CN106457947B - 悬架螺旋弹簧 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够降低压缩状态下的弯曲量以及在减震器产生的摩擦的悬架螺旋弹簧。被安装在汽车用支柱式悬架装置(12)的上侧座(22)与下侧座(24)之间的悬架螺旋弹簧(10)，其包括：上侧端头(32)，设置在所述上侧座(22)；弹簧有效部(11)，具有以安装状态下曲率最大的部位位于车外侧的方式形成的一个以上的圈；下侧端头(34)，在比下侧端头(34)中心点更接近车外侧的一处的下侧接触点(P3)上，与所述下侧座(24)接触而设置。

Description

悬架螺旋弹簧
技术领域
本发明涉及一种用于汽车用支柱式悬架装置的悬架螺旋弹簧。
背景技术
近年来，作为汽车用悬架装置广泛普及的支柱式悬架装置中，由包括气缸以及可滑动地支撑在气缸上的杆的减震器构成相对于车轮的定位用支柱(strut)，并在杆以及气缸的外周设有悬架螺旋弹簧。
在上述结构中，杆的上端侧通过减压盖等与车体连接，气缸的下端侧与以可旋转的方式支撑车轮的转向节刚性结合。转向节通过下臂与车体枢轴结合。另外，在固定杆的上端的上侧座与固定气缸的下端的下侧座之间，以压缩状态配置悬架螺旋弹簧。
这种支柱式悬架装置与其它独立悬架式的结构相比，其优点在于部件数少且结构简单，所需设置空间小。
然而，在支柱式悬架装置中，因支柱轴与荷重输入轴(连接轮胎接地点与支柱的上支承点的轴)的偏离，会发生弯矩。该弯矩是导致产生与减震器的滑动方向不同的横方向的力(横力)、杆的摩擦增大从而妨碍减震器的顺利动作、汽车的乘车舒适感恶化的要因。
为了减少这种弯矩，已有各种形状的悬架螺旋弹簧的提案。例如，专利文献1提出了一种使悬架螺旋弹簧相对于支柱偏心，并且具有偏心连接设置的猪尾(pig tail)端头(end turn)的结构。专利文献2提出了一种在无负荷状态下弹簧中心线呈S形状的悬架螺旋弹簧。
另外，专利文献3提出了一种在端头部设有多个突起，并根据施加的荷重大小来使突起部选择性地接触弹簧座的悬架螺旋弹簧。此外，专利文献4提出了一种在上侧端头以及下侧端头分别设有强抵挡部的悬架螺旋弹簧。
<现有技术文献>
<专利文献>
专利文献1：实用新型公开昭58-032970号公报
专利文献2：日本专利2642163号
专利文献3：日本专利4336203号
专利文献4：欧洲专利公开728602号公报
发明内容
<本发明要解决的课题>
然而，专利文献1公开的悬架螺旋弹簧相对于支柱偏心，因此可能难以进行小型化。另外，在悬架螺旋弹簧的下部偏心连接有猪尾端头，这种结构可能难以获得充分的弯矩降低效果。专利文献2公开的悬架螺旋弹簧具有S形状，因此需要一定的空间，存在难以进行小型化的问题。
另外，专利文献3公开的悬架螺旋弹簧，需要在端头部设置多个突起，存在制造工序复杂的问题。专利文献4公开的悬架螺旋弹簧，其强击部是端头素线上的一个点，因此，尤其无法将弹簧反力对上侧座的作用点(上侧荷重位置)设在端头中心，而可能难以降低弯矩。
另外，在支柱式悬架装置中，由于荷重输入轴与悬架螺旋弹簧的中心轴不一致，因此，尤其在相对于悬架螺旋弹簧外径(宽度)的高度被增大的情况下，会出现压缩状态下的弯曲量增大的问题。
鉴于以上问题开发了本发明，其目的在于提供一种能够降低压缩状态下的弯曲量以及在减震器产生的摩擦的悬架螺旋弹簧。
<解决上述课题的手段>
为了达成上述目的，从本发明的第一观点而论，提供一种被安装在汽车用支柱式悬架装置的上侧座与下侧座之间的悬架螺旋弹簧，其特征在于包括：设置在所述上侧座的上侧端头；具有以安装状态下曲率最大部分位于车外侧的方式形成的一个以上的圈的弹簧有效部；在比下侧端头中心点更位于车外侧的一处的下侧接触点，与所述下侧座接触而设置的下侧端头。
