CN1890119A - 具有可变扭转刚度的稳定杆 - Google Patents

Abstract

一种用于控制汽车的侧倾情况的稳定杆(D)具有左、右节段(16、18)，各节段均带有扭转杆(24)和转矩臂(26)。扭转杆沿着横轴(X)对齐并附连于车辆的结构部件(B)上，而转矩臂连接于车辆悬架***(A)的左、右控制臂(2)上。此外，杆具有位于这两个节段的扭转杆之间的耦联装置(20)和连接于耦联装置上的阀(22)，它们全部用于控制杆的扭转刚度。当一个扭转杆相对于另一个扭转杆离开中性位置转动时，耦联装置内的活塞(40)将磁电流变性流体从耦联装置排出。阀内有限流器(98)和线圈(104)，线圈位于限流器处以便控制此处的流体粘性，并且这样就确定了流体从腔中排出的速度，所述速度又确定了使活塞运动所需的力进而最终确定了稳定杆的扭转刚度。

Description

具有可变扭转刚度的稳定杆

相关申请的交叉引用

本申请源于2003年12月9日提交的美国实用新型申请no.10/731,662并要求该申请的优先权。

技术领域

本发明涉及汽车用悬架***，尤其涉及一种用于悬架***的稳定杆。

背景技术

典型的乘用车具有独立悬挂的前轮，类似车辆如运动用车辆、有篷货车和轻型卡车也是如此。为了防止在这种车辆特别是以高速过弯时车体发生过大的侧倾，车辆装备有连接于其前悬架侧面上的稳定杆。这种车辆的每一侧包括至少一个控制臂和车轮端部附连于其上的转向节，其中前轮之一安装于车轮端部上。稳定杆只不过是构成扭转杆，其跨过车辆前部横向延伸，在车辆的前部处附连于车辆的车架或主体上，但仍可自由转动。在其端部，稳定杆具有附连于控制臂上的转矩臂。因此，所述控制臂倾向于共同沿相同的方向运动并且将调节并阻碍侧倾的力传递至车架。

尽管当车辆过弯、特别是在铺砌的路面上高速过弯时，稳定杆将会改善车辆的控制与取向，但当车辆沿着直路面行进时这会有损于行驶。而且，其使得在低速下的行驶，无论是直行还是转弯，都比原来的情况更不舒适。毕竟，当一个车轮如因遇到凸起而向上偏转时，另一个车轮将会也试图抬起，因为稳定杆连接着两个车轮所用的控制臂，并且将方向相对的力施加于车辆车架上。当车辆驶离道路或者在不平坦的路面上行驶时，这样可能产生摇动，这种现象有时称作“防滚杆摇摆(antiroll barwaddle)”。因此，不同的行车条件需要具有不同扭转刚度的稳定杆。一种极限情况是离开路面并在第二路面上以较低速度行驶时遇到的条件以及在铺砌的道路的直段上遇到的情况。这些条件需要较低的扭转刚度。另一种极限情况是当以高速在铺砌的路面上过弯时遇到的条件。这些条件需要较高的刚度。大多数稳定杆具有高刚度以便抵抗侧倾并在转弯时保持控制。

附图说明

图1为带有本发明的稳定杆的悬架***；

图2为纵向视图，部分拆去并且沿稳定杆的耦联装置与阀剖开；

图3为沿图2的线3-3剖开的剖视图；以及

图4为沿图3的线4-4的不完整剖视图。

在这几个视图中，相应参考符号表示相应的零件。

具体实施方式

现在参看附图，汽车具有悬架***A(图1)，其附连于车辆的刚性结构部件B，如车架或成为一体的车体上。悬架***A将左、右车轮C耦联于结构部件B上，以便使得车轮C可以相对于结构部件B垂直移动。悬架***A包括附连于结构部件B两侧上的稳定杆D，并且实际上连接着左、右车轮C。这种设置结构使得当车体及其结构部件B侧倾时，在两个车轮C之间延伸的稳定杆D抵抗侧倾倾向，当然，假定其拥有良好的扭转刚度量值。但是当车轮C之一垂直移动时，杆D可将力传递至相对的车轮C并且如果杆D拥有相同的扭转刚度，则该力将会沿与该位移相同的方向推动相对的车轮。实际上，杆D的扭转刚度可以改变以便适应不同的道路和行车条件。

