CN1059160C

CN1059160C - 悬架臂

Info

Publication number: CN1059160C
Application number: CN96113273A
Authority: CN
Inventors: 加藤嘉久; 今泉一仁
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 2000-12-06
Anticipated expiration: 2016-08-30
Also published as: EP0760300A1; JP3191654B2; CN1150096A; DE69622102D1; US5992867A; DE69622102T2; JPH09123722A; EP0760300B1

Abstract

公开了一种其所需强度相对较低且能改善空间利用的悬架臂。前悬架下臂的臂体具有开口朝下的C形横截面。该臂体的顶面位于载荷作用面之下。臂体的横截面剪心基本上可处于载荷作用面邻近。减少了由输入载荷所产生的扭矩，从而使臂体具有良好的扭转刚度。由于载荷作用面位于臂体外，因此可增大臂体外侧的空间。此外，由于下臂所需的强度可更小，因此可降低下臂的横截面积。这样就减小了臂体封闭端与开口端间的距离，从而在臂体外提供足够大的空间，改善了空间利用的效率。这种空间的增大对于下臂与转向机构间的定位关系是有益的。

Description

悬架臂

本发明涉及具有一个方向开口的采用开口横截面形构造的臂体的悬架臂。

如图14所示，在构成悬架的元部件的L形或A形悬架臂100中，其外端通过一球铰链102支承于车轮架侧面，而其拐角部及内端则分别通过衬套104和106支承在车辆的前后位置的车体侧面，通过球铰链102的中心(点D)作用的输入载荷推向车辆前部衬套104之中心(点A)以及车辆后端衬套106之中心(点B)。因此，向臂100施加输入载荷的载荷作用面P是由包括点D、A、B的面构造。

如图8和9所示，臂100是通过将两个冲压板焊在一起而形成，或者是由一个冲压件构成，使之具有一开口朝下的开口横截面形构造。臂100形成为使其载荷作用面P位于臂100的上下面之间。

如图11所示，在前悬架中，转向机构118位于臂100之上的邻近处，而臂100用作该前悬架的下臂。为了得到足够大的发动机安装空间并使前悬架更加紧凑，最好是使转向机构118尽量地靠近于臂100(即臂100的底面与转向机构118之间的距离L，见图12)，从而使转向机构118的位置降低。然而，如图8所示，必须在连杆120与臂100之间保持一预定的间隙，从而限制了臂100与转向机构118之间的接近程度。如上所述，载荷作用面P位于臂100的上下面之间。因此，臂100的高度相对较大，从而限制了转向机构118的低位布置。这样也就限制了所需的使发动机安装空间增大以及使悬架结构紧凑的要求。

臂100与转向机构118间所需的间距限制了臂100顶面的位置。而且，由于在转向机构118及发动机安装空间内的零部件间必须保留所需的间隙，因此设置臂100之顶面的位置的自由度(灵活性)相对地也就较低了。

此外，由于臂100必须位于路面以上预定的高度，因而其底面的位置也受到限制。由此，设置臂100之底面位置的灵活度也小了。

为了使转向机构118尽可能地靠近于臂100设置，可使臂100的横截面为扁平形，如图9所示。然而，当臂100的顶面位于载荷作用面P以上时，转向机构118就不可能被设置得足够低。

为使转向机构118设置得足够低，臂100的顶面必须处于载荷作用P之下方。但是，此时，臂100横截面的形心G以及臂100的剪心S位于载荷作用面P以下，如图13所示。同载荷作用面P位于臂100的上下面之间的情况下比，这就会相造成使从载荷作用面P到形心G及剪心S间偏移量OS的增大，从而增大了由输入载荷作用于臂100而产生的弯矩。因此，臂100更易弯曲。这就会带来臂100的强度缺陷并降低了其扭转刚度，然而这对于车辆的平稳行驶是必须的。为克服这一问题，通过例如增大臂100的厚度，从而增大臂100的横截面积。

图10所示的具有一开口横截面的悬架臂公开于日本实用新型申请平-开(JP-U)No.1-93108中。图10的悬架臂为一简单的轻便结构，但其在空间利用效率方面仍不足，因为载荷作用面P位于其上下面之间。

