汽车的横向稳定器 本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的汽车横向稳定器。
汽车的横向稳定器通常用于使汽车一侧的一个车轮的悬架与汽车另一侧同一轴线的对应车轮的悬架弹性地耦合。这种耦合通过在一个车轮压缩时也使另一个车轮的弹簧向压缩方向加压。由此在汽车转弯行驶时避免汽车向曲线外侧侧倾，因为一方面在曲线较外面的车轮的悬架另外受到在曲线较里面的车轮的悬架支撑，另一方面在曲线较里面的车轮的悬架相对车架略微向压缩方向挤压。
相反，在直线行驶时，横向稳定器应尽可能不影响汽车的弹性性能。
但是如果路面不平，在汽车一侧的车轮压缩，而另一侧的对应车轮为了保持；理想的地面接触必须向伸展方向运动，因此行驶舒适性由于横向稳定器受到不利影响。也就是，横向稳定器倾向于抵消由横向稳定器耦合的车轮悬架相对汽车车身的相反运动。因此横向稳定器在直线行驶时会不利地导致一个车轮的振动传递到同一轴线上的相对车轮上，从而影响了行驶舒适性。
这种对横向稳定器的安全性和舒适性要求地矛盾可以通过横向稳定器在直线行驶时断开而从转弯行驶时自动重新接通来消除。
例如从DE-AS 11 05 290中已知这样一种系统。DE-AS 11 05 290中描述了一个稳定器具有分开的扭杆，其中各部分按照液力耦合的形式相互连接，这种液力离合器根据离心力或者汽车转向来控制。因此就可以使稳定器在直线行驶时通过打开离合器而无效，仅在转弯行驶时接通。另外从该文献中可以得知，扭杆的各部分借助一个伺服马达在转弯行驶时相对调整，使得汽车车身向曲线外侧的倾斜小一些，也就是主动抵抗倾斜。
一种公知的使横向稳定器与分开的扭杆耦合的致动器由DE 199 50244 C2中已知。其它致动器在DE 37 40 24 C2中披露。
上述已知的带有分开的扭杆的横向稳定器的缺点是，横向稳定器在转弯行驶时的接通(耦合)处于安全考虑通常必须自动地快速地完成，否则汽车在转弯时可能会失控。对致动器的上述要求引起已知横向稳定器的高成本导致可接通的横向稳定器(下面又称“主动横向稳定器”)不能用于体积模型(Volumenmodellen)(也就是以大量件数制造的汽车)。
此外已知较慢的尤其是可手动开关的横向稳定器，尤其可以用于越野区域。但这种例如从DE 43 07 639 C1中已知的横向稳定器只适于在通过山地缓慢行驶时改善牵引性。处于安全性考虑，这种系统不适于使横向稳定器在正常公路上行驶时接通或者断开，因为存在横向稳定器在转弯时不能接通或者不能及时接通的危险，从而汽车陷入不可控状态。
本发明的任务是提供一种成本经济的横向稳定器，其在转弯行驶时以及任何情况下的拐弯机动性都足够有效，在其它情况下对汽车的弹性性能影响很小，保证了很高的行驶舒适性。
该任务通过本发明的独立权利要求解决。从属权利要求给出了本发明的改进方案。
根据本发明建议了一种用于汽车的横向稳定器，其具有一个整体式扭杆，该扭杆可旋转地固定在车架上并连接到汽车同一轴线上的两个相对车轮悬架上，该扭杆包括一个扭转区域用于弹性地耦合相对的车轮悬架的弹簧运动，其特征在于，横向稳定器还包括一个第一扭管，该第一扭管至少在整体式扭杆的扭转区域的第一局部区域包围所述扭杆，所述第一扭管的第一端抗扭地连接到整体式扭杆上，其第二端可以借助一个离合装置有选择地与整体式扭杆抗扭连接，使稳定器的扭转刚度可以改变。
因此，按照本发明，相对的车轮悬架没有完全脱开，而是仅仅改变横向稳定器的扭转刚度。所以也不要求离合装置设计到横向稳定器的最大扭转刚度，而只是设计到扭杆的扭转刚度，由此是离合装置更简单，从而成本更经济。即使在离合装置完全失灵时，本发明的横向稳定器也总能保证相对车轮悬架的弹性运动的最小弹性耦合。
根据一种优选实施形式，整体式扭杆具有扭转刚度不同的区域，整体式扭杆的扭转刚度在第一局部区域比第二局部区域小。
由此可以使本发明横向稳定器的扭管和离合装置适宜地设置在汽车上有利的安装位置中。
