CN108528164A - 扭转梁式悬架结构、扭转梁及车辆 - Google Patents

扭转梁式悬架结构、扭转梁及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种扭转梁式悬架结构、扭转梁及车辆,实现压溃管式的纵臂部的耐久性的提高以及扭转特性的提高。车辆用的扭转梁式悬架结构，具备在车辆宽度方向上分离地配置的一对纵臂部以及在上述车辆宽度方向上延伸、且与上述一对纵臂部连接的扭转梁部，上述扭转梁部在上述车辆宽度方向上包括中央部以及端部，并且，由至少在上述中央部以在车辆前后方向的截面上呈U字形的方式被压扁的闭合截面结构的管构成，在上述车辆宽度方向上，上述中央部处的上述管的壁厚比上述端部处的壁厚薄。

Description

扭转梁式悬架结构、扭转梁及车辆
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2017年3月2日提交的名称为“扭转梁式悬架结构、扭转梁及车辆”的日本专利申请2017-039730的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种搭载于车辆的扭转梁式悬架结构。
背景技术
车辆用的扭转梁式悬架结构具备一对纵臂部和扭转梁部。一对纵臂部在车辆宽度方向上分离地配置。扭转梁部在车辆宽度方向上延伸、且在左右的端部与一对纵臂部分别连接。例如，当车辆行驶过程中路面上存在阶梯差时，该悬架结构通过扭转梁部的扭转而使轮胎追随该阶梯差从而使轮胎接地。
存在扭转梁式悬架结构，及其在扭转梁部分应用了所谓的压溃管(crushed pipe)式的结构。通过对闭合截面结构的管以在车辆前后方向的截面上呈U字形的方式进行压溃成形，从而能够得到这种结构(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-247694号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在上述压溃管式的结构中，存在在扭转梁主体的两端部附近以及接合部等连接部周边存在应力容易集中的部分的情况。若为了应对该应力集中而使壁厚整体变大，则扭转梁本身变得难以扭转，因此，乘车体验变差。因此，要求在提高扭转梁部两端部附近的耐久性的同时进一步提高扭转特性的技术。
本发明的目的在于，实现压溃管式的扭转梁部两端部附近的耐久性的提高以及扭转特性的提高。
用于解决问题的方法
本发明的第一方面是一种车辆用的扭转梁式悬架结构，其特征在于，具备：在车辆宽度方向上分离地配置的一对纵臂部，以及在上述车辆宽度方向上延伸、且与上述一对纵臂部连接的扭转梁部，上述扭转梁部在上述车辆宽度方向上包括中央部以及端部，并且，由至少在上述中央部以在车辆前后方向的截面上呈U字形的方式被压扁的闭合截面结构的管构成，在上述车辆宽度方向上，上述中央部处的上述管的壁厚比上述端部处的壁厚薄。
发明效果
根据本发明，能够提高扭转梁部两端部附近的耐久性并且能够提高扭转特性。
附图说明
图1是用于对车辆的结构的例子进行说明的图。
图2是用于对扭转梁式悬架结构的例子进行说明的图。
图3是用于对扭转梁部的结构的例子进行说明的图。
图4是用于对扭转梁部的形成方法的例子进行说明的图。
图5是用于对扭转梁部的结构的例子进行说明的图。
符号说明
1：车辆
3：扭转梁式悬架结构
31(31L、31R)：纵臂部
32：扭转梁部
320：管
321：中央部
322：端部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，各图是表示实施方式的结构或构成的示意图，图示的各部件的尺寸未必反映现实的尺寸。
(第一实施方式)
图1是车辆1的俯视图。在本实施方式中，车辆1是四轮车，在图中，仅示出左后轮2L及右后轮2R。车辆1具有在后轮2L及2R之间配置的扭转梁式悬架结构3。
为了容易地对结构进行理解，在图中，示出相互正交的X轴、Y轴及Z轴(在其他图中也相同。)。X方向与车辆前后方向对应，Y方向与车辆宽度方向对应，Z方向与车辆上下方向对应。另外，在本说明书中，前、后、上、下等表述表示相对位置关系。例如，“前”、“前方”等表述与+X方向对应，“后”、“后方”等表述与-X方向对应。另外，“右”、“右侧”等表述与+Y方向对应，“左”、“左侧”等表述与-Y方向对应。另外，“上”、“上方”等表述与+Z方向对应，“下”、“下方”等表述与-Z方向对应。
