CN101909910B - 用于机动车辆的扭转梁轴后悬架的横梁和后悬架 - Google Patents

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Abstract

横梁(12)包括第一梁元件(20)和第二梁元件(22)，它们有开口截面并且牢固地固定到彼此以便封闭具有特定形状和尺寸的闭合截面腔室(32)从而向横梁(12)提供期望的扭转刚度。第一梁元件(20)的自由边缘(20a)牢固地固定到第二梁元件(22)的中间部分(22c)的外表面上，且第二梁元件(22)的自由边缘(22a)牢固地固定到第一梁元件(20)的中间部分(20b)的内表面上。两个梁元件(20、22)有利地制成冲压金属板片。

Description

用于机动车辆的扭转梁轴后悬架的横梁和后悬架
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的扭转梁轴后悬架的横梁，包括：第一梁元件和第二梁元件，所述梁元件具有开口截面并且牢固地固定到彼此，以便封闭具有特定形状和尺寸的闭合截面腔室从而向横梁提供期望的扭转刚度。
背景技术
已知用于机动车辆的扭转梁轴后悬架基本上包括：中央横梁(cross member)和一对拖臂，这对拖臂刚性地连接到横梁的相对侧端、并携载着用于支承后轮轴的元件和用于连接到车身的元件。虽然可认为拖臂是无限刚性构件，因为它们在正常负载状态下经受可忽略的变形，但是横梁必须具有一定的变形能力，尤其在扭转的情况下，从而使得拖臂有可能相对于彼此弹性地旋转。
由于横梁的长度基本上受制于具体应用，在其连结到车辆胎面(vehicle tread)时，仅可通过其截面的适当成形来改变横梁的扭转刚度以采用给定值。就此而言，目前在机动车辆的扭转梁后悬架中使用的横梁可分成两种不同类型。一方面，存在下面这样的横梁：其具有开口截面，且要点在于其是金属板梁；金属板梁大体上通过冲压或者其它塑性变形方法而获得，并且具有一种带有不同形状(大体上为C形、U形、V形或Ω状的形状)轮廓的开口截面。另一方面，还存在下面这样的横梁：其具有闭合截面、并且要点在于其是金属管状梁，金属管状梁例如通过液压成形而塑性变形、以呈现预定形状的截面，从而向梁提供在扭转刚度方面的期望特征。
上文所提到的第一种类型横梁具有易于生产且因此成本较低的优点；但是在另一方面它却有不能实现通常所需的扭转刚度值的缺点。为了补偿开口截面梁的低扭转刚度，经常添加扭杆，其通常由金属管状元件形成，该金属管状元件无论是实心的或者是空心的都同样适宜，并且在其相对着的端部处固定地连接到这两个拖臂。通过使用与开口截面梁并行作用的扭杆，实现下面这样的横梁：其总扭转刚度是开口截面梁的扭转刚度与扭杆的扭转刚度之和。通过适当地设计该扭杆，因此可能实现横梁所需的扭转刚度。但是，扭杆是一种较贵的构件，且因此使用扭杆会很大程度地影响到横梁的总成本。
另一方面，上文所提到的第二种类型横梁具有以下优点：可以无需添加扭杆的情况下，实现高刚度值。但显然这个方案的成本也高于简单的开口截面梁。
国际专利申请WO2006/096980披露了一种用于机动车辆的扭转梁轴后悬架的横梁，其包括：第一金属板梁元件，其具有呈倒转U形的开口截面；及，第二梁元件，其也具有开口截面，并且刚性地连接到第一梁元件，以与第一梁元件一起形成闭合截面腔室，闭合截面腔室适当地成形以向横梁提供所需扭转刚度。由于具有闭合截面的横梁的一部分是通过接合两个开口截面梁元件而获得，相对于仅以具有倒转U形开口截面的第一梁元件存在的横梁，横梁的总扭转刚度可有所增加，这是以一种与可通过添加扭杆而获得该效果相类似的方式、但却在显著较低的成本的情况下实现的。
从欧洲专利申请EP1454776获知一种相似的用于机动车辆扭转梁轴后悬架的横梁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于机动车辆的扭转梁轴后悬架的横梁，其使得有可能以受控制的方式来设置扭转刚度、以及横梁的旋转轴线的位置，但其成本低于上文所讨论的已知方案。
根据本发明，由具有以下特征中所限定特点的横梁来完全实现这个目的和其它目的，即一种用于机动车辆的扭转梁轴后悬架的横梁，其包括：第一梁元件和第二梁元件，所述第一和第二梁元件具有开口截面并且牢固地固定到彼此，以便封闭具有特定形状和尺寸的闭合截面腔室从而向横梁提供期望的扭转刚度；其中所述第一梁元件的自由边缘牢固地固定到所述第二梁元件的中间部分的外表面上，且所述第二梁元件的自由边缘牢固地固定到所述第一梁元件的中间部分的内表面上。
