CN103307162A

CN103307162A - 一种用于车辆的悬架弹簧组件

Info

Publication number: CN103307162A
Application number: CN2012104750775A
Authority: CN
Inventors: 庆宇敏; 姜铉旻; 韩道锡
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2013-09-18
Also published as: JP5997955B2; US20130234380A1; DE102012111252A1; JP2013185708A; KR20130101684A

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的悬架弹簧组件，包含一个安置在悬架内的下座与车体之间提供弹力支撑的弹簧，其中弹簧的内部呈中空的波纹管形状。

Description

一种用于车辆的悬架弹簧组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年3月6日提交的韩国专利申请第10-2012-0022597号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种用于车辆悬架的弹簧组件，使得有可能通过将一个复合材料制成的波纹管形弹簧取代悬架的金属弹簧。

背景技术

通常地，车辆的车体由连接轮胎的悬架支撑，当车辆行驶时，悬架吸收各种震动和冲击来提高驾驶舒适度，并根据路面状态调整车体的整体平衡。

进一步地，当车辆行驶时，悬架通过克服离心力来保持司机的驾驶性能的稳定从而阻止了车辆由于离心力的作用倾斜向一个方向。

此时，安置在悬架内的弹簧是一个主要部分，对悬架的力学性能具有重大影响，为垂直运动提供了反作用力。叠加弹簧金属形成的薄片弹簧和被卷成螺旋形状的螺旋弹簧通常作为悬架弹簧使用。

如图1所示，在悬架1内装有螺旋弹簧10，隔离装置12在螺旋弹簧10的上端并与车体结合，所述螺旋弹簧10的下端设置于固定于支柱上并被支柱的一部分支撑的下座上。

由于其结构特征，当被安装在车辆内时，所述螺旋弹簧10通常由金属制成并暴露在外面，因此弹簧10通常覆盖油漆涂层防止腐蚀。

如图2所示，然而由于车辆行驶于各种环境下导致油漆脱落，金属暴露时，产生了由于腐蚀导致的耐久性问题。

进一步地，当使用弹簧钢，即高张力钢，来减轻悬架系统的重量时，弹簧由于增添了硅基材料而脆性随之增加，这样所述弹簧可能很快破裂。

该发明背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面涉及一种用于车辆的悬架弹簧，它使得有可能通过使用一个由复合材料制成的波纹形弹簧取代悬架弹簧来减轻车辆的重量和震动，并且涉及一种用于车辆的悬架弹簧，通过在弹簧边缘形成狭缝来提高车辆悬架弹簧的硬度和非线性。

本发明的一个方面，车辆悬架的弹簧组件可以包含一个安置在悬架内的下座和车体之间提供弹力的弹簧，其中弹簧的内部零件形成中空状波纹管形状。

所述弹簧由不同材料的复合物制成。

所述弹簧由内层和外层构成，内层和外层分别由不同材料制成。

所述内层的弹性高于所述外层的弹性。

在所述弹簧外层上形成至少一个狭缝来控制弹簧的非线性特征。

所述至少一个狭缝垂直于所述弹簧纵向轴。

所述至少一个狭缝在弹簧的脊端部形成。

所述至少一个狭缝在沿着纵向轴的径向方向形成。

所述至少一个狭缝在弹簧每一个脊部在沿着纵向轴的同一个线路形成。

所述至少一个狭缝在沿着弹簧的纵向轴的圆周方向对称形成。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆（SUV）、公共车辆、卡车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆（例如源于非汽油的能源的燃料）。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其他特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1为显示了相关技术的安装了螺旋弹簧的悬架结构立体视图。