图2是悬架结构3的立体图。悬架结构3具备一对纵臂部31L及31R，和扭转梁部32。左侧的纵臂部31L和右侧的纵臂部31R在Y方向上分离地左右对称地配置。扭转梁部32在Y方向上延伸、且在左右的端部与纵臂部31L及31R分别连接。它们的连接一般通过焊接实现。
在纵臂部31L的左侧端部设置有供后轮2L配置的车轮配置部311。另外，在纵臂部31L的比车轮配置部311靠车内侧的位置，设置有弹簧(悬架用弹簧)配置部312。另外，在纵臂部31L的后方端部设置有阻尼器(减震器)配置部313。另外，在纵臂部31L的前方端部设置有用于将纵臂部31L固定于车身的衬套314。纵臂部31R以与纵臂部31L左右对称的方式与纵臂部31L同样地构成。在下文中，在未特别对纵臂部31L及31R加以区分的情况下，简单地表述为“纵臂部31”。
图3中的(A)～(F)是用于对扭转梁部32的结构进行说明的示意图。扭转梁部32是所谓的压溃管式，即将具有闭合截面结构的管(圆筒形的管)320压溃后的形状。
图3中的(A)是扭转梁部32的俯视图。扭转梁部32设置为左右对称，在本实施方式中，包括中央部321、两个端部322以及两个渐变部323。中央部321是扭转梁部32中的设置于车辆宽度方向内侧的部分。端部322是扭转梁部32中的车辆宽度方向外侧的部分，是与纵臂部31的连接部及其附近部分。对于渐变部323在下文中进行详细说明，其是扭转梁部32中的设置于中央部321和端部322之间的部分。
在本实施方式中，从扭转梁部32的一端到另一端(例如，从纵臂部31L侧的端部到纵臂部31R侧的端部)的距离为1260mm。而且，端部322设置于距离各端达到300mm的区域。另外，中央部321设置于从距离一端为350mm的位置到距离该端为910mm(距离另一端为350mm)的位置的区域。此外，在这里举例示出的扭转梁部32的各部分321等的距离(Y方向的长度)是一个例子，并不限于该数值。
图3中的(B)表示沿X方向的端部322的切割线B-B处的截面图。图3中的(C)表示沿X方向的渐变部323的切断线C-C处的截面图。图3中的(D)表示沿X方向的中央部321的切割线D-D处的截面图。图3中的(E)表示沿X方向的中央部321的切割线E-E处的截面图。图3中的(F)表示沿Y方向的切割线F-F处的截面图。
在扭转梁部32的中央部321，管320被压扁而形成为U字形的截面形状。例如，参照图3中的(D)～(E)，在中央部321，管320被压扁而使管320的内壁彼此接近或接触，从而形成U字形的截面形状。另一方面，例如参照图3中的(B)，相较于中央部321，管320在端部322没有被压扁，以管320的内壁彼此不接触的程度形成为U字形的截面形状。
此外，在本说明书中，U字形是指外形具有顶部且与该顶部相反的一侧开放的形状。因此，在本说明书中，在U字形的概念中包括顶部的形状较尖的形状(V字形)、顶部的形状较平的形状(コ字形)、外形整体较圆的形状(C字形)等。
在本实施方式中，将扭转梁部32设置成顶部处于上方侧且开放侧处于下方侧，但可以根据相对于配置于车身底部的其他机构之间的关系来决定扭转梁部32相对于车身的方向。例如，作为其他实施方式，既可以是顶部处于下方侧且开放侧处于上方侧，也可以是顶部处于前方侧且开放侧处于后方侧，或者，也可以是顶部处于后方侧且开放侧处于前方侧。此外，作为在车身底部配置的其他机构的例子，可列举为消音器(muffler)、排气管(exhaust pipe)、燃料管(fuel pipe)、传动轴等。
在本实施方式中，端部322处的管320的壁厚(厚度)T322为2.3mm。另一方面，中央部321处的管320的壁厚T321为2.0mm，比端部322的壁厚T322薄。渐变部323处的管320的壁厚T323在T321以上且T322以下的范围内逐渐(平缓)地变化，越接近中央部321越薄，越接近端部322越厚(T321≤T323≤T322)。此外，壁厚是指从管320的内壁到外壁的距离。在这里举例示出的扭转梁部32的各部分321等的壁厚是一个例子，并不限于该数值。