优选的是，当扭管的第二端借助离合装置与整体式扭杆抗扭地连接时，整体式扭杆的扭转刚度是横向稳定器的扭转刚度的20％和50％之间，扭管的扭转刚度是横向稳定器的扭转刚度的80％和50％之间。
为了尽可能可靠地实现本发明横向稳定器上述任务，离合装置最好使第一扭管的第二端根据汽车横向加速度的实际值和/或期望值与扭杆抗扭连接。从而使横向稳定器在汽车直线行驶时自动断开而在转弯行驶时自动重新接合。
按照另一种优选实施形式，本发明的横向稳定器还有一个第二扭管，该第二扭管在扭杆的扭转区域的第二局部区域包围扭杆，该第二扭管的第一端可以借助离合装置有选择地与第一扭管的第二端抗扭连接，第二端与整体式扭杆抗扭连接。
在本发明的横向稳定器的这样一种设计方案中，第一扭管不是直接与整体式扭杆耦合，而是与第二扭管耦合。由此尤其使离合装置可以在汽车上自由布置。
在根据本发明的横向稳定器的另一种实施形式中，特别优选的是，当第一扭管的第二端借助离合装置抗扭地与第二扭管的第一端连接时，抗扭连接的扭管的扭转刚度是横向稳定器扭转刚度的80％和50％之间。
同样在另一种实施形式中优选的是，离合装置适于使第一扭管的第二端根据汽车实际的和/或期望的横向加速度抗扭地与第二扭管的第一端连接。因此可以使横向稳定器在汽车直线行驶时自动脱开而在汽车转弯时自动重新接合。
根据本发明另一种实施形式，当第一扭管的第一端和/或第二扭管的第二端抗扭地支承在扭杆上，从而使通过离合装置可以轴向移动，则横向稳定器的离合装置可以特别简单地实现。
为了避免扭杆和/或扭管产生不希望的翘曲，优选的是第一扭管和/或第二扭管对中地包围整体式的扭杆。
有利的是，离合装置根据车速和转弯角度和/或转弯角速度和/或汽车侧向加速度可控。
根据一种优选的实施形式，离合装置具有弹簧叶片组，它们保证了离合装置的快速闭合。因此，为了闭合离合装置不要求输入能量，由此使系统不容易出错。
为了排除在可能功能故障时的安全风险，离合装置最好能够在故障情况下自动地关闭或者保持关闭。
通常，离合装置例如是可以液压或气动地开关的。
根据一种优选的实施形式，离合装置具有一个适于打开离合装置的液压环形缸。
为了保证在困难的工况下(例如直线行驶时由于坑洼造成扭杆扭转)也能保证可靠地接合，离合装置最好使汽车直线行驶时扭杆和扭管之间或者两个扭管之间的允许的交叉不会被超过。
特别简单的是，限定扭杆和扭管之间或者两个扭管之间的运允许的交叉可以通过端部止挡来进行。
根据一种优选的实施形式，离合装置是一种爪齿离合器。
最好是爪齿离合器的爪齿能够使汽车直线行驶时扭杆和扭管之间或者两个扭管之间的允许的交叉在离合打开时不会被超过。
特别有利的是，爪齿离合器的爪齿还使关闭爪齿离合器的弹簧的弹力通过齿侧加强，以便使爪齿离合器即使在扭杆和扭管之间或者两个扭管之间交叉时也能保证可靠闭合。
按照另一种优选的实施形式，离合装置是一种同步球离合器(Mitnehmerkugel-Kupplung)，其具有一个第一元件和一个第二元件，其中这些元件可以相对移动，在元件的相对侧面中装入用于同步球的槽，从而使同步球安置在第一元件和第二元件之间。
这里，所述槽最好布置在一个圆环上，并按照旋转椭圆体扇形段设计。
为了使同步球离合器即使在扭杆和扭管之间或者两个扭管之间出现交叉时也能可靠闭合，所述槽最好具有斜面，该斜面应使同步球离合器打开时保证扭杆和扭管之间或者两个扭管之间的允许的交叉不会被超过。
下面借助附图详细描述本发明。
图1 带有本发明横向稳定器的汽车车架示意结构图。
图2 本发明横向稳定器第一种优选实施形式的主要零件横截面视图。
图3 本发明横向稳定器第二种优选实施形式的主要零件横截面视图。
图4 同步球离合器的主要构件视图。
图5 闭合的同步球离合器横截面视图。
图6 打开的同步球离合器横截面视图。
图中相同的零部件用相同的附图标记标示。
