CN103448502B - 一种车辆扭杆梁后悬架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭杆梁后悬架，所述悬梁包括主梁及分别连接在主梁两端的第一侧梁和第二侧梁，其中，所述主梁的两端与所述第一侧梁和第二侧梁的腰部连接；所述主梁端部的横截面为圆形；所述主梁的腰部具有开口，横截面为弧形。本发明的扭杆梁后悬架相比于现有技术简化了主梁的加工工艺，降低了主梁重量并且节约了成本。

Description

一种车辆扭杆梁后悬架

技术领域

本发明涉及一种车辆扭杆梁后悬架。

背景技术

悬挂系统是汽车底盘的重要结构件，它的主要作用是传递在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减所引起的振动、保证乘员的舒适、减小货物和车辆本身的动载荷等。

悬挂系统一般分为独立悬挂和非独立悬挂两种，独立悬挂系统的每一侧车轮都单独地通过弹性悬挂系统悬挂在车架或车身下面，其具有质量轻、舒适性好、行驶稳定性好等优点，但是独立悬挂系统占用的空间大、成本高。非独立悬挂系统的结构特点是两侧车轮由一根整体式车架相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬挂系统悬挂在车架或车身的下面，其具有构造简单、成本低、占用空间小等优点，但是非独立悬挂系统舒适性、操控性和行驶稳定性较差。

扭杆梁后悬架属于半独立悬挂，性能介于独立悬挂和非独立悬挂之间，结构简单、占用空间小、制造成本低；舒适性、操控性和行驶稳定性相比于非独立悬挂得到改善，适用于中小型轿车。

传统的扭杆梁后悬架通常由主梁和侧梁构成，主梁与侧梁的腰部焊接，侧梁对称设置在主梁的两端。但是传统扭杆梁后悬架的主梁结构普遍存在着重量大、工艺复杂且成本高等多种问题。例如，如图1a-1b所示，目前主梁多采用U形或V形截面，U形或V形截面的开口朝前、朝后或朝下。这种扭杆梁后悬架在满足所需的扭转刚度的前提下，主梁重量通常较大，而主梁重量大则会造成非簧载质量增加，车轮在遇到颠簸时，弹簧和减震器需要更多的时间来吸收振动能量，车身会上下晃动不止。乘客的舒适性降低，同时会使车辆油耗增加。有些V形梁内还需要设有横向稳定杆，这种具有横向稳定杆的悬架制造工艺、精度要求及制造成本均较高，而且在稳定杆设计与制造的过程中很容易导致悬架损坏。

如图2a所示，大部分传统U形或V形截面的主梁与侧梁连接处还会设置加强零件3，加强零件3一般设置在主梁的两端，如图2b所示，加强零件3一边与主梁焊接，另一边与侧梁焊接。其主要作用是加强此区域，防止疲劳断裂。该加强零件需要焊接到U形或V形截面的主梁内和侧梁上面，焊接工艺与精度要求很高且易出现焊接区域开裂的现象。

最后，现有技术中的另一种U形扭杆梁后悬架会采用如图3所示的双层截面的主梁，其由无缝钢管制成，所述无缝钢管通过液压成型，形成两层截面，这种主梁不但制造工艺复杂，需要大型液压成型设备，而且制造成本较高。

可见，现有技术中的上述主梁结构存在着重量大、工艺复杂且成本高等多种问题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种扭杆梁后悬架，该扭杆梁后悬架结构简单、重量轻且加工工艺及成本低。

