CN105531128A - 具有接合的内部件和外部件的扭转梁 - Google Patents

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Abstract

一种用于后悬架组件(20)的扭转梁(22)，包括各自由钢板或合金钢板冲压成的梁外部件(24)和梁内部件(26)。梁部件(24，26)均呈倒U形横截面。梁内部件(26)设置在梁外部件(24)的侧壁(56，72)之间，并且部件(24，26)具有在其之间的倒U形间隙(28)。梁内部件(26)包括用于调整扭转梁(22)的侧倾刚度的多个肋部(84)。每个部件(24，26)包括相邻于外侧缘(58，74)的向外张开部段(62，76)。部件(24，26)通常通过沿着张开部段(62，76)的焊点(86)接合。

Description

具有接合的内部件和外部件的扭转梁
在先申请的交叉引用
本PCT专利申请要求于2013年4月16日提交的、名称为“具有接合的内部件和外部件的扭转梁”、序列号为No.1700/CHE/2013的印度临时专利申请的权益，上述申请的全部公开内容将视为本申请的公开内容的一部分并且在此通过参引并入本申请。
背景技术
1.技术领域
本发明涉及用于汽车的扭转梁以及制造该扭转梁的方法。
2.现有技术
汽车的后悬架组件包括连接至车辆的车身的一对纵向控制臂和承载车辆的短轴的一对纵臂。控制臂和纵臂通过扭转梁——也称为横梁或扭力梁——相互连接。后悬架组件的扭转梁通常包括呈O形、C形、U形或V形的既可以是敞开式也可以是封闭式的横截面。扭转梁还应有足够大的刚度以防止弯曲，另外，还应有足够大的挠性以允许扭曲。因此，扭转梁不仅是结构构件，而且还起扭力弹簧的作用。美国专利申请公开No.2008/0191443和美国专利Nos.8,205,898和8,585,067中公开了示例性扭转梁。
在汽车中使用的期间，由于扭转及其它因素，扭转梁经受相当大的应力。因此，最大的应力水平、尤其是由于扭转而造成的应力水平对于最小的材料厚度有要求，因而对扭转梁的重量有决定性影响。然而，因为扭转梁的重量对汽车的总重量有影响，因此优选使扭转梁的重量保持得尽可能低。
而且，扭转梁会控制车辆的侧倾率或侧倾刚度，而侧倾率或侧倾刚度会影响车辆的行驶和操纵。当纵臂相对于彼此竖向地移动时，扭转梁通过扭转来提供侧倾刚度。侧倾刚度类似于车辆的乘适刚度(riderate)，但对于包括横向加速度的动作而言，侧倾刚度使车辆的簧上质量侧倾。侧倾刚度表示为车辆簧上质量每侧倾一度所对应的扭矩，并且通常以Nm/度为单位进行测量。车辆的侧倾刚度不会改变车辆上的重量转移的总量，但会改变重量转移的速度和通过车辆底盘从特定轴转移到另一轴的重量的百分比。通常，车辆的轴上的侧倾刚度越高，转移速度就越快，并且转移到该轴上的重量的百分比就越高。较慢的重量转移能够降低发生车辆翻车状况的可能性。
扭转梁的尺寸和设计对侧倾刚度有很大影响。增加扭转梁的厚度能够增大侧倾刚度，但这也会增加重量和制造成本。常常使用平衡杆来获得期望的侧倾刚度，尤其是在具有敞开式的U形或V形横截面的扭转梁中使用平衡杆来获得期望的侧倾刚度。封闭式V形横截面或压扁封闭式轮廓也能够提供足够的侧倾刚度。然而，包括稳定杆或封闭式横截面的扭转梁是昂贵的，因为其需要复杂的、受控的且稳定的制造工艺。
发明内容
本发明提供了一种扭转梁，该扭转梁包括梁外部件，梁外部件包括沿着轴线在两个相反外端部之间纵向地延伸的外基部。梁外部件包括一对外侧壁，所述一对外侧壁通过外基部彼此间隔开并且各自沿着轴线在两个相反外端部之间纵向地延伸。外侧壁还从外基部横向地延伸以在外侧壁之间提供开口。