<发明的效果>
根据本发明的实施方式，提供一种能够降低压缩状态下的弯曲量以及在减震器产生的摩擦的悬架螺旋弹簧。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的悬架螺旋弹簧的正面图。
图2是表示装配有本发明的一实施方式的悬架螺旋弹簧的支柱式悬架装置的结构的侧面图。
图3是本发明的一实施方式的悬架螺旋弹簧的立体图。
图4是用于说明本发明的一实施方式的悬架螺旋弹簧的弹簧有效部的形状的图。
图5A是用于说明本发明的一实施方式的悬架螺旋弹簧的动作的图。
图5B是用于说明本发明的一实施方式的悬架螺旋弹簧的动作的图。
图5C是用于说明本发明的一实施方式的悬架螺旋弹簧的动作的图。
图6是表示本发明的一实施方式的悬架螺旋弹簧的第1变形例的立体图。
图7是表示本发明的一实施方式的悬架螺旋弹簧的第2变形例的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明用于实施本发明的方式。在各附图中，对相同的结构部分采用相同符号，有时会省略重复说明。
图1以及图3是例示本发明的一实施方式的悬架螺旋弹簧10的图。另外，图2是例示装配有悬架螺旋弹簧10的支柱式悬架装置12(以下，简称为悬架装置12)的图。在图2中，双点划线表示除了悬架螺旋弹簧10上端的支撑部分之外的部分。另外，在以下的附图中，空心箭头的IN方向表示车体侧，OUT方向表示车外侧。
首先，关于悬架装置12的结构进行说明。
如图2所示，悬架装置12具有减震器14，其为用于进行车轮44的定位的支柱(支柱)。减震器14包括气缸16以及杆18，气缸16内封装有气体、油等流体，杆18与可滑动地配置在气缸16内的活塞(省略图示)连接并从气缸16向上方突出。
杆18的上端部通过减压盖20与汽车的车体30弹性连接。另外，在杆18的上端侧配设有上侧座22，在气缸16的中段部分配设有下侧座24。
悬架螺旋弹簧10位于减震器14的外周位置，并且以压缩状态被配置在上侧座22与下侧座24之间。其结果，在安装状态下的悬架螺旋弹簧10产生弹簧反力WR。在以下的说明中，将弹簧反力WR作用的轴线称为弹簧反力轴AR。
减震器14的下端部与转向节26刚体结合，转向节26以可旋转的方式支撑车轮44。转向节26通过下臂28与汽车的车体30枢轴结合。
通过上述结构，被转向节26轴支撑的车轮44，通过减震器14以及悬架螺旋弹簧10来支撑车体30，同时还通过下臂28支撑车体30。
以下，关于悬架螺旋弹簧10的结构进行说明。
图1是例示自由状态的悬架螺旋弹簧10的正面图。在悬架螺旋弹簧10的弹簧有效部11的上侧形成有上侧端头部32、下侧形成有下侧端头部34，上侧端头部32设置在上侧座22，下侧端头部34设置在下侧座24。
本实施方式的悬架螺旋弹簧10在未被施加荷重的自由状态下，弹簧有效部11的外形线m为一直线，但并不限定于此。另外，在自由状态下，除了弹簧有效部11的上侧端头部32、下侧端头部34以及各端头部的过渡部之外的部分的螺旋的正面外径D为一定的大小，但并不限定于此。
悬架螺旋弹簧10，其上侧端头部32设置在上侧座22、下侧端头部34设置在下侧座24，并以压缩状态被安装在悬架装置12中。如图2所示，悬架装置12的上侧座22以及下侧座24被形成为大致圆板形，且在各自的中央位置形成有肋状的安装部22a、24a。悬架螺旋弹簧10的上侧端头部32以安装部22a插入其内部的方式被安装在上侧座22。另外，下侧端头部34以安装部24a插入其内部的方式被安装在下侧座24。由于具有上述结构，悬架螺旋弹簧10被定位在上侧座22与下侧座24之间。