本发明的上述目的通过下述技术方案实现：

一种车辆扭杆梁后悬架，包括悬梁及连接在悬梁上的两个弹簧托盘，所述悬梁包括主梁及分别连接在主梁两端的第一侧梁和第二侧梁，其中，

所述主梁的两个端部分别与所述第一侧梁和所述第二侧梁的腰部连接；

所述主梁的端部的横截面为圆形；

所述主梁的腰部具有开口，横截面为弧形。

进一步地，所述主梁由矩形钢板制成，所述矩形钢板的长边具有弧形缺口。

进一步地，所述钢板厚为3mm～7mm。

进一步地，所述主梁的两个端部分别插入所述第一侧梁和所述第二侧梁的腰部。

进一步地，所述主梁的两个端部分别与所述第一侧梁和所述第二侧梁的腰部焊接连接。

进一步地，所述两个弹簧托盘分别固定在所述第一侧梁和所述第二侧梁上。

进一步地，所述两个弹簧托盘分别固定在主梁和第一侧梁之间及主梁和第二侧梁之间。

本发明公开的腰部具有开口的圆形截面主梁工艺简单，成本较低，不需要大型液压成型设备，而且省去了传统U形或V形截面的主梁内的加强零件，简化工艺，降低了重量，节约了成本。

附图说明

图1a是现有技术中V形截面主梁的截面示意图；

图1b是现有技术中U形截面主梁的截面示意图；

图2a是现有技术中具有加强零件的扭杆梁后悬架结构示意图；

图2b是图2a中加强零件的结构示意图；

图3是现有技术中双层截面的主梁的截面示意图；

图4是本发明一种优选的扭杆梁后悬架结构示意图；

图5是图4所示扭杆梁后悬架的立体结构示意图；

图6是图4所示扭杆梁后悬架的主梁的截面示意图；

图7是图4所示扭杆梁后悬架的主梁展开结构示意图；

图8是图4所示扭杆梁后悬架主梁截面与U型和V型截面对比示意图；

图9a-9d是本发明扭杆梁后悬架不同开口朝向的剪切中心示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对发明的一个优选实施例做详细描述。

如图4和图5所示，本发明提供的车辆扭杆梁后悬架包括悬梁1及连接在悬梁1上的两个弹簧托盘21和22，悬梁1包括主梁11及分别连接在主梁11两端的第一侧梁121和第二侧梁122，其中，主梁11的两端部分别与第一侧梁121和第二侧梁122的腰部连接，优选地，主梁11的两端部分别插入第一侧梁121和第二侧梁122的腰部并且主梁11两端部通过焊接与第一侧梁121和第二侧梁122的腰部连接。当然，上述连接方式只是本发明的一种优选方案，本发明还可以采用本领域技术人员所熟悉的其它连接方式，例如紧固连接，在主梁11和侧梁12的连接位置分别开设螺孔，螺杆穿过所述通孔将主梁11连接在第一侧梁121和第二侧梁122之间。作为本发明的一种优选方案，本实施例中的弹簧托盘21和22可以固定在第一侧梁121和第二侧梁122上或者固定在主梁11和第一侧梁121之间及主梁11和第二侧梁122之间。第一侧梁121和第二侧梁122可以是具有圆形截面的钢管，也可以由两片零件对拼焊接而成，其横截面可以是圆形、椭圆形或者矩形。弹簧托盘2由钢板冲压成型。

本实施例中的主梁11优选地由厚度为3mm～7mm的钢板制作，所述钢板的板面初始形状为矩形，首先，将所述矩形钢板的两条长边切割成具有弧形缺口的形状，如图7所示，弧形缺口的弦长为A，弧高为K；然后，沿矩形钢板的短边将钢板卷曲成腰部具有开口的柱体，最后，对接处进行焊接连接。卷曲成型后主梁11端部的横截面为圆形，腰部的横截面为弧形，腰部截面具体如图6所示。由于开口的大小可以通过调节钢板长边上的弧形的弦长A以及弧高K来确定，开口的朝向可通过控制圆形截面主梁11与第一侧梁121和第二侧梁122焊接时旋转主梁11来设定，因此，本发明可以根据不同的车辆的性能要求来选取不同长边和短边的矩形钢板，进而设定钢板上的不同的弧形尺寸（弦长A和弧高K）以及开口的不同朝向，从而获得不同的扭转刚度。

本发明的车辆扭杆梁后悬架的主梁与传统的U形和V形截面主梁相比，圆形截面主梁的扭转刚度最大，如图8所示，通过对U形、V形和圆形截面主梁的扭杆梁后悬架计算机辅助有限元模型分析模拟得出，在相同的截面高度H和宽度S下，U形梁扭转刚度比V形梁高60%，在相同的截面高度H和宽度S下，圆形截面梁扭转刚度比U形梁高10%。在相同的扭转刚度下，本发明所采用的圆形截面梁所需要的材料最少，重量最小。

