CN106476554A - 摆臂结构、双横臂式前独立悬架及汽车 - Google Patents

摆臂结构、双横臂式前独立悬架及汽车 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种摆臂结构、双横臂式前独立悬架及汽车，包括：上摆臂、上摆臂旋转轴、副车架的上摆臂安装部、下摆臂、前凸轮轴、后凸轮轴以及副车架的下摆臂安装部，在不影响整体性能的前提下，令上、下摆臂呈非平行的位置关系以提升抗点头能力，从而改善整车的操纵稳定性。本发明还涉及一种包括上述摆臂结构的双横臂式前独立悬架，且本发明还涉及一种包括上述双横臂式前独立悬架的汽车。

Description

摆臂结构、双横臂式前独立悬架及汽车
技术领域
本发明涉及汽车制造领域，尤其涉及一种摆臂结构、双横臂式前独立悬架及汽车。
背景技术
汽车悬架是保证乘坐舒适性和操纵稳定性的重要部件，另外，汽车悬架将车架与车轮弹性连接起来，也是保证汽车行驶安全的重要部件，同时，悬架结构不仅影响车辆的平顺性、抗侧倾能力，还对车辆的转向性能影响很大。目前广泛采用的悬架包括麦弗逊式悬架、双横臂式悬架和多连杆式悬架。双横臂式悬架的上、下摆臂的布置和相对位置对制动点头影响很大，这里所述的“点头”是指在汽车制动时，由于惯性，车前部会出现向地面下探的现象，从形象上类似于点头的动作。
现有的双横臂式前独立悬架的上、下摆臂其外形大致相同，如图1所示，可看作是具有三个连接点的A字形，以摆臂1’为例，球销孔4’与转向节5’连接，另外，根据汽车的方向靠近车头的为前衬套孔11’，靠近车尾的为后衬套孔111’，旋转轴3’则穿过副车架的安装部的过孔(图1中没有示出)以及上述前、后衬套孔，并且上摆臂1’与下摆臂2’基本处于平行的位置关系。
但上述这种位置关系的摆臂结构在汽车制动时的抗点头能力较差，从而较严重地影响车辆的操纵稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种摆臂结构、双横臂式前独立悬架及汽车，在不影响悬架整体性能和车轮定位的前提下，通过改变上、下摆臂的位置关系以提升悬架的抗点头能力，从而改善整车的操纵稳定性。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种摆臂结构，包括：上摆臂，所述上摆臂设有第一前衬套孔、第一后衬套孔；上摆臂旋转轴；副车架的上摆臂安装部，所述上摆臂安装部设有第一过孔；下摆臂，所述下摆臂设有第二前衬套孔、第二后衬套孔；前凸轮轴；后凸轮轴；副车架的下摆臂安装部，所述下摆臂安装部设有第二过孔和第三过孔；所述上摆臂旋转轴依次穿过所述第一后衬套孔、所述第一过孔以及所述第一前衬套孔，且所述上摆臂旋转轴的两端与所述第一后衬套孔和所述第一前衬套孔连接，并且所述第一前衬套孔高于所述第一后衬套孔；所述前凸轮轴穿设在所述第二前衬套孔及所述第二过孔，并与二者连接；所述后凸轮轴穿设在所述第二后衬套孔及所述第三过孔，并与二者连接；所述第二前衬套孔低于所述第二后衬套孔。
优选的是，还包括旋转轴安装管，所述旋转轴安装管设置在所述上摆臂安装部，所述上摆臂旋转轴穿设在所述旋转轴安装管内。
优选的是，还包括偏心垫片，所述偏心垫片分别安装在所述前凸轮轴和所述后凸轮轴上。
优选的是，所述上摆臂旋转轴、所述前凸轮轴及所述后凸轮轴，此三者的一个端头，皆设有用于限位的凸缘。
优选的是，所述上摆臂与地面所呈角度为-14.5度。
优选的是，所述上摆臂与所述下摆臂的材料为铸造铝合金、铸造铁质或冲压钢板。