扭转梁还包括梁内部件，该梁内部件设置在梁外部件的外侧壁之间的开口中。梁内部件包括内基部，该内基部沿着外基部在两个相反内端部之间纵向地延伸。梁内部件包括一对内侧壁，所述一对内侧壁通过内基部彼此间隔开并且各自沿着轴线在两个相反内端部之间纵向地延伸。内侧壁还从内基部横向地延伸以在内侧壁之间提供开口。梁内部件的内侧壁接合至梁外部件的外侧壁。
本发明还提供了一种制造该扭转梁的方法。该方法包括提供梁外部件和梁内部件，并且将该梁内部件设置在通过梁外部件的外侧壁提供的开口中。该方法接着包括将梁内部件的内侧壁接合至梁外部件的外侧壁。
与形成有稳定杆或封闭式V形横截面或压扁封闭式轮廓的扭转梁相比，本发明的扭转梁具有以更轻的重量和更低的制造成本满足侧倾刚度要求的优点。
附图说明
当在结合附图考虑时，通过参考以下详细描述能够更好地理解本发明，同时将易于领会本发明的其它优点，在附图中：
图1A是包括根据本发明的一个示例性实施方式的扭转梁的悬架组件的立体图，其中，该扭转梁具有多个焊点；
图1B是图1A的悬架组件的一部分的俯视图；
图1C是图1A的悬架组件的一部分的立体图，示出了沿着梁外部件的外表面的焊点；
图1D是图1A的悬架组件的一部分的立体图，示出了沿着梁内部件的内表面的焊点；
图2A是图1A的扭转梁的立体图；
图2B是图1A和图2A的扭转梁的分解图，示出了梁外部件和梁内部件；
图3A是图2A的扭转梁沿着线A-A的截面图；
图3B是图2A的扭转梁沿着线B-B的截面图；
图3C是图2A的扭转梁沿着线C-C的截面图；
图3D是图2B中所示的梁内部件的俯视图；以及
图3E是图2A的扭转梁的侧视图，示出了多个焊点。
具体实施方式
在图1A至图1D中总体上示出了根据本发明的一个实施方式的用于汽车的后悬架组件20。如图2A和图2B中最佳地示出的，悬架组件20包括扭转梁22，扭转梁22包括梁外部件24和梁内部件26。如图3A和图3B中所示，梁外部件24和梁内部件26接合在一起以在梁外部件24和梁内部件26之间提供倒U形间隙28。与形成有稳定杆或封闭式V形横截面或压扁封闭式轮廓的扭转梁相比，扭转梁22以更轻的重量和更低的制造成本满足侧倾刚度要求。例如，图1A的扭转梁22可以提供7.5kg的重量和551Nm/度的侧倾刚度。
如图1A中所示，悬架组件20包括各自在两个相反端部之间延伸的第一控制臂30和第二控制臂32。悬架组件20还包括第一车轮安装构件38和第二车轮安装构件40，第一车轮安装构件38和第二车轮安装构件40彼此对齐且各自连接至相应控制臂30、32的一个端部。第一轴支架42相邻于与第一车轮安装构件38相反的端部而连接至第一控制臂30，第二轴支架44相邻于与第二车轮安装构件40相反的端部而连接至第二控制臂32。第一弹簧支架46相邻于第一轴支架42而连接至第一控制臂30，第二弹簧支架48相邻于第二轴支架44而连接至第二控制臂32。悬架组件20还包括第一纵臂50和第二纵臂52，第一纵臂50和第二纵臂52各自连接至相应的轴支架42、44，并且相对于相应的控制臂30、32反向延伸。尽管图1A示出了后悬架组件20中的扭转梁22，但扭转梁22也能够用在其它类型的悬架组件中。