以下，关于悬架螺旋弹簧10的上侧端头部32以及下侧端头部34的结构、上侧端头部32与上侧座22的接触位置以及下侧端头部34与下侧座24的接触位置进行说明。
另外，在以下的说明中，将上侧端头部32的中心位置称为上侧端头中心点CMU，将下侧端头部34的中心位置称为下侧端头中心点CML(参照图3)。
另外，将通过上侧端头中心点CMU并沿着汽车的车体前后方向延伸的线段称为上侧前后方向线FBU，将通过上侧端头中心点CMU并沿着汽车的车体左右方向延伸的线段称为上侧左右方向线RLU。同样，将通过下侧端头中心点CML并沿着汽车的车体前后方向沿伸的线段称为下侧前后方向线FBL，将通过下侧端头中心点CML并沿着汽车的车体左右方向延伸的线段称为下侧左右方向线RLL。
本实施方式的悬架螺旋弹簧10中，在位于下侧端头部34上且比下侧端头部34的中心点CML更接近车外侧的一处的下侧接触点P3，下侧座24与下侧端头部34实质性接触。
在此，下侧座24与下侧端头部34在一处的下侧接触点P3上实质性接触，其表示即使下侧端头部34的除了下侧接触点P3之外的位置(以下称为P3之外的位置)与下侧座24接触，作用于该P3之外的位置的荷重比作用于下侧接触点P3的荷重小。
如图1所示，下侧端头部34具有相对于与弹簧有效部11的外形线m正交的方向构成角度α的反间距(reverse pitch，以间距减少的方式卷绕弹簧素线)。另外，如图3所示，下侧接触部P3位于下侧左右方向线RLL上的且相对于下侧端头中心点CML向车外侧隔有距离L的位置上。
另外，本实施方式的悬架螺旋弹簧10其上侧端头部32的圈数为0.5圈(180°圈)，与弹簧有效部11连接的部分屈曲，主要在图1以及图3所示的上侧接触部P1、P2上与上侧座22接触。
如图3所示，上侧端头部32呈大致半圆弧形状，且位于比上侧前后方向线FBU更接近车外侧的位置。另外，上侧端头部32的上侧接触部P1、P2在上侧前后方向线FBU上彼此相离180°而设，连接上侧接触部P1、P2的线段与上侧前后方向线FBU重叠。
在此，上侧端头部32的上侧接触部P1是构成悬架螺旋弹簧10的弹簧素线的端部。另外，上侧接触部P2位于与上侧接触部P1相距0.5圈的位置(从上侧接触部P1开始卷180°的位置)，是与弹簧有效部11连接的部分。上侧端头部32相对于上侧左右方向线RLU大致对称的结构。
根据上述结构，比起上侧端头部32的其它部位，悬架螺旋弹簧10的上侧端头部32实质上仅在上侧接触部P1、P2更强接触上侧座22，从而安装在悬架装置12上。在悬架螺旋弹簧10被安装在悬架装置12的状态下，上侧接触部P1、P2位于上侧前后方向线FBU上，上侧接触部P1与上侧接触部P2的大致中央位置为上侧端头中心点CMU。
在此，上侧座22与上侧端头部32仅在上侧接触点P1、P2的两处实质性接触，其表示即使上侧端头部32的上侧接触点P1、P2之外的位置(以下称之为P1、P2之外的位置)与上侧座22接触，但作用于该P1、P2之外的位置的荷重比作用于上侧接触点P1、P2的荷重小。
以下，根据图2来说明作用于安装有悬架螺旋弹簧10的悬架装置12的荷重。
图2中，AS是作为减震器14的中心轴的支柱轴，AK是作为车轮44的操舵中心轴的主销轴，AL是作为下臂28的中心轴的下臂轴，另外AA是从路面向减震器14的荷重输入轴。
悬架装置12中，来自路面的路面反力W，从车轮44的接触面的中心位置沿着垂直方向作用。并且，与路面反力W对抗的荷重轴线力WU，从减震器14的上端沿着荷重输入轴AA，作用于悬架装置12。作为路面反力W与荷重轴线力WU的合力的下臂轴力WC，沿着下臂轴AL作用于下臂28的根部。
