CN104149568A - 一种控制臂总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制臂总成，应用于车辆的独立悬架结构，其中，包括呈V字形状的两个连接臂和分别设置在所述两个连接臂的端部的三个球铰结构，所述两个连接臂各有一个端部共同连接在所述三个球铰结构中的第一球铰结构，所述两个连接臂各自的另一个端部分别连接所述三个球铰结构中的第二球铰结构和第三球铰结构，所述第一球铰结构用于连接所述车辆的车桥轮边转向节，所述第二球铰结构和第三球铰结构用于连接所述车辆的车架。本发明能够尽量避免轮胎在上下跳动以及轮胎转向过程中与悬架及车架的运动干涉，而且可以采用更长的控制臂结构，减小控制臂在轮胎跳动时的摆角，减小控制臂的优化难度，改善控制臂的受力状况。

Description

一种控制臂总成

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种控制臂总成。

背景技术

在工程车辆中，悬架是保证车轮或车桥与整车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系，并且能够传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调整整车行驶中的车身位置等有关装置的总称。在悬架的几种类型中，独立悬架的左右车轮没有直接相互的影响，悬架所受到并传递给车身的冲击载荷较小，利于提高整车的行驶平顺性和轮胎的接地性能，也可以减少车身的倾斜和振动。从独立悬架的结构来说，主要包括导向机构、阻尼元件和弹性元件，其中导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化，以及整车前后侧倾中心和纵倾中心的位置，在很大程度上影响整车的操纵稳定性和抗侧倾、纵倾能力；阻尼元件用于吸收悬架垂直振动的能量，并转化为热能耗散掉，使振动迅速缩减；弹性元件主要用于缓和冲击。

如图1、2所示，为一种现有的双横臂独立悬架的结构示意图，这种双横臂独立悬架被广泛应用在轿车前轮上，其上下两个摆臂不等长，从图上可以看到，上横臂组件a2和下横臂组件a3呈V字形，一端通过上轴套体a8和下轴套体a9安装在车轮a10轮组的转向节上，另一端通过双横臂连接支架a7安装在车架a4下方的驱动桥a6上，而且上横臂组件a2较下横臂组件a3要短，当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度小，使得轮胎上部轻微的内外移动，而底部影响较小，有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。

油气弹簧a1布置在上横臂组件a2上，而上横臂组件a2的一端连接双横臂连接支架a7，其中部与油气弹簧a1的下方铰接，而油气弹簧a1的上端通过油气弹簧上支架a5连接到车架a4上。

对于现有的双横臂独立悬架来说，由于上横臂组件、上轴套体及连接销轴所构成的组件在轮胎跳动过程中，上横臂与轮毂连接的转动副为销轴与上横臂组件、上轴套体构成，因而上横臂与轮毂连接的等效长度为上横臂在图2内的投影距离。而由于上轴套体的存在，使上横臂的长度减短，进而轮胎在跳动同样的行程时，上横臂摆角增大，使得上下横臂优化的难度增大；另一方面，上横臂长度的减小还会使上横臂受力增加。除此之外，现有的双横臂独立悬架还存在上横臂组件与其他部件之间的干涉问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种控制臂总成，能够改善控制臂的受力情况和与其它部件之间的干涉问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种控制臂总成，应用于车辆的独立悬架结构，其中，包括呈V字形状的两个连接臂和分别设置在所述两个连接臂的端部的三个球铰结构，所述两个连接臂各有一个端部共同连接在所述三个球铰结构中的第一球铰结构，所述两个连接臂各自的另一个端部分别连接所述三个球铰结构中的第二球铰结构和第三球铰结构，所述第一球铰结构用于连接所述车辆的车桥轮边转向节，所述第二球铰结构和第三球铰结构用于连接所述车辆的车架。

进一步的，所述第一球铰结构包括相互配合的第一球铰连接球头和第一球铰外壳，所述第一球铰外壳具有与所述第一球铰连接球头一端的球头部分配合的球形内腔和供所述第一球铰连接球头另一端的连接杆部分穿过的第一通孔，所述第一球铰连接球头的球头部分设置在所述第一球铰外壳的球形内腔中，所述第一球铰连接球头的连接杆部分从所述第一通孔穿出，并与所述车辆的车桥轮边转向节连接。