从图1可以看出根据本发明的横向稳定器1，1’可以如何安置到一个汽车上。在所示实施例中，为了阐明汽车的前轴2和后轴2’，给出了本发明横向稳定器1，1’两种不同的实施形式。但很显然，其它替代方案也是可能的，有时甚至很有意义，如在前轴和后轴上布置本发明横向稳定器的相同实施形式，或者仅在一个轴上布置本发明的横向稳定器，在另一个轴上布置一个传统的横向稳定器。
根据本发明的横向稳定器1，1’具有一个可旋转地固定在车架3上的并与汽车同一轴2，2’上的两个相对车轮悬架4，4’相连的整体式扭杆5，5’。扭杆5，5’具有一个扭转区域用于弹性耦合成对相对的车轮悬架4，4’的弹簧运动。这里，该扭转区域基本在各扭杆5，5’的两个拐臂7，7’之间延伸。
扭杆5，5’在车架3或者车轮悬架4，4’上的支承或者铰接最好使其不承受或者仅承受很小的弯矩。车架3相对车轮悬架4，4’通常通过弹簧6，6’弹跳。
根据图2所示本发明的第一种优选实施形式，一个整体式用1’标示的横向稳定器具有一个沿汽车横向布置的整体式的扭杆5’，它支承在固定于汽车中的轴承(未示出)中可旋转。在整体式的扭杆5’的相互背离的端部上(图2中未示出)固定有摇臂7’。摇臂7’的自由端分别与汽车左侧或者右侧的一个车轮的车轮悬架4’(图2未示出)连接，使每个摇臂7’在相应车轮的弹性行程中绕整体式的扭杆5’的轴线摆动。因此汽车同一轴2’上的两个相对车轮悬架通过具有一个扭转区域的扭杆5’弹性耦合。
扭杆5’具有三个扭转刚度不同的局部区域A’，B’，C’，其中在所示实施例中，局部区域A’和C’的扭转刚度基本相同，而局部区域B’的扭转刚度小于局部区域A’和C’。在单个区域A’和B’和C’内部，扭转刚度基本恒定。在区域A’与B’和B’与C’之间有很小的过渡区域D’和E’，在该过渡区域中扭杆5’的扭转刚度不是恒定的。在图示实施例中，单个区域通过扭杆5’相应变细构成。
另外，根据本发明的横向稳定器1’具有一个基本在局部区域B’和扭转区域的过渡区域D’和E’对中包围整体式的扭杆5’的扭管8’，器第一端8a’例如通过熔焊、钎焊或者螺旋抗扭地与整体式扭杆5’的局部区域C’相连，其第二端8b’借助一个用9’标示的离合装置可以有选择地与整体式扭杆5’的局部区域A’抗扭连接，使横向稳定器1’的扭转刚度整体式可变。
在图2所示的实施形式中，整体式扭杆5’和扭管8’的扭转刚度通过适当选择扭杆5’和扭管8’的尺寸和材料来选择，从而当扭管8’的第二端8b’借助离合装置9’抗扭地与整体式扭杆5’的局部区域A相连时，扭杆5’的扭转刚度是横向稳定器的整体式扭转刚度的30％，扭管8’的扭转刚度是横向稳定器的整体式扭转刚度的70％。
但是一般来说，优选的是，当扭管8’的第二端8b’借助离合装置9’抗扭地与整体式扭杆5’相连时，扭杆5’的扭转刚度在横向稳定器的整体式扭转刚度的20％和50％之间，扭管8’的扭转刚度在横向稳定器的整体式扭转刚度的80％和50％之间。
离合装置9’适于使扭管8’的第二端8b’根据汽车实际的和/或期望的横向加速度抗扭地与扭杆5’的局部区域A’连接以传递转矩，或者与扭杆5’的局部区域A’分离使扭杆5’的局部区域A’和扭管8’的第二端8b’能够相互独立旋转。
为此，离合装置9’最好如图2所示设计成爪齿离合器，具有(图中未示出)爪齿，该爪齿使汽车直线行驶时扭杆5’的局部区域A’和扭管8’的第二端8b’之间的允许的交叉不会被超过。另一种选择是，在汽车直线行驶时扭杆和扭管之间允许的交叉的这样一种限制也可以通过端部止挡进行。
按照另一种没有示出的实施形式，爪齿离合器的爪齿还使适于关闭爪齿离合器的弹簧弹力通过齿侧加强，以保证爪齿离合器即使在扭杆和扭管之间出现交叉时也能可靠闭合。
图2所示的爪齿离合器9’具有一个主要由扭管8’和扭杆5’构成的环形腔10’，该环形腔10’通过一个可移到纵向槽11’中的环形活塞12’关闭。这里纵向槽11’装到扭杆5’的局部区域A’中。因此，环形活塞12’相对扭杆5’不能旋转，而是可以轴向移动，相对扭管8’的第二端8b’不仅可以旋转而且可以轴向移动。为了密封环形腔10’与扭管8’的内壁和扭杆5’的外壁之间，环形活塞12’具有密封件13’。