本发明钢板的弧形缺口的弦长A与开口在主梁轴向方向的长度成正比，弧高K与开口垂直于主梁轴向方向上的长度成正比，随着弦长A以及弧高K增大，开口增大，扭转刚度下降。因此，在一定的圆形截面主梁管径下，可以通过调节钢板长边上弧形缺口的弦长A以及弧高K来控制开口大小，从而产生不同的扭转刚度，具体弦长A以及弧高K取值可以根据不同车辆的动力学参数设定。

在一定的圆形截面主梁管径下，本发明还可以通过控制圆形截面主梁开口的朝向，形成不同的剪切中心，进而形成多种风格的整车性能，如图9a-9d所示，开口随主梁围绕轴心旋转，开口方向改变，开口梁中间截面的剪切中心4随之改变。剪切中心是影响车辆动力学性能的一个关键参数：根据材料力学理论，截面的剪切中心即弯曲中心，当载荷通过该点时，截面只受弯曲而没有扭转。剪切中心的位置决定了后悬架侧倾中心的高度，进而影响整车的抗侧倾能力，图9a剪切中心4位置最高，图9c剪切中心4位置最低，图9b和图9c介于中间，但是前后位置又不同，后悬架侧倾中心的位置不同，整车的抗侧倾能力不同，车辆的动力学性能不一样。如图9a所示，剪切中心位置越高，则侧倾转向越多，车辆动力学性能越稳定；如图9d所示，剪切中心位置越靠后，则侧倾中心位置越高，抗侧倾能力越好，车辆动力学性能也越稳定。可见，本发明采用了两端的截面是圆形的主梁，绕主梁轴心旋转时主梁两端与第一侧梁和第二侧梁焊接位置不发生变化，因此，在不改变零件生产方式的条件下，即制造同样的零件，在焊接或装配前，可以通过调整（旋转）零件的位置焊接或装配出不同性能的扭杆梁后悬架。

综上，本发明简化了主梁的加工工艺，降低了主梁重量，节约了成本，且仅需改变如图7所示的弦长A与弧高K的尺寸就可以改变后桥的扭转刚度。此外，本发明在不改变零件模具和焊接方式的情况下，还可以通过控制主梁围绕轴心旋转的角度，即开口方向的改变，来形成不同的剪切中心，进而形成多种风格的整车性能。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。

Claims (6)

1.一种车辆扭杆梁后悬架，包括悬梁及连接在悬梁上的两个弹簧托盘，其特征在于，所述悬梁包括主梁及分别连接在主梁两端的第一侧梁和第二侧梁，其中，

所述主梁的两个端部分别与所述第一侧梁和所述第二侧梁的腰部连接；

所述主梁的端部的横截面为圆形；

所述主梁的腰部具有开口，横截面为弧形；所述开口的朝向是可控的，所述开口随所述主梁围绕轴心旋转，通过控制所述开口的朝向形成不同的剪切中心；

所述主梁由矩形钢板制成，所述矩形钢板的长边具有弧形缺口，通过调节所述弧形缺口的弦长和弧高来控制所述开口的大小，以产生不同的扭转刚度。

2.根据权利要求1所述的车辆扭杆梁后悬架，其特征在于，所述钢板厚为3mm～7mm。

3.根据权利要求1所述的车辆扭杆梁后悬架，其特征在于，所述主梁的两个端部分别插入所述第一侧梁和所述第二侧梁的腰部。

4.根据权利要求3所述的车辆扭杆梁后悬架，其特征在于，所述主梁的两个端部分别与所述第一侧梁和所述第二侧梁的腰部焊接连接。

5.根据权利要求1所述的车辆扭杆梁后悬架，其特征在于，所述两个弹簧托盘分别固定在所述第一侧梁和所述第二侧梁上。

6.根据权利要求1所述的车辆扭杆梁后悬架，其特征在于，所述两个弹簧托盘分别固定在主梁和第一侧梁之间及主梁和第二侧梁之间。