本发明提供了一种双横臂式前独立悬架，包括稳定杆、减振器、螺旋弹簧以及转向节，还包括如上所述的摆臂结构，所述上摆臂与所述转向节的上端连接，所述下摆臂与所述转向节的下端连接；所述减振器的上端与所述上摆臂安装部连接，所述减振器的下端与所述下摆臂连接。
优选的是，所述稳定杆的杆体为空心圆管。
本发明还提供了一种汽车，包括如上所述的双横臂式前独立悬架。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：通过使上摆臂的第一前衬套孔高于第一后衬套孔，下摆臂的第二前衬套孔低于第二后衬套孔，从而改变了上、下摆臂的位置关系，这样不仅满足了布局的限制、悬架性能、车轮定位、乘车人的乘驾感受等要求，而且还大大提升了抗点头能力，进而改善了整车的操纵稳定性。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
图1为现有的双横臂式前独立悬架的摆臂结构示意图；
图2为本发明实施例提供的摆臂结构的左视图；
图3为图2的部分剖视图；
图4为本发明实施例提供的摆臂结构的右视图；
图5为本发明实施例提供的摆臂结构的俯视图；
图6为本发明实施例提供的摆臂结构的正视图；
图7为本发明实施例提供的双横臂式前独立悬架的正视图；
图8为本发明的原理示意图。
附图标记：
1’-上摆臂 2’-下摆臂 3’-旋转轴 4’-球销孔 5’-转向节 11’-前衬套孔
111’-后衬套孔
1-上摆臂 11-第一前衬套孔 111-第一后衬套孔
2-下摆臂 22-第二前衬套孔 222-第二后衬套孔
3-上摆臂旋转轴 33-前凸轮轴 333-后凸轮轴
4-副车架(局部) 44-上摆臂安装部 444-下摆臂安装部
5-减振器 55-螺旋弹簧
6-转向节 7-稳定杆 8-旋转轴安装管 9-偏心垫片 10-上摆臂球销
100-下摆臂球销 12-连接杆 13-汽车 14-前轮 15-后轮
16-接地点 F-惯性力 BF-前制动力 BR-后制动力 O-瞬时旋转中心
H-重心高度 L-轴距 ΔWf-弹簧负荷变化量 ΔW-轴荷变化量
Fsf-上、下摆臂受力 θ-瞬时旋转中心与接地点的连线与地面的夹角
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种摆臂结构，如图2-图6所示，包括：上摆臂1，副车架4的上摆臂安装部44、上摆臂旋转轴3、下摆臂2、前凸轮轴33、后凸轮轴333以及副车架4的下摆臂安装部444。其中上摆臂1设有第一前衬套孔11和第一后衬套孔111，上摆臂安装部44设有第一过孔；下摆臂2设有第二前衬套孔22和第二后衬套孔222，下摆臂安装部444设有第二过孔和第三过孔；上摆臂旋转轴3依次穿过第一后衬套孔111、所述第一过孔以及第一前衬套孔11，并且上摆臂旋转轴3的两端与第一后衬套孔111和第一前衬套孔11连接，同时第一前衬套孔11高于第一后衬套孔111；前凸轮轴33穿设在第二前衬套孔22及所述第二过孔，并与二者连接；后凸轮轴333穿设在第二后衬套孔222及所述第三过孔，并与二者连接，同时第二前衬套孔22低于第二后衬套孔222。这样便形成上摆臂1前高后低、下摆臂2前低后高的位置关系，从而实现提升抗点头能力的作用。在本实施例中，优选的上摆臂前高后低、下摆臂前低后高的方案是：上摆臂与地面所成角度范围在-30度至0度内，下摆臂与地面所成角度范围在0度至3度内，其中所述-30度是指上摆臂以所述第一前衬套孔11为旋转中心，从与地面夹角为0度时(即与地面平行)，顺时针旋转30度而来；所述3度是指下摆臂以所述第二前衬套孔22为旋转中心，从与地面夹角为0度时，逆时针旋转3度而来。同时，本领域技术人员可以理解的是，上摆臂1与下摆臂2的具体角度应在本实施例提供的优选范围内并综合考虑实际的零部件布局、副车架结构等其他因素，有针对性地组合搭配，但无论何种组合，目的是一致的，即实现提升抗点头能力这一技术效果。对于两者角度的具体组合方式，可参考后文的一较佳实施例，对于其他组合本发明不作限定。