来自路面并通过车轮44的路面反力W被施加在悬架装置12，在悬架螺旋弹簧10相对于下侧座24变位的情况下，除了下侧接触点P3之外，也可能在P3之外的位置与下侧座24接触。
然而，有上述接触时，作用于P3之外的位置的荷重比作用于下侧接触点P3的荷重小。因此，即使在P3之外的位置与下侧座24接触的情况下，弹簧反力WR主要还是作用于下侧接触点P3或其邻近位置。
在此，注目于荷重轴线力WU作用的荷重输入轴AA、悬架螺旋弹簧10的弹簧反力WR作用的弹簧反力轴AR。
在本实施方式中，下侧座24与下侧端头部34实质性接触的下侧接触点P3或其邻近点是弹簧反力WR的下侧的作用点。通过调整下侧端头部34的角度α等，能够使该弹簧反力WR的下侧作用点移动，将其设在弹簧反力轴AR与荷重输入轴AA大体一致的位置。通过这种结构，荷重轴线力WU被弹簧反力WR抵消，避免在减震器14产生横力，能够抑制摩擦的发生。
另一方面，本实施方式的悬架螺旋弹簧10的上侧接触部P1、P2的大致中央位置在上侧端头中心点CMU，另外，上侧端头部32与上侧座22实质上是两点接触，因此上侧端头部32是一个以连接上侧接触点P1、P2的上侧前后方向线FBU为中心，能够相对于上侧座22摇动的结构。
从而，将本实施方式的悬架螺旋弹簧10应用在悬架装置12的情况下，弹簧反力WR的上侧作用点大致位于上侧端头中心点CMU，不会偏离该位置。
将悬架螺旋弹簧10安装在悬架装置12的情况下，来自路面并通过车轮44的路面反力W施加在悬架装置12，因此悬架螺旋弹簧10相对于上侧座22发生变位(参照图5A-图5C)。此时，上侧端头部32以连接上侧接触点P1、P2的上侧前后方向线FBU为中心摇动，因此，除了上侧接触点P1、P2之外，P1、P2之外的位置也有可能与上侧座22接触。
然而，有上述接触时，作用于P1、P2之外的位置的荷重比作用于上侧接触点P1、P2的荷重小。因此，即使P1、P2之外的位置与上侧座22接触，弹簧反力WR主要还是作用于上侧接触点P1、P2的中央位置，即，上侧端头中心点CMU的位置。从而，减压盖20的轴承部42被施加大致均匀的荷重，可抑制支架的扭曲。
以下，关于本实施方式的悬架螺旋弹簧10的弹簧有效部11的形状进行说明。
图4是用于说明本实施方式的悬架螺旋弹簧10的弹簧有效部11的形状的图。
如图4所示，弹簧有效部11包括车外侧的第1弹簧部11a、车体侧的第2弹簧部11b。弹簧有效部11的第1弹簧部11a与第2弹簧部11b相间大致半圈(0.5圈)交替形成。
在此，第1弹簧部11a的最接近车外侧的位置的Po的曲率比第1弹簧部11a的其它位置、第2弹簧部11b的所有位置、以及连接第1弹簧部11a与第2弹簧部11b的部分的所有位置的曲率都大。其特征尤其在于，第1弹簧部11a的Po的曲率比第2弹簧部11b的最接近车体侧的位置的Pi的曲率大。弹簧有效部11由各自的曲率逐渐变化的第1弹簧部11a与第2弹簧部11b圆滑地连接而成，俯视图呈大致卵形。
例如根据下式(1)所示的曲率变化计算式，可求出弹簧有效部11的形状。
(X/W)a+(Y/H)a＝1 (1)
H是车体前后方向的螺旋半径，W是车体左右方向的螺旋半径。弹簧有效部11的形状基于以W、H、a作为变量变化的形状组合而形成。
在此，例如在弹簧有效部11的俯视形状为正圆形的情况下，由于是支柱式悬架装置，加之下侧接触部P3偏向车外侧，因此，在压缩状态下向车体侧突出的弯曲量会更大。悬架螺旋弹簧10的弯曲量大时，弹簧反力WR的作用方向偏离荷重输入轴AA，在减震器14产生摩擦，妨碍减震器14顺利动作，而造成汽车的乘车舒适感恶化。另外，弯曲量大时，在弹簧有效部11会出现局部的应力増大处，而造成悬架螺旋弹簧10的耐久性降低。