更详细地考虑悬架***A，其可以是双叉形架或麦弗逊(McPherson)支柱悬架。在车辆的每一侧上，无论哪一个都包括(图1)控制臂2，控制臂2附连于结构部件B上以便使得其可以绕着轴线枢转，所述轴线相对于车辆大致沿纵向延伸。控制臂2从该枢转轴线沿侧向延伸，并且在其外侧端与悬架立柱4安装在一起，这两者耦联在一起以便使得他们可以相对于彼此绕枢轴转动。当悬架立柱4操纵车辆时，其采取通过万向枢轴——如球窝式接头——耦联于控制臂2上的转向节的形式。无论如何，悬架立柱4支承着车轮端部6，车轮C之一附连于所述车轮端部6上。典型的车轮端部6具有壳体、轮毂和轴承，其中所述壳体附连于立柱4上，车轮C固定于所述轮毂上，所述轴承位于轮毂与壳体之间以便使得轮毂与车轮C能够在悬架立柱4上以最小摩擦转动。最后，在车辆的每一侧上，悬架***A都具有弹簧8或扭转杆，该弹簧8或扭转杆在控制臂2与结构部件B之间延伸以便使车辆支承于车轮C上，控制臂2朝向所述车轮C延伸。稳定杆D包括(图1)左节段16和右节段18以及位于节段16与18之间的耦联装置20，并且还包括连接于耦联装置20上的阀22。每个节段16、18又包括扭转杆24和转矩臂26。扭转杆24在车辆上横向延伸并且沿着公共横轴X放置。每一个均由轴套28围绕，夹紧托架30安装于所述轴套28上。托架30又牢固地附连于结构部件B上以便由此将稳定杆D固定于部件B上。即使如此，扭转杆24仍可以在其相应的轴套28内转动。转矩臂26从扭转杆24的外侧端相对于轴线X成相当大的角度延伸，并且基本上沿纵向位于车辆中。在它们远离扭转杆24的端部处，它们通过垂直连杆32连接于控制臂2上，左节段16的扭转臂26通过一个连杆32连接于左控制臂2上，而右节段16的扭转臂26通过另一个连杆32连接于右控制臂2上。

耦联装置20与阀22一起控制着稳定杆D的扭转刚度。而耦联装置20位于左节段16与右节段18之间，阀22的位置可以远离所述节段16和18，其可能位于结构部件B上。这两者通过柔性流体管线34连接。

首先考虑耦联装置20，其具有若干耦联构件，所述耦联构件包括(图2)壳体36、相对于壳体36转动的转子38和也位于壳体36内的活塞40，其中活塞40相对于壳体36沿轴向运动但不转动。此外，耦联装置20具有滚动元件，所述滚动元件通常呈位于转子38和活塞40之间的柱形辊的形式。壳体36在远离左节段的连杆31的端部处刚性附连于左节段16上，而转子38刚性附连于右节段18上。这样，耦联装置20就位于两个夹紧托架30之间，稳定杆D在此处附连于结构部件B上。耦联装置20使得两个节段16和18能够彼此相对转动，尽管所转过的弧通常不超过20°，并且其还能够将两个节段16和18锁定在一起。

壳体36包括(图2)端壁46和轴向壁48，所述端壁46牢固地附连于左节段16的扭转杆24上，所述轴向壁48从端壁46延伸并且封闭了转子38与活塞40两者。端壁46包含花键式键槽50，其中心沿着轴线X并且通向由轴向壁48所封闭的容积。轴向壁48具有圆柱形的平滑内表面52，其中心也沿着轴线X。壳体36还包括端盖54，其在与端壁46相对的端部处牢固地附连于轴向壁48上。

转子38刚性地连接于右节段18的扭转杆24上并且安装于壳体36内，在那里其可以紧靠端盖54后方旋转一个有限的弧。右节段18的扭转杆24安装于由端盖54承载的轴承60内以便使得所述杆24和转子38能够在壳体36中转动。转子38具有一个背面62，该背面62抵靠着端盖54的内侧面支承，以便由此将转子38的轴向位置固定于壳体36内。在其相对端处，转子38具有一个正面，该正面64带有成对设置的斜坡66(图3和4)，其中每对斜坡下降至位于那些斜坡66之间的谷68中。成对的斜坡66与位于他们之间的谷68绕着轴线X以相等的圆周间隔设置。

活塞40同样安装于壳体36内并且带有(图2)花键式短轴70，所述花键式短轴70伸入壳体36的花键式键槽50中。实际上，短轴70上的花键与键槽50的键接合，因此活塞40不能在壳体36中转动，但是能够在其中沿轴向移动。沿着其外周，活塞40具有密封件72，如弹性体O型圈，当活塞40在壳体36中沿轴向往复移动时，所述密封件72擦过壳体36的轴向壁48上的圆柱形内表面52。活塞40具有一个正面74，该正面74朝向转子38的正面64，并且与转子正面64一样，其具有(如3和4)成对设置的斜坡76，其中每对斜坡76下降至谷78。成对的斜坡76与谷78的数量等于其在转子38的面64中的对应物的数量。而且，圆周间隔相同。当活塞40的谷78与转子38的谷68对齐时，两个节段的扭转臂26的位置相对于耦联装置20成相同角度。活塞40还具有背面78，所述背面78朝向壳体36的端壁46并与其隔开，从而在壳体36中形成腔80。腔80包含磁电流变性流体82(magneto-rheological fluid)，所述流体82还充填着柔性管线34和阀22。壳体36的端壁46装备有端口84，其中端口84通入腔80，并且柔性流体管线34在端口84处连接于耦联装置上。