进一步的，在所述控制臂总成作为所述车辆的独立悬架结构中的上横臂的状态下，所述第一球铰外壳上固定连接有弹性及阻尼元件安装支座，用于安装所述弹性及阻尼元件。

进一步的，所述第一球铰外壳与所述弹性及阻尼元件安装支座通过轴孔过盈配合和螺栓连接方式固定连接，或者通过焊接方式固定连接，或者一体制造形成固定连接。

进一步的，所述两个连接臂各有一个端部共同固定连接在所述第一球铰外壳上，形成刚性V字形状。

进一步的，所述第二球铰结构包括相互配合的第二球铰连接球头和第二球铰外壳，所述第二球铰外壳具有与所述第二球铰连接球头位于中间位置的球头部分配合的球形内腔和供所述第二球铰连接球头两端的连接杆部分穿过的第二通孔，所述第二球铰连接球头的球头部分设置在所述第二球铰外壳的球形内腔中，所述第二球铰连接球头的连接杆部分分别从所述第二通孔穿出，并与所述车辆的车架直接或间接地连接；

所述第三球铰结构包括相互配合的第三球铰连接球头和第三球铰外壳，所述第三球铰外壳具有与所述第三球铰连接球头位于中间位置的球头部分配合的球形内腔和供所述第三球铰连接球头两端的连接杆部分穿过的第三通孔，所述第三球铰连接球头的球头部分设置在所述第三球铰外壳的球形内腔中，所述第三球铰连接球头的连接杆部分分别从所述第三通孔穿出，并与所述车辆的车架直接或间接地连接。

进一步的，所述两个连接臂各自的另一个端部分别固定连接在所述第二球铰外壳和第三球铰外壳上。

进一步的，所述第一球铰连接球头的球头部分的球心到所述第二球铰连接球头和第三球铰连接球头的球头部分的球心连线的垂线与所述车辆的车桥轴线重合。

进一步的，所述第二球铰连接球头和第三球铰连接球头的连接杆部分在初始位置下的轴线分别与对应的控制臂的轴线呈第一预设角度。

进一步的，所述第一预设角度为90°。

进一步的，所述两个连接臂的轴线与所述第一球铰结构的径向横截面之间分别呈第二预设角度和第三预设角度。

进一步的，所述第二预设角度的取值范围为[-30°～30°]，所述第三预设角度的取值范围为[-30°～30°]。

基于上述技术方案，本发明的控制臂总成在两个呈V字形状的控制臂的端部采用了三个球铰结构来分别连接车辆的车桥轮边转向节和车架，车桥轮边转向节所连接的球铰可以避免轮胎在上下跳动以及轮胎转向过程中与悬架的运动干涉，而且相比于现有技术中采用两个转动副的结构来解决轮胎转向和跳动的问题，本发明采用球副的结构能够减少轴套体所占用的空间，从而可以采用更长的控制臂结构，减小控制臂在轮胎跳动时的摆角，减小控制臂的优化难度，还可以改善控制臂的受力状况；另一方面，连接车架的两个球铰结构可以避免控制臂在上下跳动过程中与车架的运动干涉。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1、2为一种现有的双横臂独立悬架在不同视角下的结构示意图。

图3为本发明控制臂总成的一实施例的结构示意图。

图4为本发明控制臂总成实施例中第一球铰结构和弹性及阻尼元件安装支座的安装示意图。

图5为本发明控制臂总成实施例中控制臂及球铰在俯视视角下的位置及角度关系示意图。

图6为本发明控制臂总成实施例中控制臂及球铰在正视视角下的位置及角度关系示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图3所示，为本发明控制臂总成的一实施例的结构示意图。本实施例中的控制臂总成可以应用于车辆的独立悬架结构，例如作为上横臂总成或者下横臂总成。其中，控制臂总成包括呈V字形状的两个连接臂1、2和分别设置在两个连接臂1、2的端部的三个球铰结构3、4、5，两个连接臂1、2各有一个端部共同连接在第一球铰结构3上，而两个连接臂1、2各自的另一个端部分别连接第二球铰结构4和第三球铰结构5。在这三个球铰结构中，第一球铰结构3用于连接车辆的车桥轮边转向节，而第二球铰结构4和第三球铰结构5用于连接车辆的车架。

以图2所示的上横臂组件与车桥轮边转向节的配合关系来看，现有的上横臂组件采用了两个转动副的配合结构，分别是上横臂与组件与上轴套体形成的转动副和上轴套体与转向节形成的转动副，这种双转动副的结构需要占用一定的空间，也会影响到上横臂组件的长度。而从图3的本实施例可以看到，控制臂总成如果作为悬架系统的上横臂，其与车桥轮边转向节的配合为球副的配合结构，不仅能够避免轮胎在上下跳动以及轮胎转向过程中与悬架的运动干涉的问题，而且还节省了横向上的空间，在设计上可以实现更长的控制臂结构，进而减小控制臂在轮胎跳动时的摆角，减小控制臂的优化难度，改善控制臂的受力状况。