臂100具有一开口横截面形构造，同具有封闭横截面形构造的臂100相比，其剪心S可设置更靠近于其封闭端(即其顶面)。

根据上述问题与事实，提出了本发明，本发明的一目的是提供一种能具有相对较低的所需强度并且能改变空间利用效率的悬架臂。

根据本发明的第一种方式，悬架臂的臂体具有朝一个方向开口的开口横截面形构造，并且悬架臂的载荷作用面位于所述开口横截面形构造的臂体之封闭端，或在该封闭端之外。

按照本发明的第二种方式，在第一种方式的悬架臂中，在臂体的封闭端设有一凸出部分，该凸出部分朝臂外凸出。

按照本发明的第三种方式，在第一种方式的悬架臂中，在臂体封闭端设有一孔部分，且该孔部分的周边向外翻。

上述结构使悬架臂的载荷作用面可位于臂体横截面剪心的附近。由此，减低了输入载荷引起的扭矩，使悬架臂具有良好的扭转刚度。

由于悬架臂的载荷作用面位于所述开口横截面形构造的臂体之封闭端或在其外侧，因此可增大该臂体封闭端外侧的空间。

此外，由于具有良好的扭转刚度，因此悬架臂所需的强度可以较小，从而可减小悬架臂的横截面积。这样就降低了具有开口横截面形构造的悬架臂之封闭端与开口端间的距离，从而在该臂体的封闭端之外提供足够大的空间，使空间利用率得以改善。

由于横截面的形心可移向载荷作用面，因此降低了其间的偏移量，使由于输入载荷而产生的弯矩降低。这对于悬架臂的强度也是有益的。

例如，在前悬架的下臂中，臂体的顶面位于载荷作用面以下导致：在该臂体之位于转向机构以下的部位，或者整个该臂体，转向机构可尽量设置得靠近于下臂，从而使转向机构的位置降低。因此，就可在下臂以上获得足够大的发动机安装空间，并使前悬架制得紧凑。此外，下臂与转向机构间的相对移动的灵活度增大了。

具有这种开口横截面形构造的臂体的上述悬架臂可方便地冲压成型。

根据第二种方式，在臂体的封闭端形成有向外弯的凸出部分，从而使臂体横截面的形心可更靠近于臂体的封闭端，即更靠近于载荷作用面。这就改善了臂的强度，主要是改善了其抗弯曲的刚度。

例如，当下臂的横截面形心在下臂之中央部位，高于载荷作用面时，在下臂的中央部位处就产生了一个引起向上的弹性变形的力。因此，作为整体的下臂就抑制了引起向下变形的力，使下臂相对于变形的强度(即刚度)增大。此外，可防止下臂刚度下降，否则会因为下臂之扭转弹性变形而产生使刚度下降的现象。

按照第三种方式，在臂体之封闭端设置有一孔部分，且该孔部分的周边朝外翻。这就防止了臂体横截面的形心与剪切因孔部分的存在而过份地移向臂内，从而给臂的结构强度带来益处。

