CN107304792A - 汽车底盘衬套、悬架及汽车 - Google Patents

Abstract

一种汽车底盘衬套、悬架及汽车，所述汽车底盘衬套包括：内芯管；外套管，位于所述内芯管外，且与所述内芯管同轴设置；粘结层，位于所述内芯管和外套管之间；弹性元件，所述弹性元件设置在所述内芯管和外套管之间，所述弹性元件至少部分埋设在所述粘结层内，在所述衬套受到径向挤压时，所述弹性元件发生弹性形变。本发明通过在汽车底盘衬套中加入弹性元件，使得衬套在受到径向挤压时，汽车底盘衬套中的弹性元件发生弹性形变，弹性元件因形变产生抵抗外部径向挤压的作用力，缓和内芯管和外套管之间的冲击，根据加入衬套中的弹性元件的刚度大小，可以在不改变衬套结构的前提下，有效的增加或减小衬套的刚度，实现汽车底盘衬套刚度变化的目的。

Description

汽车底盘衬套、悬架及汽车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种汽车底盘衬套、悬架及汽车。

背景技术

随着汽车市场竞争的日益激烈，用户对汽车行驶性能的期待和要求也越来越高，其中底盘系统的舒适性和操稳性在整个汽车的行驶过程中扮演着重要角色。汽车在各种路面上行驶时，底盘悬架系统发挥着重要的缓冲减振作用，有效地隔断和降低来自路面不平引起的振动激励，进而改善用户乘坐的舒适性和操稳性感受。

在现代汽车悬架系统中，汽车底盘衬套以其良好的弹性特性和隔振性能，已成为底盘系统中不可或缺的重要元件。在现有技术中，参考图1，衬套1一般包括内芯管11，设置在内芯管11外且与内芯管11同轴设置的外套管12，设置在内芯管11与外套管12之间的粘结层13。粘结层13一般由橡胶等减震缓冲材料构成，粘结层13在应力作用下发生形变，应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态，因而使衬套1具有弹性特性和隔振性能。

汽车底盘衬套主要是通过改变粘结层自身的结构来实现刚度特性曲线要求，一旦刚度特性曲线确定了，汽车底盘衬套的结构也随之冻结。当需要对汽车底盘衬套的刚度特性进行变更或优化时，通常需要对衬套的粘结层结构进行重新设计，这就导致原来衬套的生产模具需要修改甚至重新开模，耗费的时间和成本都比较高。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种汽车底盘衬套、悬架及汽车，当汽车底盘衬套的刚度需要变更或优化时，在不改变衬套结构尺寸的前提下实现衬套刚度特性的改变，实现汽车底盘衬套刚度的灵活调节。

为解决上述问题，本发明提供一种汽车底盘衬套，包括：内芯管；外套管，位于所述内芯管外，且与所述内芯管同轴设置；粘结层，位于所述内芯管和外套管之间；弹性元件，所述弹性元件设置在所述内芯管和外套管之间，所述弹性元件至少部分埋设在所述粘结层内，在所述衬套受到径向挤压时，所述弹性元件发生弹性形变。

可选的，所述弹性元件为弹簧；或者，所述弹性元件的材料为弹性体，所述弹性体的刚度大于或小于所述粘结层的材料的刚度。

可选的，所述弹性元件为1个或至少1个弹性元件组，所述弹性元件组包括至少2个弹性元件。

可选的，所述弹性元件组内的所有弹性元件沿所述衬套周向分布。

可选的，所述内芯管的外壁或所述外套管的内壁中至少具有与所述弹性元件数量相同的凹槽，所述凹槽容纳所述弹性元件的一端。

可选的，所述内芯管的外壁和所述外套管的内壁上分别设有沿所述衬套径向相对的凹槽，径向相对的所述凹槽分别容纳所述弹性元件的两端。

可选的，所述内芯管的外壁和/或所述外套管的内壁为圆柱面。

可选的，所述内芯管的外壁和/或所述外套管的内壁包括沿周向分布的多个平面，所述凹槽设置在所述平面上。

可选的，所述平面与所述衬套的中轴线平行。

本发明还提供一种悬架，包括上述任一项所述的汽车底盘衬套。

本发明还提供一种汽车，包括上述悬架。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过在汽车底盘衬套中加入弹性元件，使得衬套在受到径向挤压时，即衬套的内芯管和外套管在衬套的径向产生相对移动时，汽车底盘衬套中的弹性元件发生弹性形变，弹性元件因形变产生抵抗外部径向挤压的作用力，从而缓和内芯管与外套管之间因外部挤压力造成的冲击。