典型地，使金属板成形并以梁轴为中心将金属板弯圆而形成管，之后，将该管的至少中央部压扁，由此得到压溃管式的扭转梁。以下，参照图4中的(A)～(C)，对扭转梁部32的形成方法进行说明。
首先，在图4中的(A)的工序中，准备金属板320A。该金属板320A是所谓的差厚钢板，在本实施方式中，在长度方向上板厚不同。在本实施方式中，与中央部321对应的部分320A1的板厚，比与端部322对应的部分320A2的板厚薄。另外，部分320A1和部分320A2之间的部分320A3与渐变部323对应，在部分320A3，板厚平缓地变化。部分320A3的上表面形成为将部分320A1的上表面和部分320A2的上表面连接的倾斜面。例如，可以通过对具有均匀的板厚的金属板的上表面进行使用辊等的加工处理来得到这种结构。
接着，在图4中的(B)的工序中，以长度方向为轴，一边将金属板320A弯圆一边将金属板320A的相互对置的边部E1及边部E2通过焊接进行接合。由此，能够将金属板320A成形为管状。将通过该工序得到的结构作为管320。在图中，为了理解该结构，用虚线表示管320的内壁。此外，在本实施方式中，将管320形成为外径固定且内径发生变化的结构(内壁具有阶梯差的结构)，但作为其他实施方式，也可以形成为内径固定且外径发生变化的结构(外壁具有阶梯差的结构)。
之后，在图4中的(C)的工序中，进行将管320的中央部压扁的成形处理。之后，通过进行喷丸、激光微调等处理，能够得到参照图3中的(A)～(F)叙述的扭转梁部32。之后，通过焊接将扭转梁部32与纵臂部31L及32R接合。
通过以上的工序，制造悬架结构3。此外，在上述各工序之间，可根据需要适宜地进行热处理(退火)、清洗处理等。
悬架结构3，例如在车辆的行驶中路面存在阶梯差等情况下，通过使扭转梁部32扭转，能够使轮胎追随该阶梯差而落地。若由于该扭转而产生过度的应力，则有时成为例如扭转梁部32与纵臂部31的接合部周边产生损伤、剥离等的原因。
因此，在本实施方式中，将中央部321处的管320的壁厚T321形成为比端部322的壁厚T322薄。由此，能够使扭转梁部32的扭转容易度向中央部321侧靠近。由此，通过较简单的结构，便能够提高端部322的耐久性(相对于扭转的耐性或强度)，能够防止例如扭转梁部32与纵臂部31的接合部周边产生损伤、剥离等。另外，由于中央部321易于扭转，因此还能够提高扭转梁部的扭转特性本身。因此，根据本实施方式，行驶中扭转梁部32发生扭转时的扭转梁部32与纵臂部的接合部周边的耐久性提高，同时提高扭转特性。
由图3中的(D)～(E)可知，在中央部321，管320以其内壁接触的方式被压扁成U字形。因此，中央部321容易扭转，从而进一步提高扭转梁部32的扭转特性。另一方面，由图3中的(B)可知，在端部322，管320以其内壁不接触的程度被压扁成U字形。因此，端部322不容易扭转，从而进一步提高端部322的耐久性。
另外，在本实施方式中，在中央部321和端部322之间，设置有管320的壁厚平缓地变化的渐变部323。由此，能够防止扭转梁部32扭转时有可能产生的应力局部地集中，能够提高扭转梁部32的耐久性。另外，在本实施方式中，渐变部323的壁厚T323，相对于距中央部321和渐变部323之间的边界的距离(或者，距端部322和渐变部323之间的边界的距离)而线性地变化(换言之，壁厚T323是以上述距离为变量的一次函数。)。因此，能够容易地形成渐变部323。
将从扭转梁部32的一端到另一端的长度设为L。在这种情况下，渐变部323可以分别设置于距扭转梁部32的一端为0.2L～0.4L的范围内、以及距另一端为0.2L～0.4L的范围内(距一端为0.6L～0.8L的范围内)。根据该结构，能够在确保为了使扭转梁部32易于扭转的中央部321的长度的同时提高端部322的耐久性。在本实施方式中，L＝1260mm，中央部321的长度设计为560mm，各端部322的长度设计为350mm，各渐变部323的长度设计为50mm，但并不限定于该值。
(第二实施方式)