如图2B中所示，悬架组件20的扭转梁22包括梁外部件24和梁内部件26。梁外部件24和梁内部件26优选地由钢板或合金钢板冲压而成，但可以由其他金属制成。梁外部件24包括外基部54，外基部54呈弓形形状并且沿着轴线A在两个相反外端部34之间纵向地延伸。梁外部件24还包括一对外侧壁56，所述一对外侧壁56通过外基部54彼此间隔开并且各自沿着轴线A在两个相反外端部34之间纵向地延伸。如图3A和图3B中最佳地示出的，每个外侧壁56还从外基部54横向地延伸至外侧缘58以在外侧壁56之间提供开口。外基部54和外侧壁56优选地呈倒开口的U形横截面。每个外侧壁56包括外张开部段62，外张开部段62沿着梁外部件24长度的大部分且相邻于相关外侧缘58而向外延伸。在梁外部件24的相邻于外端部34的部分中，外侧壁56通常是平直的并且不包括外张开部段62。梁外部件24优选地关于沿着纵向轴线A在外端部34之间延伸的平面对称。然而，扭转梁22的外基部54和外侧壁56可以呈具有各种不同形状的敞开式横截面。
梁外部件24的外基部54和外侧壁56共同提供外表面和相反朝向的内表面，外表面和内表面通过外侧缘58彼此间隔开。如图3A和图3B中所示，内表面和外表面之间具有厚度t1。在一个实施方式中，厚度t1为约2mm至3mm。外基部54的外表面通常在沿着中心轴线A的中央区域中是平的并且从该平的中央区域到外侧壁56是大体呈凸形的。外基部54的内表面在沿着中心轴线A的中央区域中同样是平的并且从该平的中央区域到外侧壁56是大体呈凹形的。如图3A和图3B中所示，外基部54通常具有垂直于中心轴线A并且从一个外侧壁56延伸至另一外侧壁56的宽度w1。梁外部件24的宽度w1通常从外端部34朝向梁外部件24的中间略微减小。如图3A至图3C中所示，梁外部件24通常还具有从外侧缘58之间延伸至外基部54的外表面的高度h1。梁外部件24的高度h1通常在两个相反外端部34之间是恒定的。此外，如图2B中所示，梁外部件24的外侧壁56在每个外端部34处限定了用于接纳控制臂30、32中的一个控制臂的凹口68。
正如图3A和图3B中最佳地示出的，扭转梁22的梁内部件26设置在梁外部件24的外侧壁56之间的开口中以在梁内部件26和梁外部件24之间提供倒U形间隙28。梁内部件26包括内基部70，该内基部70呈弓形形状并且沿着轴线A在两个相反内端部36之间纵向地延伸。梁内部件26的中间和内端部36通常与梁外部件24的中间和外端部34对准。梁内部件26还包括一对内侧壁72，所述一对内侧壁72通过内基部70彼此间隔开并且各自沿着轴线A在两个相反内端部36之间纵向地延伸。每个内侧壁72也从内基部70横向地延伸至内侧缘74以在内侧壁72之间提供开口。内基部70和内侧壁72优选地呈倒敞开式U形横截面。每个内侧壁72包括内张开部段76，内张开部段76沿着梁内部件26的长度的大部分且相邻于相关内侧缘74而向外延伸。内侧壁72通常是平直的并且不包括相邻于内端部36的内张开部段76。梁内部件26优选地关于沿着纵向轴线A在内端部35之间延伸的平面对称。然而，扭转梁22的内基部70和内侧壁72可以呈具有各种不同形状的敞开式横截面。
梁内部件26的内基部70和内侧壁72共同提供外表面和相反朝向的内表面，外表面和内表面通过内侧缘74彼此间隔开。如图3A和图3B中所示，内表面和外表面之间具有厚度t2。在一个实施方式中，厚度t2为约2mm至3mm。
梁内部件26的外表面通过倒U形间隙28与梁外部件24的内表面间隔开。梁内部件26与梁外部件24之间的间隙28的尺寸可以沿着扭转梁22的长度变化，但间隙28的长度，即梁内部件26与梁外部件24之间的距离通常比每个梁部件24、26的厚度t大。如图3A和图3B中所示，间隙28包括外基部54与内基部70之间的第一间隙区域、外侧壁56中的一者与相邻内侧壁72之间的第二间隙区域、以及外侧壁56中的另一者与相邻内侧壁72之间的第三间隙区域。在图2A中所示的示例性实施方式中，间隙28的相邻于扭转梁22的端部34、36如沿着线B-B的尺寸比间隙28的在扭转梁的中央如沿着线A-A的尺寸大。
