CN108790651A

CN108790651A - 车辆的悬架臂

Info

Publication number: CN108790651A
Application number: CN201810310668.4A
Authority: CN
Inventors: 平野隆; 锅岛泰彦
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2018-11-13
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: CN108790651B; US10576802B2; JP2018176916A; DE102018205175A1; JP6708582B2; US20180290512A1

Abstract

本发明提供一种车辆的悬架臂。悬架臂(1)由臂部(10)和连结部(20)构成，并且整体由纤维增强树脂一体地形成。整个臂部(10)由随机纤维增强树脂(B)形成。连结部(20)在包含与平面(Fa、Fb)交叉的位置(X)且绕插入孔(21)的中心轴(L2)在作为悬架臂(1)的前端侧连续至少半周以上的区域，由连续纤维沿着插入孔(21)的周向进行配向的连续纤维增强树脂(A)形成，其中所述平面(Fa、Fb)与连结弹性套筒(50)的插入孔(21)的中心点(Oa、Ob)的直线(L1)正交并通过插入孔(21)的中心点(Oa、Ob)。

Description

车辆的悬架臂

技术领域

本发明涉及将车轮向车身悬挂的悬架所使用的悬架臂。

背景技术

车辆的悬架臂是将车身构件与车轮支承构件经由连结构件而进行连结的构件。例如，悬架臂由臂部和在臂部的两端形成的环状的连结部构成。在连结部设有供弹性套筒或球窝关节插入的插入孔。连结部的一方被连结于作为车身构件的悬架梁，连结部的另一方被连结于作为车轮支承构件的支架。

最近，为了轻量化，取代一直以来使用的金属(铁或铝)而通过纤维增强树脂来制造的悬架臂已为人们所知。例如，专利文献1提出的悬架臂整体通过使连续纤维浸渍有树脂而形成的连续纤维增强树脂来形成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：德国申请公开第102013007284号说明书

发明内容

悬架臂设置在车身构件与车轮支承构件之间，因此主要在臂部的轴线方向上作用有拉伸载荷和压缩载荷。连续纤维增强树脂对于连续纤维的方向上的拉伸载荷而言具有高强度，但是对于向拉伸载荷的相反方向作用的压缩载荷而言强度低。在专利文献1提出的悬架臂中，臂部的连续纤维朝向与臂部的轴线方向相同的方向。因此，虽然对于作用在臂部上的拉伸载荷而言较强，但是对于压缩载荷而言较弱。

因此，可尝试考虑利用将不连续纤维作为增强纤维而随机配向的随机纤维增强树脂来形成整个悬架臂。随机纤维增强树脂虽然对于压缩载荷具有高强度，但是对于拉伸载荷而言强度低。如图4所示，悬架臂在臂部X的两端所形成的连结部Y处，在由符号W表示的部位作用有最大的拉伸载荷。在利用随机纤维增强树脂形成了悬架臂的情况下，该部分W成为对于拉伸载荷而言强度最低的最弱部，无法满足要求的耐久性。在图中，符号Z表示弹性套筒，符号U是供弹性套筒插入的插入孔。

本发明为了解决上述问题而作出，目的在于提供一种满足所要求的强度且轻量的悬架臂。

解决上述课题的本发明的特征在于，车辆的悬架臂由形成为实心棒状的臂部(10)和设于所述臂部的两端且形成有供连结构件(50)插入的插入孔(21)的环状的两个连结部(20a、20b)构成，并且整体由纤维增强树脂一体地形成，所述连接构件(50)用于与车身构件或车轮支承构件连结，其中，所述纤维增强树脂由利用树脂使连续纤维固化的连续纤维增强树脂(A)和利用树脂使不连续纤维以随机的配向固化的随机纤维增强树脂(B)构成，所述臂部由所述随机纤维增强树脂形成，所述两个连结部在包含与如下平面(Fa、Fb)交叉的位置(X)且绕所述插入孔的中心轴(L2)在作为悬架臂的前端侧连续至少半周以上的区域，由所述连续纤维沿着所述插入孔的周向进行配向的所述连续纤维增强树脂形成，所述平面(Fa、Fb)与连结各所述插入孔的中心点(Oa、Ob)的直线(L1)正交并通过所述插入孔的中心点。

本发明的车辆的悬架臂由形成为实心棒状的臂部和设于臂部的两端的两个连结部构成，并且整体由纤维增强树脂一体地形成。连结部形成有供用于与车身构件或车轮支承构件连结的连结构件插入的插入孔。该连结构件是例如弹性套筒或球窝接头。

纤维增强树脂由利用树脂使连续纤维固化的连续纤维增强树脂(具备连续纤维作为增强纤维的树脂)和利用树脂使不连续纤维以随机的配向固化的随机纤维增强树脂(具备随机地配向的不连续纤维作为增强纤维的树脂)，根据悬架臂的部位而将它们区分使用。