对此，本实施方式的悬架螺旋弹簧10具有上述形状，因此可以降低压缩状态下的弹簧有效部11向车体侧的弯曲量。从而，可以降低在减震器14产生的磨擦，保持汽车的乘车舒适性。另外，在压缩状态下的弹簧有效部11不会产生局部的应力増大处，从而可实现悬架螺旋弹簧10的长期使用。
以下，关于来自车轮44的路面反力W被施加在悬架装置12的情况下的悬架螺旋弹簧10的状态进行说明。
图5A-图5C是例示来自车轮44的不同大小的路面反力W施加于悬架螺旋弹簧10的状态的图。图5A表示施加路面反力WA的情况，图5B表示施加路面反力WB(大于WA)的情况，图5C表示施加路面反力WC(大于WB)的情况。
如图5A-图5C所示，悬架螺旋弹簧10随着路面反力W的变化而变形，压缩时的弯曲量降低。
由于路面反力W变化，悬架螺旋弹簧10根据路面反力W的大小而变形。随着该悬架螺旋弹簧10的变形，下侧端头部34相对于下侧座24、上侧端头部32相对于上侧座22的各接触状态发生变化。
然而，在本实施方式的悬架螺旋弹簧10被安装在悬架装置12的状态下，下侧座24与下侧端头部34在下侧端头部34上的一处的下侧接触点P3上实质性接触。即，在下侧接触点P3，下侧端头部34也与下侧座24强接触，因此，即使悬架螺旋弹簧10随着路面反力W的大小而变形，也能够保持在下侧左右方向线RLL上比下侧端头中心点CML更接近车外侧分离的位置。
另外，关于上侧端头部32，在被安装在悬架装置12的状态下，上侧座22与上侧端头部32仅在上侧端头部32上的两处的上侧接触点P1、P2上实质性接触。
由此，上侧端头部32与上侧座22在上侧接触点P1、P2的两处形成强接触，上侧座22以连接该上侧接触点P1与上侧接触点P2的上侧前后方向线FBU为中心摇动。从而，即使悬架螺旋弹簧10随着路面反力W的大小发生变形，上侧前后方向线FBU始终维持通过上侧端头中心点CMU的位置。
因此，即使路面反力W发生变化，弹簧反力轴AR的延伸方向(图5A-图5C中单点划线的箭头所示的方向)不会发生大的变化。从而，能够维持荷重输入轴AA与弹簧反力轴AR相一致的状态，防止减震器14发生摩擦，抑制减压盖20的扭曲。
以下，关于上述悬架螺旋弹簧10的变形例进行说明。
图6以及图7分别是表示作为悬架螺旋弹簧10的变形例的悬架螺旋弹簧60、70的图。另外，在图6以及图7中，关于与图1至图5C所示的悬架螺旋弹簧10的结构对应的结构，采用相同的符号并省略其说明。
图6所示的变形例的悬架螺旋弹簧60其上侧端头部32被形成为大致0.6圈。悬架螺旋弹簧60的结构中，作为连接上侧接触点P1’、P2’的线段的上侧前后方向线SFBU1与上侧前后方向线FBU平行。另外，大致为0.6圈的上侧端头部32相对于上侧左右方向线RLU呈大致对称。另外，上侧前后方向线SFBU被设定为，在比上侧端头中心点CMU更接近车体侧的方向上，与上侧端头中心点CMU间隔着图中箭头ΔM1所示的距离。
图7所示的变形例的悬架螺旋弹簧70中，上侧端头部32被设为大致0.4圈。悬架螺旋弹簧70的结构中，作为连接上侧接触点P1”、P2”的线段的上侧前后方向线SFBU2与上侧前后方向线FBU平行。另外，大致0.4圈的上侧端头部32是一个相对于上侧左右方向线RLU大致对称的结构。另外，上侧前后方向线SFBU2被设定为，在比上侧端头中心点CMU更接近车外侧的方向上，与上侧端头中心点CMU间隔着图中箭头ΔM2所示的距离。