简而言之，本发明是基于以下构思：提供一种横梁，其要点在于是一对开口截面金属板梁元件，这对金属板梁元件被适当地成形并且固定到彼此，以便封闭具有特定形状和尺寸的闭合截面腔室从而向横梁提供所期望的扭转刚度，其中第一梁元件的自由边缘焊接到第二梁元件的中间部分的内表面上，且第二梁元件的自由边缘焊接到第一梁元件中间部分的外表面上。
两个梁元件的几何形状、以及接合该两个梁元件的方式，可适当地有所变动以获得一种具有特定形状和大小的闭合腔室从而向横梁提供期望的扭转刚度。由于横梁被分成两个开口截面梁元件，因此可简单且廉价地生产出甚至具有复杂轮廓的横梁，并且可精确地限定其剪切中心。这使得有可能将扭转梁轴的横向旋转轴线布置在利用常规横梁原本不会容易地获得的位置，需要两个来产生具有底切部分的轮廓。
当然两个梁元件可以具有不同的厚度，以便在具备相同性能的情况下获得横梁的成本及重量的降低。此外，横梁的截面在车辆的竖直纵向平面中可根据需要取向，以便实现剪切中心的期望位置。
附图说明
参看附图，通过仅作为非限制性实例给出的下文的详细说明，本发明另外的特点和优点将会变得更加显而易见，在附图中：
图1是具有根据本发明优选实施例的横梁的、用于机动车辆后悬架的扭转梁轴的侧端部分的透视图；
图2是图1的扭转梁轴的横梁的截面；
图3A至图3G示出根据本发明的横梁的截面的几个可能实例；以及
图4A至图4D示出在车辆的纵向平面中，根据图3C的横梁的截面的几种可能取向。
具体实施方式
在下面的说明书和权利要求书中，诸如“纵向”和“横向”、“内”和“外”、“前”和“后”、“上”和“下”等术语，预期将要指代横梁在机动车辆上的安装状态。
但是应该明白，根据本发明的横梁的用途并不限于如本文下文所描述和图示的机动车辆，还可以应用于一些其它的领域，尤其是在必需要具有一种能以较少和简单修改获得大范围扭转刚度值的低成本梁的所有情况下。
首先参看图1，机动车辆的后悬架的扭转梁轴大体上表示为10，并且包括：可以用受控方式在扭转下发生变形的中央横梁12、和各自刚性地连接到横梁12的相应侧端的一对拖臂14(其中的仅一个在图1中示出)。该拖臂14携载着支承元件16和附连元件18(在图示实例中，为一种简单的衬套座)，支承元件16用于车辆后轮轴(未图示)，附连元件18用于将扭转梁轴10铰接连接到车身(也未图示)。
特别地参看图2，横梁12基本上要点在于第一梁元件20和第二梁元件22，这两个元件都制成为通过冲压或其它塑性变形方法获得的开口截面金属板片。这两个梁元件20和22借助于一对焊接接头24和26而刚性地连接到彼此。更具体地说，第一梁元件20的自由边缘20a焊接(通过接头24)到第二梁元件22的中间部分的外表面上，而第二梁元件22的自由边缘22a焊接(通过接头26)到第一梁元件20的中间部分的内表面上。
在图2的实施例中，横梁12包括：第一腿28和第二腿30，它们分别由第一梁元件20的平壁部分20b和由第二梁元件22的平壁部分22b形成；闭合截面腔室32，该闭合截面腔室32在其上端处由第一梁元件20的弯曲壁部分20c以及由平壁部分20b加以限定，并且在其下端处由与平壁部分22b相邻的第二梁元件22的平壁部分22c、和与平壁部分22c相邻的第二梁元件22的弯曲壁部分22d加以限定。在这种情况下，在第二梁元件22的弯曲壁部分22d的自由端与限定着第一腿28的第一梁元件20的平壁部分20b的内表面上的中间点之间做出焊接接头24，而在第一梁元件20的弯曲壁部分20c的自由端与第二梁元件22的平壁部分22c的外表面上的一点之间做出焊接接头26。
图3A至图3G示出横梁12的截面形状的一系列可能实例。所有提出的实例具有共同的构思：借助于设置在第一梁元件的自由边缘与第二梁元件中间部分的外表面之间的第一接头和设置在第二梁元件的自由边缘与第一梁元件中间部分的内表面之间的第二接头，刚性地连接起两个梁元件。这个共同构思保持不变，所提出的实例具有不同形状，设计这些形状以获得在扭转刚度值方面和在横梁剪切中心的位置方面(换言之，在通过该横梁所连接的扭转梁轴后悬架的两个拖臂发生旋转时所绕着的横向旋转轴线位置方面)的预定刚度特征。
图5A至图5D指出在一旦已确立了横梁截面形状(在这种情况下，与图3C所示形状相对应的形状)后，横梁截面在车辆的纵向平面中可如何进行不同取向来作为证据。图示实例示出彼此旋转90度的四种不同取向。
也可通过适当地选择两个梁元件的材料和厚度来调整横梁的扭转刚度。第二梁元件可例如由与第一梁元件的材料不同的材料制成。此外，梁元件中的一个或两个可由诸如碳纤维这样的非金属材料制成。
就两个梁元件之间的接合而言，可使用除焊接以外的方法，例如胶粘或铆接。
自然，本发明的原理保持不变，就仅作为非限制性实例描述和例解的内容而言，构造的细节和实施例可大幅不同。