进一步的，根据加入衬套中的弹性元件的刚度大小以及弹性元件的分布情况，可以在不改变衬套结构的前提下，有效的增加或减小衬套在某一径向方向上的刚度，实现汽车底盘衬套刚度变化的目的。

附图说明

图1是现有技术汽车底盘衬套的立体图；

图2是本发明具体实施例的第一种汽车底盘衬套的立体图；

图3是图2所示的汽车底盘衬套的A-A方向剖面图；

图4是图2所示的汽车底盘衬套的B-B方向剖面图；

图5是图2所示的不含粘结层的汽车底盘衬套的立体图；

图6是本发明具体实施例的第二种汽车底盘衬套的立体分解图；

图7是本发明具体实施例的第二种汽车底盘衬套的轴向剖面图；

图8是本发明具体实施例的第三种汽车底盘衬套的立体分解图；

图9是本发明具体实施例的第三种汽车底盘衬套的轴向剖面图。

具体实施方式

现有技术中，衬套一般包括内芯管，设置在内芯管外且与内芯管同轴设置的外套管，设置在内芯管与外套管之间的粘结层。衬套主要通过改变粘结层自身的结构来实现刚度变化，当汽车底盘衬套的刚度需要变更或优化时，通常需要对衬套的粘结层结构进行重新设计，这就会导致原来衬套的生产模具需要修改甚至重新开模，耗费的时间和成本都比较高，而且当改变粘结层的刚度时，必然会导致衬套在各个径向方向上的刚度发生变化，当所设计的衬套仅需在某一径向方向上改变其刚度时，现有设计无法解决。

本发明在内芯管和外套管之间加入弹性元件，可以在不改变汽车底盘衬套的结构基础上改变其刚度，节约时间和成本。并通过弹性元件的布置，可以使得衬套在径向各个方向上表现出不同的刚度性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2是本发明具体实施例的第一种汽车底盘衬套的立体图，图3是图2所示的汽车底盘衬套的A-A方向剖面图，图4是图2所示的汽车底盘衬套的B-B方向剖面图，图5是图2所示的不含粘结层的汽车底盘衬套的立体图。如图2-5所示，汽车底盘衬套2，包括内芯管21、与内芯管21同轴设置的外套管22、位于内芯管21与外套管22之间的粘结层23(图5中未显示)以及位于内芯管21与外套管22之间的弹性元件(图2中未显示)。本实施例中，弹性元件为弹性元件组24。

当衬套2在受到径向挤压时，汽车底盘衬套2中的弹性元件组24发生弹性形变，弹性元件组24因形变产生抵抗外部径向挤压的作用力，从而缓和内芯管21与外套管22之间因外部挤压力造成的冲击。

本实施例中所描述的径向，是指垂直于衬套的中心轴，并以衬套的中心轴为起点，沿衬套A-A剖面的半径方向。

本实施例中所描述的轴向，是指平行于衬套的中心轴的方向。

本实施例中，先将内芯管21与外套管22通过模具等其他工具固定位置，再将弹性元件组24放置在内芯管21与外套管22之间并固定，将减震缓冲材料注入内芯管21与外套管22之间，形成粘结层23，并将内芯管21、外套管22、弹性元件组24粘结在一起。

本实施例中，内芯管21设有中心孔211，螺栓可通过该中心孔211将汽车底盘衬套2与车辆结构件(图中未示出)连接。外套管22设置在衬套2的最外层，外套管22的外壁形成圆柱形侧面，用于压入金属套管中，与控制臂(图中未示出)等车辆结构件相连。