图2所示的上横臂组件的V字形顶部的两个端点也是采用转动副的配合结构连接在双横臂连接支架上，这种结构在上横臂上下跳动时容易发生与车架的运动干涉，而从图3的本实施例可以看到，控制臂连接车架的端部均采用的是球铰结构，形成球副的配合结构，因此可以较好的解决控制臂在上下跳动过程中与车架的运动干涉的问题。

下面，图4示出了第一球铰结构的一种具体实现结构实例，结合图3，该第一球铰结构3包括相互配合的第一球铰连接球头和第一球铰外壳31，第一球铰外壳31具有与第一球铰连接球头一端的球头部分33配合的球形内腔和供第一球铰连接球头另一端的连接杆部分32穿过的第一通孔，第一球铰连接球头的球头部分33设置在第一球铰外壳31的球形内腔中，第一球铰连接球头的连接杆部分32从第一通孔穿出，并与车辆的车桥轮边转向节连接。

球头部分33可以在第一球铰外壳31的球形内腔中转动，而第一球铰外壳31上的第一通孔的孔径要大于连接杆部分32，从而使得第一球铰连接头除了能够绕轴线转动以外，还可以绕轴线摆动，且摆角的范围由第一球铰连接球头与第一通孔的尺寸关系确定，摆动范围是以球头部分中心为起点的锥面。

本实施例中的控制臂总成可以作为悬架结构中的上横臂组件使用，也可以作为下横臂组件使用，相应的弹性及阻尼元件的设置位置有所不同。对于控制臂总成作为车辆的独立悬架结构中的上横臂时，可以在第一球铰外壳31上固定连接一弹性及阻尼元件安装支座6，该弹性及阻尼元件安装支座6用来安装弹性及阻尼元件。

与图2所示的现有悬架结构相比，弹性及阻尼元件的一端可以安装在更靠近转向节的位置，最大程度的远离车架的位置，从而减少发生干涉的可能。另一方面，这种结构还可以实现更大的悬架杠杆比，图3中悬架杠杆比基本为1，而悬架杠杆比越大，弹性及阻尼元件就可以更有效的发挥作用，这样在满足侧倾刚度的要求下，不需要采用初始刚度较高的弹性及阻尼元件，从而提高了车辆的行驶平稳性。

第一球铰外壳31可以与弹性及阻尼元件安装支座6通过轴孔过盈配合和螺栓连接方式(即图4中示出的采用螺栓61进行连接的形式)固定连接。除此之外，还可以采取其它的固定连接方式，例如焊接方式或者一体制造等。

第一球铰外壳31除了固定弹性及阻尼元件安装支座6，两个连接臂1、2各有一个端部共同固定连接在该第一球铰外壳31上，形成刚性V字形状。

从图3中可以看到第二球铰结构4和第三球铰结构5可采用相同的结构形式，并且区别于第一球铰结构3，其中第二球铰结构4包括相互配合的第二球铰连接球头42和第二球铰外壳41，第二球铰外壳41具有与第二球铰连接球头位于中间位置的球头部分(由于被外壳包裹，所以图中无法直接看到，能够从图中看到的是与球头部分连接的连接杆部分)配合的球形内腔和供第二球铰连接球头两端的连接杆部分穿过的第二通孔，第二球铰连接球头的球头部分设置在第二球铰外壳的球形内腔中，第二球铰连接球头的连接杆部分分别从第二通孔穿出，并与车辆的车架直接或间接地连接。第二球铰外壳上的第二通孔是相对于球头部分对称的两个通孔，而以球头部分为中心两边分别有两个轴线重合的连接杆穿过这两个通孔，使得第二球铰连接球头42能够相对于第二球铰外壳41转动和摆动，转动和摆动方式可参考第一球铰结构。

第三球铰结构包括相互配合的第三球铰连接球头52和第三球铰外壳51，其他结构均与第二球铰结构相同，这里不再赘述。对于两个连接臂1、2来说，其各自的另一个端部分别固定连接在第二球铰外壳41和第三球铰外壳42上。

图5和图6分别示出了控制臂总成在不同视角下的位置及角度关系，先以字母A、B、C分别代表三个球铰结构中球铰连接球头的球头部分的球心，而字母D代表球心A到球心B和C的连线的垂线的垂足，则AD的连线则与车辆的车桥轴线重合。这样在控制臂总成的设计上，可以根据设计需要选择不同长度的控制臂和V字形夹角，只要使其AD连线与车辆的车桥轴线重合即可。在第二球铰连接球头42和第三球铰连接球头52的连接杆部分的轴线，在初始位置时可以分别与对应的控制臂的轴线呈一个预设角度，即第一预设角度，例如将第一预设角度设置为图5中的90度。在其他的实施例中，也可以设置成其他的角度，这主要是根据悬架结构的连接方式进行确定的。