耦联装置20的辊42位于转子38上的斜坡66与活塞40上的斜坡76之间(图2和4)，每对转子38上的斜坡66与活塞40上的相应斜坡76之间具有单个辊42。当活塞40距壳体36的端壁46最远并且腔80容积最大时，辊42位于谷68和78内的中心位置(图2-4)处。然而，当转子38转动时，辊42就分别沿着转子38上的斜坡66和活塞40上的斜坡76滚动。这就推动活塞40远离转子38并减少腔80的尺寸。沿相反转动方向运动回中心位置就容许腔80膨胀回至其最大容积。当然，沿任何一个背离中心位置的方向转动就会引起腔80容积减少，这样就会导致将流体82排出腔80。其向外流入管线34中。

位置远离耦联装置20的阀22具有(图2)壳体90，所述壳体90包括圆柱形壁92和位于圆柱形壁92的端部处的端壁94和96，端壁94、96与圆柱形壁92之间存在流体密封。此外，在两个端壁94和96之间，阀22具有位于壳体90内的限流器98，其由从壁94延伸的支承杆100支承于固定位置处。限流器98具有圆柱形外周表面102，其设置于从壳体90上的圆柱形壁92的内表面略微向内的位置处，因此限流器98与壳体90之间存在环形间隙。限流器98包含电线圈104，当受到激励时，电线圈就产生穿过壳体90的磁通量。

端壁96带有位于端壁96与限流器98之间的柔性隔膜106。隔膜106将壳体90的内部分成两个隔室，即一个小蓄积隔室108和另一个太流变性隔室110。小蓄积隔室108包含加压气体，如氮气。由限流器98部分占据的较大的流变性隔室110，包含着磁电流变性流体82。为此目的，端壁94具有连接于柔性流体管线34的另一端上的端口。

阀22的线圈104通过控制装置连接于电源上，所述控制装置控制着穿过线圈104施加的电势和流过该线圈104的电流。在正常情况下，磁电流变性流体相当自由地流动，就是说，其具有低粘性。因此，其将会比较容易地流过位于阀壳体90的圆柱形壁92和限流器98的外周表面102之间的间隙。然而，当线圈104受到激励时，其会产生一个磁通量，该磁通量在限流器98的每个端部处穿过大流变性隔室110并且还穿过位于限流器98与阀壳体90的圆柱形壁92之间的间隙。在产生磁通量的情况下，流体82获得更大的粘性，从而不太自由地流过间隙，并且同样不太自由地流出耦联装置20中的腔80。

在一些驱动条件下，最好是使稳定杆D的左节段16和右节段18互相之间略微独立地操作，由此在耦联装置20处只有极少的转矩在其间传递。这些条件需要杆D中具有低扭转刚度。另一方面，其它驱动条件需要杆D的刚度的良好量值，以便使得施加于节段16上的转矩传递至节段18，反之亦然。阀22，特别是阀22中的线圈104控制着杆D的刚度。

当转矩施加于稳定杆D上时，转子38设法相对于壳体36和活塞40转动。如果这样做，辊42将会离开谷68和78并且分别爬上转子38和活塞40上的相对的斜坡66和76。这就驱动着活塞40离开转子38并且使耦联装置20中的腔80的容积减少。腔80中的一些磁电流变性流体被排放，因而推动更多的流体进入阀22的流变性隔室110。隔膜106挠曲以便容纳附加流体82。然而，为了移动隔膜106，隔室110中的一些流体92必须流过位于限流器100与阀壳体90的圆柱形壁92之间的间隙。流体82流过间隙的容易程度取决于间隙区域中的流体82的粘性，而所述粘性由取决于线圈104所产生的磁通量，当然还取决于流过线圈104的电流。换句话说，杆D的刚度取决于流体82从耦联装置20的隔室80排出的容易程度，而这又取决于阀22的线圈104中的电流的值。后者易于手动控制，如利用变阻器或通过包括传感器的自动***来控制，所述传感器检测车辆的速度、用于确定车辆所行驶表面的条件的垂直加速度以及用于确定所越过的转弯的弯度的侧向加速度。