在上述第一实施方式中，将管320的壁厚设为在X-Z平面(周向)上是均匀的，第二实施方式中，管320在X-Z平面具有壁厚互不相同的部分，这一点与第一实施方式不同。本实施方式也可获得与上述第一实施方式相同的效果。
图5中的(A)～(E)是表示本实施方式所涉及的扭转梁部32的结构的示意图。图5中的(A)是扭转梁部32的俯视图。图5中的(B)表示端部322的切割线B-B处的截面图。图5中的(C)表示渐变部323的切割线C-C处的截面图。图5中的(D)表中央部321的切割线D-D处的截面图。图5中的(E)表示中央部321的切割线E-E处的截面图。
在本实施方式中，为了便于说明，对被压扁成U字形的闭合截面结构的管320的各部分加以区别。即，管320包括外侧顶部3201、内侧顶部3202以及两个折弯部3203。通过将管道320的两个部分以其中的一方将另一方覆盖的形式向相同方向弯曲而形成U字形的顶部，外侧顶部3201与其中一方对应，内侧顶部3202与另一方对应。两个折弯部3203分别将外侧顶部3201和内侧顶部3202连接。
在本实施方式中，由图5中的(B)～(E)可知，两个折弯部3203的各自的壁厚，比外侧顶部3201壁厚以及内侧顶部3202的壁厚的双方薄。如上所述(参照图4中的(A)～(C))，通过将金属板320A成形为管状而形成管320之后将该管320压扁而得到扭转梁部32。在本实施方式中，通过将折弯部3203的壁厚设置为比外侧顶部3201的壁厚以及内侧顶部3202的壁厚薄，使得折弯部3203比外侧顶部3201以及内侧顶部3202容易弯曲。因此，根据本实施方式，容易将管320成形为压溃管式的结构，从制造方面的观点来看，相对于第一实施方式更加有利。
此外，在本实施方式中，在图4中的(A)的工序中，在准备了金属板320A之后，进一步地，在各部分320A1～320A3的上表面，沿长度方向形成用于形成折弯部3203的切口即可。或者，在图4中的(A)的工序中，还可以与各部分320A1～320A3一起同时形成该切口。
在本实施方式中，外侧顶部3201的壁厚与内侧顶部3202的壁厚彼此相等，但是它们也可以互不相同。作为其他实施方式，内侧顶部3202的壁厚可以比外侧顶部3201的壁厚薄。由图5中的(D)～(E)还可知，一般认为内侧顶部3202的曲率(曲率半径的倒数)大于外侧顶部3201的曲率。因此，通过将内侧顶部3202的壁厚设为比外侧顶部3201的壁厚薄，能够使内侧顶部3202容易弯曲，能够使管320更容易成形。
(其他)
以上，虽然举例示出了几个优选方式，但是本发明并不限于这些例子，可以在不脱离本发明的主旨的范围内对其一部分进行变更。另外，在本说明书中记载的各个术语，不过是出于对本发明进行说明的目的而使用的，本发明当然并不限定于该术语的严格意义，还可以包含其等价物。
(实施方式的总结)
本发明第一方式是一种车辆用的扭转梁式悬架结构(例如3)，具备：在车辆宽度方向(例如Y方向)上分离地配置的一对纵臂部(例如31L、31R)，以及在上述车辆宽度方向上延伸、且与上述一对纵臂部连接的扭转梁部(例如32)，上述扭转梁部在上述车辆宽度方向上包括中央部(例如321)以及端部(例如322)，并且，由至少在上述中央部以在车辆前后方向(例如X方向)的截面上呈U字形的方式被压扁的闭合截面结构的管(例如320)构成，在上述车辆宽度方向上，上述中央部处的上述管的壁厚(例如T321)比上述端部处的壁厚(例如T322)薄。
根据第一方式，在具有压溃管式的结构的扭转梁部中，通过使中央部的壁厚比端部的壁厚薄，在提高端部的耐久性的同时使中央部易于扭转。由此，行驶中扭转梁部发生扭转时的扭转梁部的耐久性提高，同时扭转特性提高。
在第二实施方式中，上述扭转梁部在上述中央部和上述端部之间，还包括上述管的壁厚平缓地变化的渐变部(例如323)。
根据第二方式，通过设置渐变部，能够防止扭转梁部扭转时有可能产生的应力局部地集中，能够提高扭转梁部的耐久性。
在第三方式中，在上述车辆宽度方向上，在将从与上述一对纵臂部的一方(例如31L)连接侧的上述扭转梁部的一端到与上述一对纵臂部的另一方(例如31R)连接侧的上述扭转梁部的另一端的距离设为L的情况下，上述渐变部分别设置于距上述一端为0.2L～0.4L的范围内以及距上述另一端为0.2L～0.4L的范围内。