本发明基于的原理请结合图8所示，简述如下：
当轮胎受到地面的冲击时，轮胎的上下运动并不是简单的上下直线运动，因为轮胎通过车轮、悬架固定在车身上，因此这个运动是围绕一个瞬时旋转中心的圆弧运动。对于双摆臂式前独立悬架来说，轮胎的瞬时旋转中心与悬架的瞬时旋转中心是一致的，而双摆臂式前独立悬架的瞬时旋转中心是由上摆臂旋转轴3的轴心延长线和下摆臂的前、后凸轮轴的轴心延长线相交得来的，因此，当汽车制动时，轮胎的上下运动是围绕如图8所示的瞬时旋转中心O的圆弧运动。再者，如果忽略簧下质量的惯性，那么重心的惯性力F等于前制动力BF与后制动力BR之和，即：F＝BF+BR。由于该惯性力F的作用，造成轴荷前移，其变化量由汽车13的重心高度H和轴距L决定，即：ΔW＝F×H÷L。
此外，双横臂式前独立悬架上、下摆臂受力Fsf的水平方向的分力与前、后制动力之和(惯性力F)平衡，那么上、下摆臂受力Fsf则是由惯性力F、制动力分配比例β以及瞬时旋转中心到接地点的连线与地面的夹角θ决定，即：Fsf＝β×F÷cosθ，其中，β通常为0.6～0.7。
再者，悬架的螺旋弹簧55的上端通过副车架4的上摆臂安装部44固定在车身上，其下端则是固定在下摆臂2上，那么，弹簧负荷变化量ΔWf就是由上、下摆臂受力Fsf的垂直方向的分力与轴荷变化量ΔW决定的，即：ΔWf＝ΔW-Fsf×sinθ＝ΔW-β×F×tanθ。如果已知螺旋弹簧55的刚度为kf，则制动时螺旋弹簧55的行程变化δf，即为：δf＝ΔWf÷kf＝(H÷L-β×tanθ)×F÷kf。
要提升制动时的抗点头能力，就要减小制动时螺旋弹簧55的行程变化δf的大小，通过上述公式可知，就意味着要增大瞬时旋转中心与接地点的连线与地面的夹角θ，因此得出以下结论：
1.当瞬时旋转中心O高于地面时，即上摆臂旋转轴3的轴心延长线和下摆臂的前、后凸轮轴的轴心延长线的交点在地面以上时，双横臂式前独立悬架就起到抑制制动点头的作用；
2.由上述公式可以推导出：当θ＝arctan(H÷β÷L)时，理论上可以完全抑制制动点头，此为理想抗点头角；
3.因为受到悬架布局、悬架性能、车轮定位以及乘车人感受等因素的影响，实际中不采用理想抗点头角，瞬时旋转中心与接地点的连线与地面的夹角θ的实际值，是在0到理想抗点头角之间，超过这个范围反而会增大制动点头，导致车辆的操纵稳定性变差。
本发明即是根据以上原理而来，进一步地，本实施例提供的摆臂结构还包括转轴安装管8，旋转轴安装管8设置在上摆臂安装部44，上摆臂旋转轴3穿设在旋转轴安装管8内，以保证上摆臂与副车架4的稳固连接，提高可靠性。
进一步地，还包括偏心垫片9，偏心垫片9分别安装在前凸轮轴33和后凸轮轴333上，从而可以左右移动前、后凸轮轴来调校车辆外倾角，使悬架具有良好的平顺性，同时车轮定位可调性强。
进一步地，上摆臂旋转轴3、前凸轮轴33及后凸轮轴333，此三者的一个端头，皆可设置用于限位的凸缘，便于安装。
进一步地，上摆臂1与地面所呈角度可以为-14.5度，当车轮上跳时，以增大后倾角，从而改善车辆回正性，提高车辆的直行稳定性。
进一步地，上摆臂1与下摆臂2的材料可选用铸造铝合金、铸造铁质或冲压钢板，本实施例对此不作限定。