臂部由随机纤维增强树脂形成。因此，即使作用有拉伸载荷和压缩载荷，也能够维持所要求的强度。另一方面，两个连结部在包含与如下平面交叉的位置且绕插入孔的中心轴在作为悬架臂的前端侧连续至少半周以上的区域，由连续纤维沿着插入孔的周向进行配向的连续纤维增强树脂形成，其中所述平面与连结各插入孔的中心点的直线正交并通过插入孔的中心点。因此，对于拉伸载荷而言强度最低的最弱部由连续纤维增强树脂形成，因此即使在该最弱部也能够维持所要求的强度。

这种情况下，在连续纤维在一个方向对齐而配向的连续纤维增强树脂中，该连续纤维优选以平行于与插入孔的中心轴正交的平面的方式沿着插入孔的周向设置。而且，在连续纤维编织成织物状的连续纤维增强树脂中，只要在沿着插入孔的中心轴方向观察的俯视中连续纤维沿着插入孔的周向设置即可。

本发明的一方面的特征在于，所述两个连结部中的至少一个连结部由所述连续纤维增强树脂形成的区域(R1、R2)绕所述插入孔的中心轴形成为圆弧状，比该形成为圆弧状的区域靠所述臂部侧由所述随机纤维增强树脂而形成。

根据本发明的一方面，在连结部的至少之一中，连续纤维增强树脂绕插入孔的中心轴形成为圆弧状，比该连续纤维增强树脂形成为圆弧状的区域靠臂部侧由随机纤维增强树脂形成。连续纤维增强树脂与随机纤维增强树脂相比为高成本。因此，根据本发明的一方面，能够以低成本而维持对拉伸载荷的所要求的强度。

本发明的一方面的特征在于，所述两个连结部中的至少一个连结部由所述连续纤维增强树脂形成的区域(R3)形成为绕所述插入孔的中心轴一周的环状。

根据本发明的一方面，在连结部的至少之一中，由连续纤维增强树脂形成的区域被形成为绕插入孔的中心轴一周的环状。因此，在绕插入孔的中心轴的周向上未形成连续纤维增强树脂与随机纤维增强树脂接合的接合面，因此能够提高耐久性。而且，能够提高成形性。

本发明的一方面的特征在于，所述两个连结部中的至少一个连结部在径向上的一部分壁厚中由所述连续纤维增强树脂形成，在径向上的其余壁厚中由所述随机纤维增强树脂形成。

根据本发明的一方面，在连结部的至少之一中，在径向(插入孔的径向)上的一部分壁厚中由连续纤维增强树脂形成。而且，在径向上的其余壁厚中由随机纤维增强树脂形成。因此，根据所要求的强度来设定连续纤维增强树脂的壁厚，由此能够以低成本而维持对于拉伸载荷的所要求的强度。

本发明的一方面的特征在于，所述连续纤维和所述不连续纤维为碳纤维。

根据本发明的一方面，能得到高的机械特性。

另外，在上述说明中，为了有助于发明的理解，对于与实施方式对应的发明的结构，以带括弧的方式附加了实施方式使用的符号，但发明的各构成要件未限定为通过所述符号规定的实施方式。

附图说明

图1是实施方式的悬架臂的立体图。

图2是用于说明悬架臂的连结部处的连续纤维增强树脂A和随机纤维增强树脂B的配置的图，是从连结部的轴向观察的剖视图。

图3是用于说明悬架臂的连结部处的连续纤维增强树脂A和随机纤维增强树脂B的配置的图，是从连结部的轴向观察的剖视图。

图4是表示从连结部的轴向观察的对于拉伸载荷而言的最弱部的图。

图5是表示实施方式的悬架臂的制造方法的立体图。

图6是表示实施方式的悬架臂的制造方法的立体图。

具体实施方式

以下，关于本发明的一实施方式的车辆的悬架臂，使用附图进行说明。图1示出车辆的悬架臂作为实施方式。

悬架臂1是将车身构件与车轮支承构件经由连结构件而进行连结的构件。悬架臂1由臂部10和在臂部10的两端形成的2个连结部20a、20b一体地形成。以下，关于2个连结部20a、20b，基本的结构相同，因此除了需要将它们区分的情况之外，称为连结部20。

臂部10是实心的棒状体，在本实施方式中，形成为角带有圆角的四棱柱状。本实施方式的臂部10为了避免与其他部件的干涉而形成为弯曲的棒状，但也可以形成为直线棒状。

连结部20为环状体，其一方(20a)被连结于车身构件(例如，悬架梁)，另一方(20b)被连结于车轮支承构件(例如，支架)。在连结部20设有供作为连结构件的弹性套筒或球窝关节插入固定的插入孔21。图1所示的悬架臂1示出在插入孔21中装配有弹性套筒50的状态。在弹性套筒50的金属性的圆筒管51的外周紧贴有圆筒状的橡胶弹性体52。

