绕枢轴轴承10旋转，并抵抗弹性弹簧元件14中的恢复力。 [0032] 图2示出了车轴结构6的俯视图。在该视图中，车轮轴线R很明显，其空间位置由布置在车轴结构6相反两侧的至少两个车轮16的旋转轴线确定。车轮16分别通过轮架12支撑在与其连接的控制臂8上。控制臂8沿车轮轴线R相互间隔开一定距离布置，并且分别定向在与所述车轮轴线R垂直的方向上。控制臂8的第一端分别具有枢轴轴承10，在距枢轴轴承10第一距离处具有用于将轮架12连接到相应控制臂8的接口18，在距枢轴轴承10第二距离处具有用于将相应控制臂8连接到弹簧元件14的支撑部分20。 [0033] 控制臂8在背离枢轴轴承10的车轮轴线R一侧通过车桥22相互连接。控制臂8还在用于将相应控制臂8连接到弹簧元件14的支撑部分20区域与车桥22连接。在车桥22的中心区域形成有用于连接悬架支柱26的固定支架24。在所示的示例性实施方式中，固定支架24为突出部V的形式，该突出部布置在车桥22上边缘下方并垂直于车桥22的延伸方向延伸。在突出部V上形成有用于固定悬架支柱26的固定元件28a，从上方看，其拉力方向与车桥22的延伸方向成角度α，α小于45°且大于0°。 [0034] 从图2和图3中可以看出，在突出部V的每一侧分别布置至少两个悬架支柱26，这些悬架支柱将突出部V从相应的固定元件28a连接到相关的控制臂8，并且悬架支柱26的取向使得两个悬架支柱中的第一个从固定元件28a上的相关固定点和相关车轮16的车轮中心之间的直线朝向控制臂8向上偏离，两个悬架支柱中的第二个从固定元件28a上的相关固定点和相关车轮16的车轮中心之间的直线朝向控制臂8向下偏离。 [0035] 在突出部V的相反两侧形成有用于固定悬架支柱26的固定元件28a。在突出部V的每一侧，至少有一个悬架支柱26在这些固定元件处可旋转和/或可铰接地连接到相关的一个或多个固定元件28a。在车轴结构6安装到商用车上并处于静止状态时，该悬架支柱26以一安装角度从相关的固定元件28a延伸至其与相关控制臂8的连接点，该安装角度与相关固定点和相关车轮16的车轮中心之间的直线相差一个角度值。悬架支柱可以配备长度调节装置，以便能够单独调整底盘。悬架支柱26的第一端通过分子关节62与车桥22相连，并且第二端通过轴向关节64与控制臂8相连。 [0036] 图3示出了车轴结构的后视图。从该视图中可以明显看出，车桥22是一个箱形的焊接结构，由底板30、盖板38和两块侧板40组成。车桥22底部的底板30在至少大致恒定的平面上延伸至车桥22的整个宽度。侧板40以及整个车桥22的中部总高度H大于外周区域的高度。车桥22上形成有用于安装轮距导向装置32的固定元件28b。在该示例性实施方式中，轮距导向装置32采用瓦特连杆的形式。固定元件28b是一根轴，铰接板34可旋转地套在该轴上。通过铰接板34，两个叉形臂36的内端通过枢轴关节相连。叉形臂36的外端分别与一个控制臂相连。通过瓦特连杆，一个控制臂8在垂直于行驶方向上的倾斜运动可传递至另一个控制臂 8。 [0037] 图4通过放大示出车桥22的外端，显示出该端部有两块相互间隔开一定距离布置的板42a、42b。在车轴结构6组装到车辆2上的状态下，这两块板至少大致呈水平方向。至少有一个套筒44与第一块板42a牢固连接，在车轴结构6安装在车辆2中的状态下，套筒44的纵向中心轴线L(在图4中用虚线表示)至少大致呈垂直方向延伸。两块板42a、42b在套筒44纵向中心轴线L的延长线上具有通孔46，适配套筒44的螺栓48可穿过该通孔。在两块板42a、42b和套筒44的一端之间形成了中间空间50，控制臂8的连接元件52插入该中间空间。如图5所示，控制臂8的连接元件52同样在套筒44纵向中心轴线L的延长线上具有通孔46，适配套筒44的螺栓48可穿过该通孔。在该示例性实施方式中，两块板42a、42b背向套筒44的一侧都具有夹紧面54，螺母或螺栓48的头部可拧在该夹紧面上。当然，如果螺栓48与焊接在两块板 42a、42b其中一块内侧的螺纹套筒拧紧，那么仅未与螺纹套筒焊接的那块板42a、42b有夹紧面54就足够了。控制臂8和车桥22分别通过至少三个螺纹连接相连。 [0038] 图5还示出了，车桥22在图中所示的外端具有用于连接作为弹簧元件14示例的空气波纹管的紧固件。在所示示例性实施方式中，该紧固件是两个螺孔56，空气波纹管可通过这两个螺孔与车轴结构6拧紧。图4和图5中所示的车桥22的端部与两块板42a、42b以及连接元件52一起形成了连接节点58，通过该连接节点，车桥22既与控制臂8相连，又与空气波纹管相连。在该示例性实施方式中，波纹管支架60放置在位于车桥22一端的两块板42a、42b中上方的那块板上，并与车桥22牢固连接。 [0039] 本发明并不局限于上述示例性实施方式。本领域技术人员能够轻易地以他们认为合适的方式对所述示例性实施方式进行修改，以使其适应特定的应用场景。 [0040] 附图标记列表 [0041] 2 商用车 [0042] 4 车架 [0043] 6 车轴结构 [0044] 8 控制臂 [0045] 10 枢轴轴承 [0046] 12 轮架 [0047] 14 弹簧元件 [0048] 16 车轮 [0049] 18 用于连接轮架的接口 [0050] 20 支撑部分 [0051] 22 车桥 [0052] 24 固定支架 [0053] 26 悬架支柱 [0054] 28 固定元件 [0055] 30 底板 [0056] 32 轮距导向装置 [0057] 34 铰接板 [0058] 36 叉形臂 [0059] 38 盖板 [0060] 40 侧板 [0061] 42 板 [0062] 44 套筒 [0063] 46 通孔 [0064] 48 螺栓 [0065] 50 中间空间 [0066] 52 连接元件 [0067] 54 夹紧面 [0068] 56 螺孔 [0069] 58 连接节点 [0070] 60 波纹管支架 [0071] 62 分子关节 [0072] 64 轴向关节 [0073] 200 电动传动系统 [0074] R 车轮轴线 [0075] V 突出部 [0076] L 纵向中心轴线 |
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