图2为显示了相关技术的螺旋弹簧涂层分离和破裂视图。

图3为显示了根据本发明的示例性实施方案所述的波纹弹簧的形状的前视图。

图4为将根据本发明的示例性实施方案所述的弹簧切割显示出的弹簧内层和外层结构的放大截面视图。

图5为在根据本发明的示例性实施方案所述的弹簧上形成的狭缝排列的立体图和俯视图。

图6为根据本发明的示例性实施方案所述的复合材料制成的弹簧以及相关领域的金属弹簧的衰减震动程度对比图。

图7为根据本发明的示例性实施方案所述的由复合材料制成的弹簧以及相关技术的金属弹簧的自然频率和相应形状的对比图。

图8为根据本发明的示例性实施方案所述的弹簧的波纹角，凹槽外径以及脊外径的变化的对比特征图。

图9为在根据本发明的示例性实施方案所述的弹簧上的狭缝存在和狭缝数量的非线性特征对比图。

应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

现在将对本发明的各个实施方案详细地介绍，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

接下来将对本发明的不同实施方案详细地作出说明，实施例显示在所附附图中并被描述如下。

本发明的优选实施方案结合以下附图详细描述。

图3为显示了根据本发明的示例性实施方案所述的波纹弹簧100形状的前视图。

如图所示，根据本发明的示例性实施方案所述的弹簧100形成中空的波纹管形状，并被支撑在安置于悬架内的下座300和车体200之间以提供弹力。

具体地，弹簧100上端由车体200通过隔离装置支撑，弹簧100的下端位于并由安置在悬架支柱上的下座300支撑。

即，波纹弹簧100代替相关技术的螺旋弹簧被安置在悬架内。由于波纹结构末端的弹力变形抵御垂直负载并且在负载解除后回归最初形状，波纹弹簧100的结构提供了可产生排斥反应力的功能。

进一步地，在预定的水平有大负载或更多负载时，波纹结构的上表面和下表面互相接触，保持大的排斥反应力，此时的弹簧100与相关技术的金属弹簧执行相同的操作。

图4为将根据本发明的示例性实施方案所述的弹簧100切割显示出的内层110和外层120结构的放大的截面视图。

如图所示，根据本发明的示例性实施方案的弹簧100可由不同材料的复合物制成。具体地，弹簧100具有内层110和外层120，内层110和外层120可由不同材料制成。优选地，内层110可以由一种弹性材料制成而外层120可以由一种高刚性材料制成。所述高刚性材料可以是不同材料的合金或单一金属制成。

即，根据据本发明的示例性实施方案，通过使用两种材料的内层110和外层120制造弹簧100，内层110使用弹性材料以减少振动，当压缩使内径接触弹簧100时冲击减少，悬架的NVH性能由于高的震动衰减力而提高。

进一步地，弹簧100由高刚性复合材料形成的外层120来提供刚性。

图5为显示根据本发明的示例性实施方案的所述弹簧100上形成的狭缝130的排列的立体图和俯视图。

如图所示，可以通过在弹簧100外侧形成凹槽型狭缝130来控制弹簧100的非线性特征。

详细地，狭缝130可以垂直于弹簧100的轴形成。即，狭缝130垂直于弹簧100纵向方向延伸的中心轴形成，其中所述狭缝130在波纹弹簧100上放射状地形成。

在此结构中，可以形成一个或多个狭缝130，非线性特征取决于狭缝130的数量，可以通过调节狭缝130的数量来控制非线性以此满足用户的需求。

进一步地，狭缝130可以在弹簧100的脊140的端部形成。进一步地，狭缝130可在弹簧100的每一个脊140处沿着轴的同一个线路形成。

即，波纹弹簧100的结构是由脊140和凹槽150交替形成，狭缝130在弹簧100的脊140的端部形成。进一步地，狭缝130可在相同垂直线上，弹簧100的脊140处形成，然而本发明并非限制于此。

在本发明的一个示例性实施方案中，狭缝130在圆周方向沿着弹簧100的纵向轴对称形成。

本发明的操作和效果将进行详细描述。

图6为根据本发明的示例性实施方案所述的由复合材料制成的弹簧100以及相关技术的金属弹簧的衰减震动程度对比图。由于复合材料与单一金属材料相比具有较高的阻尼系数，当产生相同的振动时，复合材料的震动更快衰减。即，根据本发明的示例性实施方案由复合材料制成的弹簧100与由金属制成的螺旋弹簧相比，能更快地减少悬架的振动，这样可以提高乘坐舒适度，并且从车轮通过弹簧100传输的振动能更快衰减并传输到车辆。