除上述效果外，在下臂中，例如，当孔部分用作减轻重量的孔时，它亦用作用于拧紧螺栓的工作孔，而减轻重量的孔之外翻的周边则用作螺栓拧紧工具—套筒板手的导引。

本发明的上述及其它目的、特征及优点可通过结合附图所作的下述描述及另带的权利要求而更加清楚，其中通过说明性的方式，给出本发明的优选实施例。

下面结合附图描述本发明，其中：

图1A，1B和1C为本发明第一个实施例所述的悬架臂，其中图1A为一平面图，图1B为从车辆前方看的视图，而图1C则为从车内观看的沿车宽方向的视图；

图2为图1之2-2方向的剖视图；

图3为本发明第二个实施例所述的相应于图2的悬架臂的剖视图；

图4为本发明第三个实施例所述的相应于图2的悬架臂的剖视图；

图5为本发明第四个实施例所述的相应于图2的悬架臂的剖视图；

图6为本发明第五个实施例所述的相应于图2的悬架臂的剖视图；

图7为本发明第六个实施例所述的相应于图2的悬架臂的剖视图；

图8为常规悬架臂的剖视图；

图9为传统悬架臂的剖视图；

图10为一传统悬架臂的剖视图；

图11为处于安装状态的前悬架之下臂的透视图；

图12为下臂与转向机构间关系的视图；

图13为传统悬架臂的剖视图；

图14为示出了一悬架臂的受力作用面的透视图；

图15为本发明第七个实施例所述的相应于沿图18之15-15方向剖开的悬架臂的剖视图；

图16为本发明第8个实施例所述的相应于图15的悬架臂的剖视图；

图17为本发明第九个实施例所述的相应于图15的悬架臂的剖视图；

图18为本发明第十个实施例所述的悬架臂的透视图。

现结合附图1A～1C以及2，描述本发明第一个实施例所述的悬架臂。

图1A～1C示出了前悬架的下臂10(用作悬架臂的一个臂)。臂10具有一从垂直方向看为L形的臂体12(见图1A)。臂体12的一端通过一球铰链14支承于车轮架侧面。所述的该端是位于车宽方向外侧的那一端。臂体12的另一端以及其拐角部位分别通过衬套16和18支承于车体的一侧。所述的另一端以及拐角部位位于车宽方向内侧，从而使该另一端沿车纵向处于拐角部位的后侧。

通过球铰链14的中心(点D)作用的输入载荷被支承于车辆前端位置处之衬套16的中心(点A)以及车辆后部位置处的衬套18的中心(点B)。因此，载荷作用面(见图1B和1C)P，其中作用于下臂10的一输入载荷由包括点D、A和B的平面确定，该载荷作用面P由包括在从臂外作用有力的臂上的点来确定。

如图2所示，臂体12是由板材冲压成型，使之具有一开口形的剖面构造，该剖面大体上呈C形，其开口朝下。臂体12的顶面形成为使之处于载荷作用面P之下，并与该载荷作用面P平行。

在臂体12顶臂的两侧设置有一对冲压形成的相互分隔开的加强肋20。这样可改善该臂体12的垂直刚度。

在上述结构中，臂体12之横截面的剪心S可位于开口横截面结构形的臂体部分12之封闭端外侧的载荷作用面P的附近。因此，可降低由输入载荷产生的扭力，从而使臂体12具有良好的扭转刚度。换言之，由于其上作用有施加地悬架臂的输入载荷的载荷作用面P邻近于剪心S，该剪心是扭转变形的中心，因此悬架臂就不易发生扭转变形。

由于载荷作用面P位于开口横截面形的臂体12之封闭端的外侧，因此可增大设置于该臂体12之本体部分外侧的空间。而且，由于降低了由施加于下臂10的输入载荷引起的臂体12的扭矩，因此下臂10所需的强度可降低，从而可降低该下臂10的横截面面积。这也降低了开口横截面形臂体之封闭端与开口端之间的距离，从而在臂体封闭端外侧可提供一足够大的空间，使利用空间的效能得以改善。

由于横截面的形心G可向载荷作用面P方向移动(往上)，因此降低了由输入载荷而在该横截面内产生的弯矩。这对于下臂10的强度也是有益的。

在前悬架的下臂10中，作为将臂体12的顶面设置得比载荷作用面P低的结果，至少在臂体12位于转向机构22下的部位内或者在整个臂体12内，可使转向机构22布置得尽量靠近下臂10(虽然在连杆24与臂体12之间保持了一预定的间隙)，从而降低了转向机构22的位置。因此，在下臂10上可获得一足够大的发动机空间，并且前悬架可制得很紧凑。此外，增大了下臂10与转向机构22间相对运动自由度。

具有这种开口横截面形臂体的上述悬架臂是通过冲压方便地成型。

在上述臂体12中，具有一开口横截面形构造的部分可限于位于转向机构22以下的部分，也可延伸至整个臂体12。

本发明的臂体并不局限于上述第一实施例。本发明的臂体可包括其它各种形式，例如第一至第5实施例，下面将加以描述。

如图3所示，本发明第二实施例所述的臂体50由两个冲压件组成，即臂上件52和臂下件54。臂上件52由一板冲压而成，它具有一C形横截面。臂下件54也是由一板冲压形成，具有一C形横截面，并且随后其封闭部分形成一开口。臂下件54的侧壁位于臂上件52的侧壁内侧，并与该侧壁重叠，随后沿重叠部位进行焊接。因此，臂上件52与臂下件54就结合为一体。由于臂下件54的底壁具有一开口，因此臂体50具有开口横截面形构造。