内基部70的内表面通常在沿着中心轴线A的中央区域中是平的并且从该平的中央区域到内侧壁72是大体呈凸形的。内基部70的内表面在沿着中心轴线A的中央区域中同样是平的并且从该平的中央区域到内侧壁72是大体呈凹形的。如图3A和图3B中所示，内基部26通常具有垂直于中心轴线A并且从一个内侧壁72延伸至另一内侧壁72的宽度w2。与梁外部件24一样，梁内部件26的宽度w2通常从内端部36朝向梁内部件24的中间略微减小。
如图2B和图3C中所示，梁内部件26包括端部段78和中间部段80，端部段78各自从内端部36中的一者朝向相反的内端部36延伸，中间部段80设置在端部段78之间。如图3A至图3C中所示，梁内部件26具有从内侧缘74之间延伸至内基部70的外表面的高度h2。梁内部件26的高度h2通常沿着中间部段80是恒定的并且从中间部段80沿着端部段78朝向内端部36减小。此外，内基部70具有相邻于每个内端部36的平的表面，使得通过外侧壁56提供的凹口68能够不受阻碍通行并且能够接纳控制臂30、32。
在一个优选实施方式中，如图2B、图3C和图3D中所示，梁内部件26包括沿着内基部70彼此间隔开的多个肋部84。如图3C中所示，肋部84也与梁外部件24的内表面略微间隔开。肋部84通常设置在梁内部件26的中间部段80中，但不设置在端部段78中。此外，肋部84通常垂直于中心轴线横过整个内基部70并且沿着内侧壁72的一部分延伸，但不与内侧缘74相邻。肋部84的尺寸可以被修改以改变由扭转梁20提供的侧倾刚度。例如，每个肋部84的高度、长度以及宽度可以被修改以获得期望的侧倾刚度。肋部84沿着梁内部件26的长度的位置也可以被修改以改变侧倾刚度。
当梁内部件26设置在外侧壁56之间时，将梁内部件26和梁外部件24接合在一起——优选地通过点焊接合在一起——以形成扭转梁22。梁部件24、26通常沿着相邻于侧缘58、74的侧壁56、72接合。如图1、图2A、图3A、图3B和图3E中所示，多个焊点86将每个内侧壁72的内张开部段76接合至相邻外侧壁56的外张开部段62。焊点86沿着扭转梁22的长度彼此间隔开。如图1C和图1D中所示，焊点86也从梁外部件24的外表面延伸穿过侧壁56、72并且延伸至梁内部件26的内表面。焊点86通常为金属惰性气体(MIG)焊点或激光焊点，但可以是其他类型的焊点。此外，梁内部件26和梁外部件24可以替代性地通过其他方法如连续焊接或粘合而接合在一起。
本发明还提供了一种制造该扭转梁22的方法，扭转梁22包括梁外部件24和梁内部件26，梁外部件24和梁内部件26接合在一起以在梁外部件24和梁内部件26之间提供倒U形间隙28。该方法首先包括提供梁外部件24和梁内部件26。梁部件24、26通常由钢板或合金钢板冲压而成。冲压提供了改变梁内部件26和梁外部件24的尺寸如部段大小、宽度w、厚度t以及高度h的灵活性。在一个实施方式中，梁内部件26和梁外部件24由拼焊板冲压而成。然而，梁外部件24和梁内部件26可以通过其他方法形成。