本实施例中，内芯管21和外套管22之间设置粘结层23，粘结层23由减震缓冲材料构成，该减震缓冲材料可以是橡胶，也可以是其他可以起到减震缓冲作用的材料。因而，内芯管21和外套管22能在径向、轴向、周向产生相对位移，可以降低来自路面不平等引起的振动激励，改善汽车在行驶过程中给客户带来的乘坐舒适性和操稳性。

本实施例中，内芯管21和外套管22之间设置弹性元件组24。当衬套2受到径向挤压时，衬套2的内芯管21和外套管22在衬套2的径向产生相对移动，弹性元件组24发生弹性形变。因此在衬套2的内部，内芯管21与外套管22会受到弹性元件组24的弹性力，以抵抗外部径向挤压力，可以缓和内芯管21与外套管22之间的冲击。

本实施例中，弹性元件组24可以由多个弹簧组成，弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件，包括螺旋弹簧、片状弹簧、扭杆弹簧、涡卷弹簧等。设置在衬套2中的弹簧优选采用螺旋弹簧或片状弹簧，螺旋弹簧与片状弹簧能够更容易的设置在内芯管21和外套管22之间，并且将弹簧的两端分别与内芯管21的外壁和外套管22的内壁相接，以保证内芯管21和外套管22在衬套2的径向产生相对移动时，弹簧发生弹性形变。

由于弹簧占用空间小，其设置在内芯管21和外套管22之间，由于粘结层23也同样注入在内芯管21和外套管22之间，粘结层23填充在弹簧之中。在加入弹簧之前的粘结层的刚度与加入弹簧之后的粘结层的刚度几乎没有区别，因此，在衬套2中加入由弹簧组成的弹性元件组24必然能够增加衬套2的刚度。

本实施例中，弹性元件组24也可以由多个弹性体材料构成的弹性元件组成，弹性体是指在弱应力下形变显著，应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态和尺寸的高分子材料。弹性体可以为橡胶或塑料等高分子材料。

弹性体构成的弹性元件设置在内芯管21和外套管22之间，粘结层23分布在弹性元件的四周。弹性体构成的弹性元件占用空间较大，其所占用的空间相当于原所在位置的粘结层所占用的空间。粘结层23本身具有特定刚度，因此，若弹性体构成的弹性元件的刚度比原所在空间的粘结层的刚度大，则将在整体上提高衬套2的刚度；若弹性体构成的弹性元件的刚度比原所在空间的粘结层的刚度小，则将在整体上降低衬套2的刚度。弹性体构成的弹性元件的刚度不能与原所在空间的粘结层的刚度相同，否则，在衬套2中设置弹性元件则没有意义。

本实施例中，弹性元件组24也可以是弹簧与弹性体材料构成的弹性元件混合组成，其原理与上述单独为弹簧组成或单独为弹性体材料构成的弹性元件组成相类似，不再赘述。

如图3所示，是图2所示的汽车底盘衬套的A-A方向剖面图，图中设有X轴和Y轴。弹性元件组24由螺旋弹簧组成，螺旋弹簧沿衬套2的周向均匀分布，共4个，分别为沿X轴分布的第一螺旋弹簧24a、第二螺旋弹簧24b；沿Y轴分布的第三螺旋弹簧24c、第四螺旋弹簧24d。

如图4所示，是图2所示的汽车底盘衬套的B-B方向剖面图，为了保证衬套2在各个位置的径向刚度的稳定，弹性元件组24设置在衬套2的轴向中心位置。

在其他实施例中，衬套内可以设置多个弹性元件组。弹性元件组内的弹性元件可以沿衬套的周向不均匀分布，也可以沿衬套的轴向均匀或不均匀的分布。弹性元件组不一定由螺旋弹簧组成，也可以由片状弹簧等其他弹簧或弹性体构成的弹性元件组成，或由弹簧和弹性体构成的弹性元件混合组成。弹性元件组内弹性元件的数量可以根据具体情况进行设置，但至少包括2个弹性元件。