根据第三方式，特别有利于中央部的扭转容易度的提高和端部的耐久性的提高的兼顾。例如，在L＝1260mm的情况下，渐变部分别设计为距一端为300～350mm之间和距另一端为300～350mm之间。
在第四方式中，在上述车辆前后方向的截面上，在上述中央部，上述管以其内壁接触的方式被压扁成U字形。
根据第四方式，由于在中央部以内壁接触的程度成形为U字形，因此在中央部容易扭转，因此，进一步提高扭转梁部的扭转特性。
在第五方式中，在上述车辆前后方向的截面上，在上述端部，上述管以其内壁不接触的程度被压扁成U字形。
根据第五方式，由于在端部以内壁不接触的程度成形为U字形，因此在端部难以扭转，因此，进一步提高扭转梁部的端部的耐久性。
在第六方式中，被压扁成上述U字形的闭合截面结构的上述管包括外侧顶部(例如3201)、内侧顶部(例如3202)和将它们连接的两个折弯部(例如3203)，上述两个折弯部的各自的壁厚比上述外侧顶部的壁厚以及上述内侧顶部的壁厚的双方薄。
根据第六方式，能够容易地将管成形为压溃管式的结构。
在第七方式中，上述内侧顶部的壁厚比上述外侧顶部的壁厚薄。
一般而言，在将管成形为压溃管式的结构时，与外侧顶部相比，内侧顶部的曲率较大，因此，根据第七方式，管的成形更加容易。
第八方式是具备上述悬架结构的车辆(例如1)。
根据第八方式，上述悬架结构能够应用于四轮车等常规的车辆中。
第九方式是构成车辆用悬架结构的扭转梁，在其延伸方向(Y方向)上包括中央部(例如321)以及端部(例如322)，并且，该扭转梁由至少在上述中央部以在与上述延伸方向交叉的方向(例如X方向)的截面上呈U字形的方式被压扁的闭合截面结构的管(例如320)构成，在上述延伸方向上，上述中央部处的上述管的壁厚(例如T321)比上述端部处的壁厚(例如T322)薄。
根据第九方式，与第一方式同样地，在压溃管式的扭转梁中，能够提高耐久性以及扭转特性。

Claims (9)

1.一种悬架结构，是车辆用的扭转梁式悬架结构，其特征在于，具备：
在车辆宽度方向上分离地配置的一对纵臂部，以及
在所述车辆宽度方向上延伸、且与所述一对纵臂部连接的扭转梁部，
所述扭转梁部在所述车辆宽度方向上包括中央部以及端部，并且，由至少在所述中央部以在车辆前后方向的截面上呈U字形的方式被压扁的闭合截面结构的管构成，
在所述车辆宽度方向上，所述中央部处的所述管的壁厚比所述端部处的壁厚薄。
2.根据权利要求1所述的悬架结构，其特征在于，
所述扭转梁部在所述中央部和所述端部之间，还包括所述管的壁厚平缓地变化的渐变部。
3.根据权利要求2所述的悬架结构，其特征在于，
在所述车辆宽度方向上，在将从与所述一对纵臂部的一方连接侧的所述扭转梁部的一端到与所述一对纵臂部的另一方连接侧的所述扭转梁部的另一端的距离设为L的情况下，所述渐变部分别设置于距所述一端为0.2L～0.4L的范围内以及距所述另一端为0.2L～0.4L的范围内。
4.根据权利要求1所述的悬架结构，其特征在于，
在所述车辆前后方向的截面上，在所述中央部，所述管以其内壁接触的方式被压扁成U字形。
5.根据权利要求4所述的悬架结构，其特征在于，
在所述车辆前后方向的截面上，在所述端部，所述管以其内壁不接触的程度被压扁成U字形。
6.根据权利要求1所述的悬架结构，其特征在于，
被压扁成所述U字形的闭合截面结构的所述管包括外侧顶部、内侧顶部和将它们连接的两个折弯部，
所述两个折弯部的各自的壁厚比所述外侧顶部的壁厚以及所述内侧顶部的壁厚的双方薄。
7.根据权利要求6所述的悬架结构，其特征在于，
所述内侧顶部的壁厚比所述外侧顶部的壁厚薄。
8.一种车辆，具备根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的悬架结构。
9.一种扭转梁，是构成车辆用悬架结构的扭转梁，其特征在于，
在其延伸方向上包括中央部以及端部，并且，该扭转梁由至少在所述中央部以在与所述延伸方向交叉的方向的截面上呈U字形的方式被压扁的闭合截面结构的管构成，
在所述延伸方向上，所述中央部处的所述管的壁厚比所述端部处的壁厚薄。
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