Claims (7)

1.一种用于机动车辆的扭转梁轴后悬架(10)的横梁(12)，其包括：第一梁元件(20)和第二梁元件(22)，所述第一和第二梁元件(20，22)具有开口截面并且牢固地固定到彼此，以便封闭具有所需形状和尺寸的闭合截面腔室(32)，从而向横梁(12)提供扭转刚度；其中所述第一梁元件(20)的自由边缘(20a)牢固地固定到所述第二梁元件(22)的中间部分(22c)的外表面上，且所述第二梁元件(22)的自由边缘(22a)牢固地固定到所述第一梁元件(20)的中间部分(20b)的内表面上。
2.根据权利要求1所述的横梁，其中所述第一梁元件(20)和第二梁元件(22)之一是由金属板制成。
3.根据权利要求1所述的横梁，其中所述第一和第二梁元件(20，22)都是由金属板制成。
4.根据权利要求3所述的横梁，其中所述第一梁元件(20)和第二梁元件(22)是通过冲压而获得。
5.根据权利要求2所述的横梁，其中所述第一梁元件(20)和第二梁元件(22)中的另一个是由碳纤维制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的横梁，其中通过焊接、胶粘或铆接将所述第一梁元件(20)和第二梁元件(22)固定到彼此。
7.一种用于机动车辆的扭转梁轴后悬架，其包括根据前述权利要求中任一项所述的横梁(12)和安装在所述横梁(12)的相对着的端部上的一对拖臂(14)。
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