如图5所示，图中未显示粘结层23，弹性元件组24包括沿衬套2周向均匀分布的第一螺旋弹簧24a、第二螺旋弹簧24b、第三螺旋弹簧24c、第四螺旋弹簧24d。为了使螺旋弹簧能够更容易的固定在内芯管21和外套管22之间，可在内芯管21的外壁或外套管22的内壁上设置至少与螺旋弹簧的数量相同的凹槽，凹槽用于容纳螺旋弹簧的一端。优选的，可在内芯管21的外壁和外套管22的内壁上分别设置沿衬套2径向对应的凹槽，径向对应的凹槽用于容纳螺旋弹簧的两端。

本实施例中，如图4-5所示，用于容纳第一螺旋弹簧24a的一端的第一凹槽21a设置在内芯管21的外壁上；在外套管22的内壁上设置与第一凹槽21a径向对应的凹槽(图中未显示)用于容纳第一螺旋弹簧24a的另一端。用于容纳第二螺旋弹簧24b的第二凹槽22b设置在外套管22的内壁上；在内芯管21的外壁上设置与第二凹槽21b径向对应的凹槽(图中未显示)用于容纳第二螺旋弹簧24b的另一端。用于容纳第三螺旋弹簧24c的两端的第三凹槽21c、22c分别设置在内芯管21的外壁和外套管22的内壁上；用于容纳第四螺旋弹簧24d的两端的第四凹槽21d、22d分别设置在内芯管21的外壁和外套管22的内壁上。

在其他实施例中，可仅在内芯管的外壁或外套管的内壁上设置用于容纳弹性元件一端的凹槽。优选的，凹槽的数量不少于弹性元件的数量。

通过在内芯管21的外壁和/或外套管22的内壁上设置凹槽，不仅能够使螺旋弹簧便于安装固定，当弹性体构成的弹性元件为条状时，也便于其安装固定。此时，也方便后续在内芯管21和外套管22之间注入减震缓冲材料形成粘结层23。

为了在内芯管21的外壁上和/或外套管22的内壁上更容易的设置凹槽，优选的，内芯管的外壁和/或外套管的内壁包括沿周向分布的多个平面，凹槽设置在平面上。进一步的，沿周向分布的多个平面平行于衬套2的中轴线。

本实施例中，如图3-5所示，弹性元件组24中的4个螺旋弹簧分别分布在4个侧面，因而在内芯管21的外壁上设置4个内芯管外壁平面212对应位于不同侧面的4个螺旋弹簧，凹槽设置在4个内芯管外壁平面212上，用于容纳对应的螺旋弹簧的一端；在外套管22的内壁上设置4个外套管内壁平面222对应位于不同侧面的4个螺旋弹簧，凹槽设置在4个外套管内壁平面222上用于容纳对应的螺旋弹簧的一端。

在其他实施例中，若只在内芯管的外壁或外套管的内壁上设置凹槽，则可仅将设有凹槽的壁面设置若干平面，凹槽设置在该平面上。

在其他实施例中，可以将内芯管的外壁设置为圆柱面，也可以将外套管的内壁设置为圆柱面，凹槽设置在圆柱面上。也可以将内芯管的外壁和外套管的内壁都设置为圆柱面，凹槽设置在圆柱面上。

为了能更好的理解衬套2内部的受力状况，更好的理解弹性元件组24在衬套2内的作用，以下利用数学模型对其进行分析。

参照图3，若汽车在行驶过程中，汽车底盘衬套2受到汽车底盘以及控制臂等外部作用力时，其内芯管21与外套管22在S方向上发生相对位移。S为内芯管21与外套管22之间的相对位移，假设：