在可移动的环形活塞12’和扭管8’的第二端8b’上分别例如通过焊接固定可以相互啮合的爪齿14’，15’。
环形腔10’通过一个进入孔16’与一个未示出的压力源连接，以便给环形腔10’施加一种压力下的液压介质或者气压介质。选择介质的压力，使环形活塞12’及其上布置的爪齿14’可以离开布置在扭管8’的第二端8b’上的爪齿15’，从而可以有选择地使扭杆5’的局部区域A’从扭管8’的第二端8b’脱开。其它区域的压力是120至170bar，最好是150bar。
为了创造一种系统，其在故障状态下(例如在控制离合装置9’的液压泵失灵时)也能保证离合装置9’可靠自动地闭合或者使离合装置9’保持关闭，环形活塞12’通过弹簧17’(最好是盘形弹簧)向离合装置9’闭合方向从而向环形腔10’的方向预压。
因此，抗扭地布置在环形活塞12’上的爪齿14’在环形腔10’中没有介质的相应反压情况下由于弹簧17’的压力与抗扭地布置在扭管8’的第二端8b’上的爪齿15’啮合，从而爪齿14’与15’传力连接，从而横向稳定器1’的扭杆5’的局部区域A’与扭管8’的第二端8b’相互传力连接。
因此，在所示实施例中，根据本发明的横向稳定器1’在接合状态下的扭转刚度是扭杆5’与扭管8’的扭转刚度的总和。
当环形腔10’中出现介质压力时，上述传力连接中断，从而根据本发明的横向稳定器1’的扭转刚度在脱开状态下只是扭杆5’的扭转刚度。
取代环形腔10’以及环形活塞12’，也可以用多个具有圆形横截面的腔或类似物用于相应的多个同时致动的单个活塞。
图3示出了本发明横向稳定器1’的第二种优选实施例的主要零件。
图3所示的第二种实施例与图2所示的第二种实施例不同之处在于，按照第二种实施例，根据本发明的横向稳定器1的整体式扭杆5的扭转刚度在其整个扭转区域中基本恒定，根据本发明的横向稳定器1具有两个扭管81，82，该扭管在整体式扭杆5的扭转区域的两个相邻局部区域F，G包围扭杆5，其中扭管81，82相互背离的端部抗扭地与整体式扭杆5的相反区域连接，扭管81，82的相对端部借助一个离合装置9可有选择地抗扭连接。
为此，第一和第二扭管81，82在其相互背离的端部如此抗扭地支承在扭杆5上，使得它们可以轴向移动。这样一种轴向可移动的支承不是必须的，但是在一定条件下是有优点的。因为根据第二种实施形式，第一和第二扭管81，82相互背离的端部的轴承91，92相互对应，所以在图3中仅示出了第一扭管81的第一端81a的轴承91。
第一扭管81以其背离第二扭管82的第一端81a抗扭地与一个滑动元件191相连。滑动元件191与扭杆5中的纵向槽111啮合，因此沿着扭杆5的纵向可以移动但不能转动。为了相对扭杆5密封，滑动元件191具有一个密封件131。通过一个弹簧装置171，该弹簧装置最好具有盘形弹簧，第一扭管81通过滑动元件191向着第二扭管82的方向预压。
扭管81，82相对的端部81b，82a可以在一个耐压的联轴节18中可移动，从而由分别被一个滑动元件191封闭的第一和第二扭管81，82、扭杆5和联轴节18构成一个环形腔10。为了使环形腔10相对第一和第二扭管81，82的外壁密封，联轴节18具有密封件132。
此外，在扭管81，82的相对端部81b，82a上分别抗扭地固定有爪齿151，152，它们可以相互啮合。
环形腔10通过一个进入孔16与一个未示出的压力源相连，以便为环形腔10供以处于压力下的液压介质或者气压介质。介质的压力适于使第一和第二扭管81，82及其上布置的爪齿151，152按需要相互移开，从而可以使第一扭管81从第二扭管82脱开。
因此，在第二实施例中，根据本发明的横向稳定器1在接合状态下的扭转刚度是扭杆5和第一和第二扭管81，82的扭转刚度之和。这里特别有利的是，抗扭连接的扭管81，82的扭转刚度是横向稳定器的扭转刚度的80％和50％之间。