在上侧端头部32的圈数小于0.4圈的情况下，以及上侧端头部32的圈数超过0.6圈的情况下，上侧接触点P1、P2与上侧端头中心点CMU的距离增大，减震器14的滑动部的摩擦也增大，会有偏颇的荷重(弹簧反力)作用于减压盖20的轴承部，从而支架发生扭曲的可能性会提高。
对此，通过将上侧端头部32设为0.4圈以上0.6圈以下，可降低减震器14的滑动部的磨擦，从而可降低支架发生扭曲的可能性。
如上所述，本实施方式的悬架螺旋弹簧10，例如在通过减小螺旋外径、减少圈数来实现小型化以及轻量化的情况下，也能够降低压缩状态下的弯曲量。另外，具有悬架螺旋弹簧10的悬架装置12，能够降低在减震器14产生的摩擦，抑制减压盖20的扭曲，从而维持汽车的乘车舒适感。
以上，详细说明了本发明的优选实施方式，但本发明并不限定于上述特定的实施方式，在权利要求范围记载的本发明要旨范围内可以进行各种变形、变更。
例如，上記实施方式中下侧端头部34具有反间距，下侧端头部34相对于下侧座24实质上在一处形成强的接触，构成弹簧反力轴AR倾斜的结构。但是，也可以形成平坦的下侧端头部，同时在下侧座形成倾斜部，从而构成使弹簧反力轴AR倾斜的结构。
另外，上述实施方式通过将上侧端头部32设为0.5圈等，使上侧端头部32与上侧座22在两处(上侧接触部P1、P2)形成了强接触。然而，也可以在上侧端头部32或上侧座22的与上侧接触部P1，P2对应的位置形成突起。根据该结构，可以使上侧端头部32与上侧座22确实在两处形成强接触。
本国际申请基于2014年5月28日提出得日本国专利申请2014-109767号请求优先权，并包含日本国专利申请2014-109767号的全内容。
符号说明
10、60、70 悬架螺旋弹簧
11 弹簧有效部
11a 第1弹簧部
11b 第2弹簧部
12 悬架装置
14 减震器
20 减压盖
22 上侧座
24 下侧座
30 车体
32 上侧端头部
34 下侧端头部
42 轴承部
44 车轮
AA 荷重输入轴
AL 下臂轴
AR 弹簧反力轴
AS 支柱轴
CA 螺旋轴
CMU 上侧端头中心点
CML 下侧端头中心点
FBU 上侧前后方向线
FBL 下侧前后方向线
FBM 前后方向线
m 外形线
RLU 上侧左右方向线
RLL 下侧左右方向线
RLM 左右方向线
SFBU1、SFBU2 上侧前后方向线
W 路面反力
WU 荷重轴线力
WC 下臂轴力
WR 弹簧反力
P1、P2 上侧接触部
P3 下侧接触部

Claims (3)

1.一种悬架螺旋弹簧，被安装在汽车用支柱式悬架装置的上侧座与下侧座之间，其特征在于所述悬架螺旋弹簧包括：
上侧端头，设置在所述上侧座，比沿着所述汽车的前后方向延伸且通过上侧端头中心点的线段或沿着所述汽车的前后方向延伸且与通过所述上侧端头中心点的线段平行的线段亦即上侧前后方向线位于车外侧；
弹簧有效部，具有以安装状态下曲率最大的部位位于车外侧的方式形成的一个以上的圈；以及
下侧端头，在比下侧端头中心点位于车外侧的一处的下侧接触点上，与所述下侧座实质性接触而设置，
所述上侧端头，相对于通过所述上侧端头中心点并沿着所述汽车的左右方向延伸的线段大致对称设置，并且在沿着所述汽车的前后方向分离设置的两处的上侧接触点上与所述上侧座实质性接触而设置。
2.如权利要求1所述的悬架螺旋弹簧，其特征在于，
所述上侧端头为0.4圈以上0.6圈以下，所述两处的上侧接触点被形成在沿着所述汽车的前后方向延伸且与通过所述上侧端头中心点的线段平行的线段上。
3.如权利要求1所述的悬架螺旋弹簧，其特征在于，
所述下侧端头被形成为反间距。
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