S方向上的刚度为k_s；

S方向与X轴的夹角为θ；

弹性元件组24中的螺旋弹簧均为线性螺旋弹簧；

第一螺旋弹簧24a的刚度、即弹性系数为k_a；

第二螺旋弹簧24b的刚度、即弹性系数为k_b；

第三螺旋弹簧24c的刚度、即弹性系数为k_c；

第四螺旋弹簧24d的刚度、即弹性系数为k_d；

粘结层23的刚度为k_n，且在沿径向各个方向上都具有相同的刚度。

则：

X轴轴向力为：F_x＝(2k_n+k_a+k_b)×S×cosθ；

Y轴轴向力为：F_y＝(2k_n+k_c+k_d)×S×sinθ；

S方向合力为：

S方向的刚度为：

第一螺旋弹簧24a、第二螺旋弹簧24b在同一直线上，且沿X轴设置，两侧面的弹簧共同决定了汽车底盘衬套2在X轴方向上的刚度；第三螺旋弹簧24c、第四螺旋弹簧24d在同一直线上，且沿Y轴设置，两侧面的弹簧共同决定了汽车底盘衬套2在Y轴方向上的刚度。在实际设计过程中，为了方便计算，通常将第一螺旋弹簧24a的刚度k_a与第二螺旋弹簧24b的刚度k_b设计为相等。将第三螺旋弹簧24c的刚度k_c与第四螺旋弹簧24d的刚度k_d设计为相等。

即：k_a＝k_b；k_c＝k_d

此时S方向的刚度为：

当S方向在X轴上，既θ＝0°或180°时：k_s＝2(k_n+k_a)。

当S方向在Y轴上，既θ＝90°或-90°时：k_s＝2(k_n+k_c)。

当：k_a＝k_b＝k_c＝k_d

此时S方向的刚度为：k_s＝2(k_n+k_a)

通过上述计算可知，在衬套2中加入弹性元件组24，可以改变原衬套在各个径向方向上的刚度；通过对弹性元件组24中的螺旋弹簧进行适当分布，可以计算得到衬套2在各个径向方向上的刚度。

本实施例中，若希望相等的增大原衬套在径向各个方向上的刚度，只需将弹性元件组24中的4个螺旋弹簧设置成相同的刚度；若只希望增大原衬套在X轴方向或者Y轴方向上的刚度，只需除去第三螺旋弹簧24c、第四螺旋弹簧24d并保留第一螺旋弹簧24a、第二螺旋弹簧24b，或者除去第一螺旋弹簧24a、第二螺旋弹簧24b并保留第三螺旋弹簧24c、第四螺旋弹簧24d；若希望在增大原衬套在径向各个方向上的刚度的同时，希望X轴方向上的刚度比Y轴方向上的刚度更大，只需将第一螺旋弹簧24a、第二螺旋弹簧24b的刚度总和设计成大于第三螺旋弹簧24c、第四螺旋弹簧24d的刚度总和。

以上数学模型分析，仅针对衬套2中仅设有1个弹性元件组24，弹性元件组24包括沿衬套2周向均匀分布的4个螺旋弹簧的情形。

在其他实施例中，衬套中可以设置多个弹性元件组，弹性元件组包括沿衬套周向均匀分布的多个螺旋弹簧的情形，根据具体情形可以构建出不同的数学模型，以方便后续设计优化。

图6是本发明具体实施例的第二种汽车底盘衬套的立体分解图，图7是本发明具体实施例的第二种汽车底盘衬套的轴向剖面图。如图6-7所示，衬套2的内芯管21和外套管22之间设置有2个弹性元件组，分别为第一弹性元件组25、第二弹性元件组26，沿衬套2的轴向位置均匀分布。第一弹性元件组25包括沿衬套2的周向均匀分布的4个螺旋弹簧25a、25b、25c、25d；第二弹性元件组26包括沿衬套2的周向均匀分布的4个螺旋弹簧26a、26b、26c、26d。

由于衬套的形状类似圆柱形，若仅设置1个弹性元件组，且弹性元件组中的弹性元件沿衬套周向均匀分布。当衬套的轴向方向的长度较大时，容易使得衬套轴向两端的刚度与衬套轴向中心的刚度不一致，不利于衬套的实际工作。在衬套的轴向设置多个弹性元件组，弹性元件组沿衬套轴向均匀分布，弹性元件组中的弹性元件沿衬套周向均匀分布，则能保证衬套在轴向的各个位置保持相同的径向刚度。