相反，在脱开状态，根据本发明的横向稳定器1的扭转刚度仅是整体式扭杆5的扭转刚度。
离合装置9，9’在上述实施形式中最好是通过一个为示出的计算机控制的致动设备液压控制。很显然，这种控制也可以是气动的或者通过一个伺服马达进行。
该致动设备具有一个电动的例如通过一个电机驱动的泵，泵的抽吸侧与一个液压介质容器相连或者可相连，其压力侧通过一个压力管道与一个蓄压器并通过一个限压阀与容器、通过一个控制阀与离合装置9，9’相连或者可相连。
如果例如设计为滑阀的控制阀对离合装置9，9’的开启控制，则压力管道与离合装置9，9’的进入孔16，16’相连，就是说，离合装置9，9’被施加泵的压力，从而相应地开启或保持开启。
如果控制阀换到其另一个位置，则压力管道与离合装置9，9’的进入孔16，16’之间的连接闭塞，同时在进入孔16，16’与容器之间建立连接。相应地，离合装置9，9’卸除液压，离合装置9，9’通过弹簧171，17’的弹力闭合或者保持闭合。
控制阀最好借助一个同样未示出的计算机控制，该计算机的输入端与各转向角传感器以及各车速传感器相连，和/或必要时与其它附加数据传感器例如转向角速度、汽车侧向加速度、轮胎特性或者汽车装载状态等的数据相连。计算机从获得的数据可以计算出汽车横向加速度的实际值和/或期望值。
一旦横向加速度的实际值或期望值超过一个预定的阈值，则控制阀起动以闭塞离合装置9，9’。因此，按照前述第一种实施形式，扭杆5’的第一局部区域A’与扭管8’的第二端8b’相互耦合，按照第二种实施形式，第一扭管81的第二端81b与第二扭管82的第一端82a相互耦合，从而本发明的横向稳定器1，1’的扭转刚度最大，与之相连的汽车同一轴线2，2’上的相对车轮悬架4，4’的不同压缩或伸展最大弹性反作用。
在直线行驶时或者计算机计算出汽车横向加速度值很小或者可忽略时，控制阀起动以打开离合装置，从而按照前述第一种实施形式，扭杆5’的局部区域A’与扭管8’的第二端8 b’相互耦合，按照第二种实施形式，第一扭管81的第二端81b与第二扭管82的第一端82a相互脱开，对于上述汽车横向加速度值，本发明的横向稳定器1，1’仅在相应的整体式扭杆5，5’的扭转刚度范围内有效，因此只能在很小的程度上弹性抵抗同一轴线2，2’上的汽车车轮悬架4，4’的相对运动。
下面借助图4，5，6描述离合装置9，9’的另一种特别优选的实施形式。
按照这种特别优选的实施形式，离合装置9，9’是同步球离合器。该同步球离合器具有一个第一元件和一个第二元件51，52，其中这些元件可相对移动，并且在元件51，52的相对侧面内可以装入用于同步球54的槽531，532。
元件51与槽531和同步球54在图4中平面示出。图4中没有示出的第二元件52最好具有与第一元件51相同的结构。如图4所示，槽531最好布置在一个圆环上，具有基本椭圆形的外周轮廓线。
如图5和6所示，第一元件51和第二元件52的布置使同步球54布置在第一元件51和第二元件52之间。
从图5和6中还可以看出，槽531和532分别按照旋转椭圆体扇形段的形式构成，并且相对两个元件51，52的相互面对的侧面具有斜面，该斜面与元件51，52的侧面构成夹角α，γ。在该优选实施形式中，该斜面通过适当选择角度α，γ使得在打开离合器时扭杆5’与扭管8’之间或两个扭管81，82之间的允许交叉不会被超过，该允许交叉最好为7到10°。为此，角度α；γ在55°和65°之间，最好为60°。
前述同步球离合器特别优选的是，在打开状态允许扭杆5’与扭管8’之间或两个扭管81，82之间有一个可精确定义的限制，从而例如如图6所示，即使在交叉状态下也能可靠闭合。
因此，本发明建议了一种成本经济的横向稳定器，其在转弯时以及任何情况下的拐弯机动性都足够有效，在其它情况下对汽车的弹性性能影响很小，从而保证了很高的行驶舒适性。