本实施例同样可产生类似于第一实施例的那些功能。

由于臂体50由两个件组成，因此调节剪心S之位置的灵活度增大了。例如，通过改变臂上件52与臂下件54的厚度，就可调节剪心S的位置。

如图4所示，本发明第三实施例所述的臂体60亦由两个冲压件组成，类似于上述第二实施例所述的臂体50。即，臂体60由焊接在一起的臂上件62和臂下件64组成。在臂上件62的顶面开设有一减小重量的孔(孔部分)66。为了使作为整体的臂体60具有一开口横截面形构造，在臂下件64之底壁上形成的一开口的宽度W相对地要大于用于减轻重量的孔66。臂下件64之底壁上的开口用于使剪心S有效地上移，而用于减轻重量的孔66则用于对剪心S的位置进行细微的调节(以防止剪心S的位置过高)。因此，有可能使剪心S更靠近于载荷作用面P以及使横截面的形心G朝载荷作用面方向移动，从而可更显著地获得第一实施例的上述功效。

通过使臂下件64比臂上件62制得要薄一些，有可能使剪心S更靠近于载荷作用面P并且使横截面的形心G朝载荷作用面方向移动，从而更加强了上述功效。

如图5所示，本发明第四实施例所述的臂体70由一个冲压件组成，它具有一个开口朝下的C形开口横截面形构造。在臂体70的顶面上形成有一降低重量的孔(孔部分)72。对降低重量的孔72进行了翻边处理，使其周缘弯向载荷作用面P。采用这种结构，除了具有上述第三实施例所述的类似的功效以外，对降低重量的孔72所进行的磨边处理有可能使剪心S及横截面的形心G移向载荷作用面P，同时可防止因降低重量的孔72而造成的使剪心S及形心G的位置过低。用于降低重量的孔72的尺寸可小得只要在将分支架成类似件连于车体时能插入一装配螺栓即可。这样，可形成在保持其刚度优势的同时而不会造成其强度降低的臂体70。

本实施例也提供类似于第一实施例所述的那些功效。

如图6所示，本发明第五实施例所述的臂体80包括两个冲压板，类似于第三实施例所述的臂体60。即，臂体80由臂上件82和臂下件84组成。但是，第五实施例同第三实施例具有下列区别。在臂上件82的顶壁上没有用于降低重量的孔。臂下件84在其底壁上设有开口，但其中央部位被压向臂上件82(图6中，被冲压部位由标号86表示)，由此作为一体的臂体80具有一开口横截面形构造。

该实施例亦提供类似于第一实施例的那些功效。

由于臂体80具有一基本上为箱形的横截面(封闭的横截面)，因此其强度被大大地增大了。

如图7所示，本发明第六实施例所述的臂体90由两个冲压板组成，即一臂上件92和一臂下件94。在每一个臂上件92和臂下件94中，在其两侧设置有一对冲压部件，用于形成加强肋96，且两侧的加强肋96间分隔开。将臂上件92和臂下件94焊接在一起，使臂上件92之加强肋96的凸出部位靠在臂下件94之加强肋96上，由此使臂体90整体上具有一扁平的横截面。臂下件94在加强肋96之间具有一开口，从而使臂体90在整体上具有一开口横截面形的构造。结果，臂上件92的顶面(臂体90的顶面)与载荷作用面P位于相互接近处。加强肋96改善了臂体90的垂直刚度。即，由于臂体90的横截面基本上为H形，因此极大地改善了臂体90的变形强度(即刚度)。

现结合附图15描述本发明的第七实施例。

根据本实施例，与第一实施例相似，下臂10之臂体200由一冲压板形成。在下臂10的中央部位(相对于图18中由符号A表示的部位，该部位为在衬套18(被连于车体)及球铰链14(被连于车轮架)间延伸的弯曲部分之中央部位，如图15所示，在臂体200的顶面上形成有一凸出的平台状部分(凸出部分)202。臂体200横截面的其它特征类似于第一实施例之那些相应特征。