在其他实施例中，弹性元件组内的螺旋弹簧可以替换为片状弹簧等其他弹簧或弹性体材料构成的弹性元件。

图8是本发明具体实施例的第三种汽车底盘衬套的立体分解图，图9是本发明具体实施例的第三种汽车底盘衬套的轴向剖面图。如图8-9所示，衬套2的内芯管21和外套管22之间设置有弹性元件组27，弹性元件组27包括2个螺旋弹簧27a、27b，螺旋弹簧27a、27b不沿衬套2的周向分布，而是沿衬套2的轴向分布，因而衬套2可以调节弹性元件组27所在面的径向刚度，而不能调节垂直于弹性元件组27的所在面的径向刚度。

在其他实施例中，弹性元件组内的螺旋弹簧可以替换为片状弹簧等其他弹簧或弹性体材料构成的弹性元件。

当汽车底盘衬套中只包含1个弹性元件时，没有弹性元件组这一概念，但在衬套中加入1个弹性元件，也能实现对汽车底盘衬套的刚度的调节。此时，该弹性元件在衬套内的布置可以参考图8-9中的具体实施例的第三种汽车底盘衬套，同理，在该情形下，只能调节该弹性元件所在面的衬套的径向刚度，而不能调节垂直于该弹性元件的所在面的衬套的径向刚度。

通常汽车包括悬架，悬架连接车轮和车架，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平坦路面传给车架或车身的冲击力，并减少由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。悬架包括衬套，衬套连接控制臂和其他车辆结构件，利用其良好的弹性特性和隔振性能提高汽车行驶过程中的舒适性和操稳性。本发明提供一种悬架，包括以上所述的汽车底盘衬套。本发明还提供一种汽车，包括以上所述的悬架。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种汽车底盘衬套，包括：

内芯管；

外套管，位于所述内芯管外，且与所述内芯管同轴设置；

粘结层，位于所述内芯管和外套管之间，其特征在于，还包括：

弹性元件，所述弹性元件设置在所述内芯管和外套管之间，所述弹性元件至少部分埋设在所述粘结层内，在所述衬套受到径向挤压时，所述弹性元件发生弹性形变。

2.如权利要求1所述的汽车底盘衬套，其特征在于，所述弹性元件为弹簧；或者，所述弹性元件的材料为弹性体，所述弹性体的刚度大于或小于所述粘结层的材料的刚度。

3.如权利要求1所述的汽车底盘衬套，其特征在于，所述弹性元件为1个或至少1个弹性元件组，所述弹性元件组包括至少2个弹性元件。

4.如权利要求3所述的汽车底盘衬套，其特征在于，所述弹性元件组内的所有弹性元件沿所述衬套周向分布。

5.如权利要求3所述的汽车底盘衬套，其特征在于，所述内芯管的外壁或所述外套管的内壁中至少具有与所述弹性元件数量相同的凹槽，所述凹槽容纳所述弹性元件的一端。

6.如权利要求3所述的汽车底盘衬套，其特征在于，所述内芯管的外壁和所述外套管的内壁上分别设有沿所述衬套径向相对的凹槽，径向相对的所述凹槽分别容纳所述弹性元件的两端。

7.如权利要求5～6任一项所述的汽车底盘衬套，其特征在于，所述内芯管的外壁和/或所述外套管的内壁为圆柱面。

8.如权利要求5～6任一项所述的汽车底盘衬套，其特征在于，所述内芯管的外壁和/或所述外套管的内壁包括沿周向分布的多个平面，所述凹槽设置在所述平面上。

9.如权利要求8所述的汽车底盘衬套，其特征在于，所述平面与所述衬套的中轴线平行。

10.一种悬架，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的衬套。

11.一种汽车，其特征在于，包括权利要求10所述的悬架。