在控制臂总成所应用的双横臂悬架的优化设计上，两个连接臂的轴线与所述第一球铰结构的径向横截面之间分别呈第二预设角度φ和第三预设角度θ。而第二预设角度φ和第三预设角度θ的设置可根据悬架定位参数的优化情况以及抗制动抗点头的功能需求来确定，一般可取[-30°～30°]的范围。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (12)

1.一种控制臂总成，应用于车辆的独立悬架结构，其特征在于，包括呈V字形状的两个连接臂和分别设置在所述两个连接臂的端部的三个球铰结构，所述两个连接臂各有一个端部共同连接在所述三个球铰结构中的第一球铰结构，所述两个连接臂各自的另一个端部分别连接所述三个球铰结构中的第二球铰结构和第三球铰结构，所述第一球铰结构用于连接所述车辆的车桥轮边转向节，所述第二球铰结构和第三球铰结构用于连接所述车辆的车架。

2.根据权利要求1所述的控制臂总成，其特征在于，所述第一球铰结构包括相互配合的第一球铰连接球头和第一球铰外壳，所述第一球铰外壳具有与所述第一球铰连接球头一端的球头部分配合的球形内腔和供所述第一球铰连接球头另一端的连接杆部分穿过的第一通孔，所述第一球铰连接球头的球头部分设置在所述第一球铰外壳的球形内腔中，所述第一球铰连接球头的连接杆部分从所述第一通孔穿出，并与所述车辆的车桥轮边转向节连接。

3.根据权利要求2所述的控制臂总成，其特征在于，在所述控制臂总成作为所述车辆的独立悬架结构中的上横臂的状态下，所述第一球铰外壳上固定连接有弹性及阻尼元件安装支座，用于安装所述弹性及阻尼元件。

4.根据权利要求3所述的控制臂总成，其特征在于，所述第一球铰外壳与所述弹性及阻尼元件安装支座通过轴孔过盈配合和螺栓连接方式固定连接，或者通过焊接方式固定连接，或者一体制造形成固定连接。

5.根据权利要求2所述的控制臂总成，其特征在于，所述两个连接臂各有一个端部共同固定连接在所述第一球铰外壳上，形成刚性V字形状。

6.根据权利要求1所述的控制臂总成，其特征在于，所述第二球铰结构包括相互配合的第二球铰连接球头和第二球铰外壳，所述第二球铰外壳具有与所述第二球铰连接球头位于中间位置的球头部分配合的球形内腔和供所述第二球铰连接球头两端的连接杆部分穿过的第二通孔，所述第二球铰连接球头的球头部分设置在所述第二球铰外壳的球形内腔中，所述第二球铰连接球头的连接杆部分分别从所述第二通孔穿出，并与所述车辆的车架直接或间接地连接；

所述第三球铰结构包括相互配合的第三球铰连接球头和第三球铰外壳，所述第三球铰外壳具有与所述第三球铰连接球头位于中间位置的球头部分配合的球形内腔和供所述第三球铰连接球头两端的连接杆部分穿过的第三通孔，所述第三球铰连接球头的球头部分设置在所述第三球铰外壳的球形内腔中，所述第三球铰连接球头的连接杆部分分别从所述第三通孔穿出，并与所述车辆的车架直接或间接地连接。

7.根据权利要求6所述的控制臂总成，其特征在于，所述两个连接臂各自的另一个端部分别固定连接在所述第二球铰外壳和第三球铰外壳上。

8.根据权利要求6所述的控制臂总成，其特征在于，所述第一球铰连接球头的球头部分的球心到所述第二球铰连接球头和第三球铰连接球头的球头部分的球心连线的垂线与所述车辆的车桥轴线重合。

9.根据权利要求6所述的控制臂总成，其特征在于，所述第二球铰连接球头和第三球铰连接球头的连接杆部分在初始位置下的轴线分别与对应的控制臂的轴线呈第一预设角度。

10.根据权利要求9所述的控制臂总成，其特征在于，所述第一预设角度为90°。

11.根据权利要求1所述的控制臂总成，其特征在于，所述两个连接臂的轴线与所述第一球铰结构的径向横截面之间分别呈第二预设角度和第三预设角度。

12.根据权利要求11所述的控制臂总成，其特征在于，所述第二预设角度的取值范围为[-30°～30°]，所述第三预设角度的取值范围为[-30°～30°]。