如前所述，开口朝底(沿一个方向)的具有扁平开口横截面的悬架臂同具有封闭的横截面的悬架臂相比，它具有较低的扭转刚度。因此，通过将剪心S设置成靠近于载荷作用面P，悬架的扭转弹性变形减小了，从而可防止悬架臂的刚度降低。

当驾驶员制动时，或者当车辆驶过路面上的一凸起时，沿车辆纵向向后作用的输入载荷(一向后拉车辆的输入载荷)作用于球铰链14的中心(点D)。因此悬架臂必须具有抵抗该输入载荷的足够强度。然而，由于载荷作用面P和横截面的形心G间的偏移OS，即由于载荷作用面P位于横截面形心G之上，因此在下臂10的横截面上作用有一向下的弯矩。结果，下臂10可能会产生向下凸的变形，并在其中央部位之变形达到最大，即图18中的部位A。这样进一步扩大了偏移量OS，使得变形进一步增大。

扁平横截面Y方向的截面模量较大，而Z方向的截面模量较小(向上的方向)。因此，如果一悬架臂具有这种结构，即：其在Z方向的相反方向(向下的方向)不易发生变形，则可改善其变形强度(即刚度)。

根据本发明，平台状部分202用于将横截面的形心G上移，从而降低了偏移量OS。结果是，作用于臂体200之横截面上的弯矩降低了。

现结合附图16描述本发明的第八个实施例。

根据本实施例，与第一实施例类似，下臂10之臂体150由一冲压板形成。在臂体150之相对于载荷作用面P的底壁上形成有一开口(即其下侧开口)，且其剪心S接近载荷作用面P，因而抑制了下臂10的扭转弹性变形。

如图16所示，在下臂10的中央部位，在臂体50的顶面上形成有一用于减轻重量的孔(孔部分)152。该减轻重量的孔152的周边154向外(向上)弯并环形地向上伸出。

设置减轻重量的孔152的目的是用于减轻下臂10的重量。如前所述，当形成有用于减轻重量的孔后，与没有形成用于减轻重量的孔的情况相比，臂体150之横截面的剪心S的位置更低。如果由于形成有用于减轻重量的孔而使剪心S的位置过低，则下臂10的强度和刚度均会下降。

通过在用于减轻重量的孔152处形成向外弯曲的周边154，可以控制因形成有用于减轻重量的孔而造成的剪心S的下移。因此，在保持下臂10之强度和刚度的前提下，下臂10的重量可以降低。

如第四实施例所述，在某些情况中，用于接纳螺栓，以将分支架安装于车体10上的螺柱接纳部分160(参见图11)可位于下臂10的中心部位之上。为了将螺栓紧连于螺栓接纳部分160中，在下臂10上必须设有一用于拧紧工作的孔。当用于降低量量的孔152也用作拧紧螺栓的孔时，减轻重量的孔152之向外弯曲的周边154则用作拧紧板手156的导引，该拧紧板手被插入减轻重量的孔152中，用于拧紧螺柱，从而方便了螺栓的拧紧工作。

作为一种变换，减轻重量的孔152之向外弯曲的周边154亦可采用图17所示的第九实施例的结构。

根据第九实施例，减轻重量的孔250之周边252向外弯，并朝该减轻重量的孔250的中心弯曲，以减小该孔250的直径。

本实施例也提供类似于第八实施例的那结效果。

第八和第九实施例所述的臂体150之横截面的形状与第一实施例的相似，不同处仅在于第一实施例中无减轻重量的孔152和252。

根据图18所示的本发明的第十个实施例，在下臂10之中心部位，在臂体300上设有如第七实施例所述的平台状部分202，并且在该平台状部分202的顶面有如第八实施例所述的用于减轻重量的孔152，而该减轻重量的孔152的周边154则向外弯曲。因此，如第七和第八实施例所述，可同时得到源于平台状部分202和减轻重量的孔152之向外弯曲的周边154产生的效果。