该方法接着包括将梁内部件26设置在通过梁外部件24的外侧壁56提供的开口中。将梁内部件26设置在通过外侧壁56提供的开口中的步骤包括使内基部部分70的外表面与外基部54的内表面间隔开。一旦梁内部件26设置在开口中，该方法包括将梁内部件26的内侧壁72接合至梁外部件24的外侧壁56。接合步骤通常包括优选地通过点焊将内侧壁72的内张开部段76焊接至外侧壁56的外张开部段62。点焊步骤包括在沿着与相关侧缘58、74相邻的相关张开部段62、76彼此间隔开的多个点中将每个外侧壁56焊接至相邻内侧壁72。点焊可以包括金属惰性气体(MIG)焊接、激光焊接、或其他类型的焊接。替代性地，连续焊接可以将部件24、26接合在一起。根据另一替代性实施方式，接合步骤包括诸如在内侧壁72与外侧壁56之间设置粘合剂的另一接合技术。
显然，能够在所附权利要求的范围内根据以上教示获得本发明的许多改型和变型，并且可以不按照所具体描述的方式来以其他方式实施这些改型和变型。另外，权利要求中的附图标记仅仅是为了方便且不应当被认为以任何方式进行限制。

Claims (15)

1.一种扭转梁(22)，包括：
梁外部件(24)，所述梁外部件(24)包括沿着轴线(A)在两个相反外端部(34)之间纵向地延伸的外基部(54)；
所述梁外部件(24)包括一对外侧壁(56)，所述一对外侧壁(56)通过所述外基部(54)彼此间隔开并且各自沿着所述轴线(A)在所述两个相反外端部(34)之间纵向地延伸并且从所述外基部(54)横向地延伸以在所述一对外侧壁(56)之间提供开口；
梁内部件(26)，所述梁内部件(26)设置在所述梁外部件(24)的所述外侧壁(56)之间的所述开口中；
所述梁内部件(26)包括沿着所述外基部(54)在两个相反内端部(36)之间纵向地延伸的内基部(70)；
所述梁内部件(26)包括一对内侧壁(72)，所述一对内侧壁(72)通过所述内基部(70)彼此间隔开并且各自沿着所述轴线(A)在所述两个相反内端部(36)之间纵向地延伸并且从所述内基部(70)横向地延伸以在所述一对内侧壁(72)之间提供开口；以及
所述梁内部件(26)的所述内侧壁(72)接合至所述梁外部件(24)的所述外侧壁(56)。
2.根据要求1所述的扭转梁(22)，包括焊点(86)，所述焊点(86)将所述外侧壁(56)接合至所述内侧壁(72)。
3.根据权利要求2所述的扭转梁(22)，其中，所述外侧壁(56)中的每个外侧壁从所述外基部(54)延伸至外侧缘(58)，所述内侧壁(72)中的每个内侧壁从所述内基部(70)延伸至内侧缘(74)，所述侧壁(56，72)中的每个侧壁包括张开部段(62，76)，所述张开部段(62，76)相邻于相关所述侧缘(58，74)向外延伸并且所述侧壁(56，72)中的每个侧壁包括沿着所述张开部段(62，76)彼此间隔开的多个所述焊点(86)。
4.根据权利要求1所述的扭转梁(22)，其中，所述外基部(54)和所述内基部(70)提供在所述外基部(54)与所述内基部(70)之间的间隙(28)。
5.根据权利要求4所述的扭转梁(22)，其中，所述梁(24，26)中的每个梁具有厚度(t)，并且沿着所述纵向轴线(A)的至少一部分，从所述内基部(70)延伸至所述外基部(54)的所述间隙(28)的长度比所述梁(24，26)的所述厚度(t)大。
6.根据权利要求4所述的扭转梁(22)，其中，所述间隙(28)呈倒U形形状。