进一步地，当增大上摆臂1与下摆臂2的间距时，则可以减小主销内偏倾角、主销内偏距和车轮中心偏距，从而减小围绕主销的力矩，以提高车辆接地性，增加车辆的行驶稳定性。
本发明实施例还提供了一种双横臂式前独立悬架，如图7所示，包括稳定杆、减振器、螺旋弹簧、转向节以及如上所述的摆臂结构。再结合图5和图6，上摆臂1通过上摆臂球销10与转向节6的上端连接，下摆臂2通过下摆臂球销100与转向节6的下端连接，将螺旋弹簧55预装在减振器5上，并将减振器5上端与副车架4的上摆臂安装部44连接，减振器5的下端则与下摆臂2固定连接；稳定杆7穿过副车架4上的固定支架，并由连接杆12与转向节6连接。
进一步地，稳定杆7的杆体可用空心圆管，便于压扁成型，且重量较实心圆棒更轻。
本发明实施例还提供了一种汽车，包括如上所述的双横臂式前独立悬架。结合图8所示，本实施例中该汽车13的双横臂式前独立悬架的上摆臂1前高后低，与水平面夹角为-14.5度；下摆臂2前低后高，与水平面夹角1.5度，照此，便使得上摆臂1和下摆臂2的轴心延长线的交点(即瞬时旋转中心O)高于地面254mm，此时瞬时旋转中心与接地点的连线与地面的夹角θ为19.4度，这样便获得一较佳的抗点头能力，满足乘车人的乘驾感受的同时，也大大提高了车辆的操纵稳定性。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种摆臂结构，其特征在于，包括：
上摆臂，所述上摆臂设有第一前衬套孔、第一后衬套孔；
上摆臂旋转轴；
副车架的上摆臂安装部，所述上摆臂安装部设有第一过孔；
下摆臂，所述下摆臂设有第二前衬套孔、第二后衬套孔；
前凸轮轴；
后凸轮轴；
副车架的下摆臂安装部，所述下摆臂安装部设有第二过孔和第三过孔；
所述上摆臂旋转轴依次穿过所述第一后衬套孔、所述第一过孔以及所述第一前衬套孔，且所述上摆臂旋转轴的两端与所述第一后衬套孔和所述第一前衬套孔连接，并且所述第一前衬套孔高于所述第一后衬套孔；
所述前凸轮轴穿设在所述第二前衬套孔及所述第二过孔，并与二者连接；所述后凸轮轴穿设在所述第二后衬套孔及所述第三过孔，并与二者连接；所述第二前衬套孔低于所述第二后衬套孔。
2.根据权利要求1所述的摆臂结构，其特征在于，还包括旋转轴安装管，所述旋转轴安装管设置在所述上摆臂安装部，所述上摆臂旋转轴穿设在所述旋转轴安装管内。
3.根据权利要求2所述的摆臂结构，其特征在于，还包括偏心垫片，所述偏心垫片分别安装在所述前凸轮轴和所述后凸轮轴上。
4.根据权利要求1所述的摆臂结构，其特征在于，所述上摆臂旋转轴、所述前凸轮轴及所述后凸轮轴，此三者的一端皆设有用于限位的凸缘。
5.根据权利要求1所述的摆臂结构，其特征在于，所述上摆臂与地面所呈角度为-14.5度。
6.根据权利要求1-5任一项所述的摆臂结构，其特征在于，所述上摆臂与所述下摆臂的材料为铸造铝合金、铸造铁质或冲压钢板。
7.一种双横臂式前独立悬架，包括稳定杆、减振器、螺旋弹簧以及转向节，其特征在于，还包括权利要求1-6任一项所述的摆臂结构，所述上摆臂与所述转向节的上端连接，所述下摆臂与所述转向节的下端连接；所述减振器的上端与所述上摆臂安装部连接，所述减振器的下端与所述下摆臂连接。
8.根据权利要求7所述的双横臂式前独立悬架，其特征在于，所述稳定杆的杆体为空心圆管。
9.一种汽车，其特征在于，包括权利要求7或8所述的双横臂式前独立悬架。
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