当转子38和活塞40返回至辊42集中于谷68和78中的初始位置时，腔80在通过蓄积隔室108中的压缩气体施加于流体上的压力的作用下加大。

可进行各种变化。例如，阀22中的限流器90可以包含代替绕着外周的间隙的孔，或者除包含此类间隙外还包含孔。而且，流体82不需要全部为磁电流变性流体。相反，只有在阀22中的一部分流体具有磁电流变性性能。在那种情况下，可以利用隔膜或活塞将流体82的其余部分与流变性部分分开。实际上，如果将阀构造成能改变并控制流体离开腔80的速度，那么流体根本不需要流变性。代替作用于隔膜106上的加压气体，阀80的隔室110中的流变性流体可以通过弹簧承载活塞而保持处于压力作用下。左节段16和右节段18的扭转杆24可以与穿过壳体36和位于壳体中的转子38和活塞40而延伸的细杆连接，从而两个节段16和18可以联合提供基本刚度。

Claims (14)

1.一种用于汽车的稳定杆，所述杆包括：

沿轴线对齐的第一、第二扭转杆；

包括第一、第二和第三耦联构件的耦联装置，第一耦联构件刚性连接于第一扭转杆上，第二耦联构件刚性连接于第二扭转杆上，第三耦联构件相对于第一构件沿轴向是可运动的但不可转动并且与第一构件共同封闭了一个腔，所述腔的容积取决于第三构件相对于第二构件的轴向位置，第二或第三构件具有斜坡，所述斜坡控制着第三构件相对于第二构件与相对于第一构件的轴向位置，其中所述轴向位置取决于第一与第二构件之间的相对转动程度，由此腔的容积就取决于第一构件相对于第二构件的角位置；

处于所述腔中的流体；以及

阀，其与所述腔连接在一起以便控制当所述第一、第二耦联构件之间发生相对转动时从该腔中排出的流体的流量。

2.根据权利要求1所述的稳定杆，其中所述流体至少部分地具有磁电流变性，其中流变性部分处于所述阀中，并且该阀包括用于控制阀中的流体的粘性的电线圈。

3.根据权利要求2所述的稳定杆，其中所述阀包含限制装置并且所述线圈控制着所述限制装置处的流体粘性。

4.根据权利要求1所述的稳定杆，其中所述第二、第三耦联构件上的斜坡由抵靠着斜坡支承的滚动元件隔开。

5.根据权利要求1所述的稳定杆，其中所述第二、第三耦联构件位于第一耦联构件内。

6.一种用于汽车的稳定杆，所述稳定杆包括：

沿轴线对齐的第一、第二扭转杆；

壳体，连接于第一扭转杆上从而其将与第一杆一起转动；

转子，位于所述壳体内并连接于第二杆上从而其将与第二杆一起转动；所述转子具有斜坡；

活塞，位于所述壳体内从而其相对于壳体沿轴向是可移动的但不可转动，所述活塞与壳体共同限定了腔，所述腔的容积取决于活塞在壳体中的轴向位置，活塞具有斜坡，所述斜坡朝向转子上的斜坡并与转子上的斜坡配合工作，由于转子与活塞和壳体之间发生相对转动，从而确定活塞在壳体中的轴向位置和腔的尺寸；

处于所述壳体的腔中的流体；以及

阀，当所述腔的容积减少时用于控制从腔中排出的流体的流量。

7.根据权利要求6所述的稳定杆，还包括位于所述转子上的斜坡与所述活塞上的斜坡之间的滚动元件。

8.根据权利要求7所述的稳定杆，其中所述壳体具有花键式键槽而所述活塞具有伸入所述花键式键槽中的花键式短轴，其中活塞上的键与键槽中的键接合，因此活塞可相对于壳体沿轴向移动但不可转动。

9.根据权利要求6所述的稳定杆，其中流体至少部分地为流变性流体，并且流体的流变性部分处于阀中。

10.根据权利要求9所述的稳定杆，其中在所述阀处的流体为流变性流体，并且该阀包含着限制装置和线圈，所述线圈在限制装置处产生磁通量从而控制着限制装置处的流体粘度。

11.根据权利要求10所述的稳定杆，其中所述阀包括壳体，该壳体包含隔室并且还包括位于隔室中以便提供限制的限流器，所述线圈位于所述限流器中。

12.根据权利要求9所述的稳定杆，其中在所述转子和活塞上的斜坡均成对设置，其中每对斜坡都下降至位于那些斜坡之间的谷中。

13.一种根据权利要求6所述的稳定杆与汽车的结构部件和左、右控制臂的组合，所述左、右控制臂在结构部件上绕着大致沿车辆纵向延伸的轴转动，其中所述第一扭转杆通过第一转矩臂连接于控制臂之一上，而所述第二扭转杆通过第二转矩臂连接于另一个控制臂上。

14.根据权利要求13所述的组合，其中所述扭转杆附连于结构部件上，其中所述壳体与转子位于扭转杆附连于结构部件上的位置之间。

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