7.根据权利要求1所述的扭转梁(22)，其中，所述内侧壁(72)从所述内基部(70)延伸至内侧缘(74)；所述梁内部件(26)具有垂直于所述轴线(A)从所述内侧缘(74)之间延伸至所述内基部(70)的高度(h2)；所述梁内部件(26)包括端部段(78)和中间部段(80)，所述端部段(78)各自从所述内端部(36)中的一者朝向相反的内端部(36)延伸，所述中间部段(80)设置在所述端部段(78)之间；并且其中，所述端部段(78)的所述高度(h2)从所述中间部段(80)朝向相邻的所述内端部(36)减小。
8.根据权利要求7所述的扭转梁(22)，其中，所述内基部(70)具有相邻于每个内端部(36)的平的表面；并且所述梁外部件(24)的所述外侧壁(56)在每个外端部(34)处限定凹口(68)。
9.根据权利要求1所述的扭转梁(22)，其中，所述梁内部件(26)包括沿着所述内基部(70)彼此间隔开的多个肋部(84)。
10.根据权利要求9所述的扭转梁(22)，其中，所述肋部(84)垂直于所述轴线(A)横过所述内基部(70)并且沿着所述内侧壁(72)的至少一部分延伸。
11.一种悬架组件(20)，所述悬架组件(20)包括根据权利要求1所述的扭转梁(22)。
12.根据权利要求11所述的悬架组件(20)，包括：第一控制臂(30)和第二控制臂(32)，其中，所述扭转梁(22)在所述第一控制臂(30)与所述第二控制臂(32)之间延伸；一对车轮安装构件(38，40)，每个车轮安装构件连接至所述控制臂(30，32)中的一个控制臂；一对轴支架(42，44)，每个轴支架连接至所述控制臂(30，32)中的一个控制臂；一对弹簧支架(46，48)，每个弹簧支架连接至所述控制臂(30，32)中的一个控制臂；以及一对纵臂(50，52)，每个纵臂连接至所述相应轴支架(42，44)。
13.一种制造扭转梁(22)的方法，包括以下步骤：
提供梁外部件(24)，所述梁外部件(24)包括外基部(54)和一对外侧壁(56)，所述外基部(54)沿着轴线(A)在两个相反外端部(34)之间纵向地延伸，所述一对外侧壁(56)通过所述外基部(54)彼此间隔开并且各自沿着所述轴线(A)在所述两个相反外端部(34)之间纵向地延伸并且从所述外基部(54)横向地延伸以在所述一对外侧壁(56)之间提供开口；
提供梁内部件(26)，所述梁内部件(26)包括内基部(70)和一对内侧壁(72)，所述内基部(70)沿着轴线(A)在两个相反内端部(36)之间纵向地延伸，所述一对内侧壁(72)通过所述内基部(70)彼此间隔开并且各自沿着所述轴线(A)在所述两个相反内端部(36)之间纵向地延伸并且从所述内基部(70)横向地延伸以在所述一对内侧壁(72)之间提供开口；
将所述梁内部件(26)设置在通过所述梁外部件(24)的所述外侧壁(56)提供的所述开口中；以及
将所述梁内部件(26)的所述内侧壁(72)接合至所述梁外部件(24)的所述外侧壁(56)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述梁内部件(26)的所述内侧壁(72)接合至所述梁外部件(24)的所述外侧壁(56)的步骤包括将所述梁内部件(26)焊接至所述梁外部件(24)或在所述梁内部件(26)与所述梁外部件(24)之间设置粘合剂。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述梁内部件(26)的所述内侧壁(72)接合至所述梁外部件(24)的所述外侧壁(56)的步骤包括沿着所述侧壁(56，72)焊接多个点，并且进行点焊的所述步骤包括金属惰性气体(MIG)焊接或激光焊接。
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