第七至第十之任一实施例只要其具有类似于第一实施例的结构，则其就能提供与第一实施例类似的效果。

在上述第一实施例中，载荷作用面P可位于开口横截面形构造的臂体封闭端之外侧，或者就位于臂体的封闭端。

由于此处公开的本发明的实施例反映的是优选的形式，应当理解的是，还可能采用其它形式。

Claims

1.一悬架臂，它包括：

一个臂体，它具有一个第一端，一个第二端，一个连接第一端和第二端的臂体部分，所述臂体部分的一部分形成有一个在一个方向开口的开口横截面形构造，所述开口横截面形构造包括一个具有一平坦部分并止于各端部的第一壁，从所述第一壁的各相应端部在一个方向伸展并止于各端部的侧壁，以及从每个侧壁各自的每个端部向内伸展的第二壁，所述第二壁互相趋向伸展；

在所述臂体的所述第一端的一个车轮上的一个连接点；

在所述臂体的所述第二端的一个车辆上的一个连接点；以及

在所述车辆上与所述臂体的所述臂体部分连接的连接点；

其特征在于，

所述的这些连接点限定一个载荷作用平面，一个载荷通过该平面作用在所述悬架臂上，所述载荷作用平面通过所述臂体的所述第一壁或存在于与所述臂体的所述第一壁的一个方向相对的一个方向上。

2.根据权利要求1的悬架臂，其特征在于，从垂直方向看，该臂体为L形，并且所述臂体的位于车辆宽度方向外侧的第一端通过车辆上的连接点的一球铰链支承于车轮架侧面，而该臂体的第一端及拐角部位则分别通过车辆上的连接点的衬套支承于车体侧面。

3.根据权利要求1的臂架臂，其特征在于，所述臂体具有一大体上为C形的开口横截面形构造，且开口方向向下。

4.根据权利要求3的悬架臂，其特征在于，在所述臂体第一壁的两侧分隔地形成有一对用作加强肋的冲压部分。

5.根据权利要求1的悬架臂，其特征在于，所述第一壁有一个顶面，所述第一壁的顶面平行于所述的载荷作用面。

6.根据权利要求1的悬架臂，其特征在于，每个所述侧壁包括一个侧壁上部和一个侧壁下部，每个所述侧壁的所述侧壁上部和所述侧壁下部包括：

一具有开口横截面形构造的臂上件；及

一具有开口横截面形构造的臂下件且其开口位于其封闭端，

所述的臂上件和臂下件被相互焊接在一起，所述第二壁在它们之间限定一个开口。

7.根据权利要求6的臂架臂，其特征在于，每个所述侧壁的所述侧壁上部和所述侧壁下部具有不同的厚度。

8.根据权利要求6的悬架臂，其特征在于，在该臂上件的第一壁上形成有一减轻重量的孔，从而降低所述臂体的重量。

9.根据权利要求3的悬架臂，其特征在于，在所述臂体的第一壁上形成有用于减轻重量的一孔，并对该孔进行翻边加工，从而使所述孔的周边弯向所述的载荷作用面。

10.根据权利要求1的悬架臂，其特征在于，所述臂体包括：

一具有C型横截面的臂上件；和

一具有从所述臂下件的中央部位向臂上件凸出的凸出部分的臂下件；

所述的臂上件和臂下件被连接起来，从而在整体上形成一开口横截面形构造。

11.根据权利要求1的悬架臂，其特征在于，所述臂体包括：

一具有一对在所述臂上件的两侧间隔地形成为加强肋的冲压部分的臂上件；以及

一具有一对在所述臂下件的两侧间隔地形成为加强肋的冲压部分的臂下件，并在其加强肋之间形成有一开口；

所述的臂上件和臂下件相对并连到一体，使形成有加强肋的该臂上件的表面面对形成有加强肋的该臂下件的表面。

12.根据权利要求1的悬架臂，其特征在于，在所述臂体的第一壁上形成有一凸出部分，所述凸出部分在与所述一个方向相对的方向伸出。

13.根据权利要求1的悬架臂，其特征在于，在所述臂体之封闭端形成有一孔部分，且该孔部分的周边弯向所述臂外。

14.根据权利要求13的悬架臂，其特征在于，弯向所述臂外的该孔部分之周边被进一步弯向所述孔部分的中心，以减少该孔部分的直径。

15.根据权利要求12的悬架臂，其特征在于，在所述臂体之凸出部位形成有一孔部分，且该孔部分的周边弯向所述臂外。