图7为根据本发明的示例性实施方案所述的由复合材料制成的弹簧100以及相关技术的金属弹簧的自然频率和相应形状的对比图。

即，根据本发明的示例性实施方案，在据有相同的刚性弹簧100的结构中，所述由复合材料制成的弹簧100的重量大大小于由金属制成的螺旋弹簧，弹簧100的自然频率高于金属弹簧(49.9Hz→70.9Hz)。因此，当车辆行驶时，高自然频率与由负载输入的低频带(50Hz或更少)的共鸣的可能性非常低，NVH相关性能非常优秀。

图8为根据本发明的示例性实施方案所述的弹簧100的波纹角θ，凹槽150的外径D1以及脊140的外径D2的变化的对比特征图，其中波纹角θ，凹槽150的外径D1以及脊140的外径D2，或者内层110和外层120的厚度变化，弹簧100的位移特征随负载变化，如图8所示。因此，可以通过改变弹簧100的设计变量来设计弹簧100的特征，满足使用者的需求。

图9为根据本发明的示例性实施方案的关于所述的弹簧100的狭缝存在与狭缝130数量的非线性特征对比图，其中弹簧100非线性特征变化如图所示。因此，可以设计弹簧来控制弹簧的非线性特征来满足使用者的需求，如图所示。

根据本发明的示例性实施方案，由于弹簧内层和外层分别由不同材料制成，由复合材料制成的弹簧的阻尼系数高于金属弹簧，悬架震动减少得更快，这样可以提高乘坐舒适度，更快衰减从车轮传输通过弹簧传输的振动。

进一步地，由复合材料制成的弹簧的重量大大小于由金属制成的螺旋弹簧，因此所述弹簧的自然频率高于金属弹簧。因此，当车辆行驶时，高自然频率与由负载输入的低频带(50Hz或更少)的共鸣的可能性非常低，NVH相关性能非常优秀。

进一步地，可以通过在弹簧上形成狭缝，或者改变横截面结构包括弹簧外径或者波纹角，可以自由调整弹簧的刚度和非线性，使得可以设计一个弹簧来满足悬架所要求的弹簧特征来提高车辆行驶的稳定性。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”和“外”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并非想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims

1.一种用于车辆的悬架弹簧组件，包括：

弹簧，其被安置在悬架内下座和车体之间并提供弹力支撑，其中弹簧的内部形成中空的波纹管形状。

2.根据权利要求1所述一种用于车辆的悬架弹簧组件，其中所述弹簧由不同材料的复合物制成。

3.根据权利要求1所述一种用于车辆的悬架弹簧组件，其中所述弹簧由内层和外层构成，内层和外层分别由不同材料制成。

4.根据权利要求3所述一种用于车辆的悬架弹簧组件，其中所述弹簧内层的弹性高于所述弹簧外层的弹性。

5.根据权利要求1所述一种用于车辆的悬架弹簧组件，其中在所述弹簧外侧上形成至少一个狭缝，来控制弹簧的非线性特征。

6.根据权利要求5所述的一种用于车辆的悬架弹簧组件，其中所述至少一个狭缝垂直于所述弹簧纵向轴形成。

7.根据权利要求5所述的一种用于车辆的悬架弹簧组件，其中所述至少一个狭缝在所述弹簧的脊的端部形成。

8.根据权利要求5所述的一种用于车辆的悬架弹簧组件，其中所述至少一个狭缝在沿着纵向轴的径向方向形成。

9.根据权利要求5所述的一种用于车辆的悬架弹簧组件，其中所述至少一个狭缝在所述弹簧每一个脊部，沿着纵向轴的同一个线路形成。

10.根据权利要求5所述的一种用于车辆的悬架弹簧组件，其中所述至少一个狭缝在沿着所述弹簧的纵向轴的圆周方向对称形成。