连结部20的一方(20a)通过将紧固用螺栓(图示省略)插通到圆筒管51内而被连结于车身构件，连结部20的另一方(20b)通过将紧固用螺栓(图示省略)插通于圆筒管51内而被连结于车轮支承构件。

以往的悬架臂为金属制(铁或铝)，但是为了轻量化，本实施方式的悬架臂1由利用树脂使作为强化纤维的碳纤维固化的碳纤维增强树脂(CFRP：Carbon Fiber ReinforcedPlastics，碳纤维增强复合材料)一体地形成。该悬架臂1使用碳纤维的形态不同的2种碳纤维增强树脂而形成。其一种是利用树脂使由连续纤维构成的碳纤维固化的连续纤维增强树脂A(具备由连续纤维构成的碳纤维作为增强纤维的树脂)，另一种是将由不连续纤维构成的碳纤维以随机的方向配向并利用树脂使其固化的随机纤维增强树脂B(具备随机地配向的由不连续纤维构成的碳纤维作为增强纤维的树脂)。

关于连续纤维增强树脂A，已知有将连续纤维沿一个方向对齐而用树脂浸渍形成的结构和在将连续纤维编织成织物状的状态下用树脂浸渍形成的结构，但可以是任意结构。在本实施方式中，使用将连续纤维沿一个方向对齐而利用树脂来固化所形成的单向碳纤维增强树脂作为连续纤维增强树脂A。而且，在本实施方式的随机纤维增强树脂B中使用的碳纤维最大被切割成约25mm左右的长度。

连续纤维增强树脂A及随机纤维增强树脂B的基体(母材)使用具有共通的热特性的材料，可以是热塑性树脂(例如，聚酰胺树脂：PA6、PA66，聚丙烯树脂等)，也可以是热固化性树脂(例如，环氧树脂等)。在利用SMC(Sheet Molding Compound：片状模塑料成型)制法进行制造时，使用热固化性树脂，在利用注塑成形进行制造时，使用热塑性树脂。

悬架臂1设于车身构件与车轮支承构件之间，因此主要在臂部10的轴线方向，即，将连结部20a的插入孔的中心点Oa与连结部20b的插入孔的中心点Ob进行连结的轴线L1方向上作用有拉伸载荷和压缩载荷。另外，插入孔21的中心点Oa、Ob与弹性套筒50的圆筒管51的开口孔51a的中心点相同。

通过碳纤维增强树脂(CFRP)制造的制品根据碳纤维(增强纤维)的配置状态而在对于拉伸载荷而言的强度(拉伸强度)和对于压缩载荷而言的强度(压缩强度)上会产生差异。例如，随机纤维增强树脂B的拉伸强度低，压缩强度高。另一方面，连续纤维增强树脂A在连续纤维方向上，拉伸强度非常高，压缩强度低。

在悬架臂1中，相对于轴线L1方向上的拉伸输入，主要在连结部20处作用有载荷。连结部20中拉伸强度最低的部位是图1的符号W所示的部位(称为最弱部W)。最弱部W位于与平面Fa(Fb)交叉的位置X的周边的区域，该平面Fa(Fb)与轴线L1正交且通过插入孔的中心点Oa(Ob)。另一方面，相对于轴线L1方向上的压缩输入，主要在臂部10整体作用有载荷。

因此，关于臂部10，在臂长度方向的整体使用随机纤维增强树脂B作为增强纤维树脂。即，臂部10的整体由随机纤维增强树脂B形成。

另一方面，连结部20在包含上述位置X(相对地存在两处)且绕插入孔21的中心点Oa(Ob)的中心轴L2在作为悬架臂1的前端侧连续至少半周以上的区域使用连续纤维增强树脂A，在比该区域靠臂部10侧使用随机纤维增强树脂B。即，连结部20在包含与平面Fa、Fb交叉的位置X且绕插入孔21的中心轴L2在作为悬架臂1的前端侧连续至少半周以上的区域由连续纤维增强树脂A形成，在比该区域靠臂部10侧由随机纤维增强树脂B形成，其中，平面Fa、Fb与连结插入孔21的中心点Oa、Ob的直线L1正交且通过插入孔21的中心点Oa、Ob。

连续纤维增强树脂A以其连续纤维沿着插入孔21的周向的方式配向。在这种情况下，在连续纤维沿一个方向对齐而配向的连续纤维增强树脂A中，其连续纤维以平行于与插入孔21的中心轴L2正交的平面的方式沿着插入孔21的周向设置。而且，在将连续纤维编织成织物状的连续纤维增强树脂A中，只要在沿着插入孔21的中心轴L2方向观察的俯视中连续纤维沿着插入孔21的周向设置即可。

连结部20可以如图2(a)所示那样，位置X-X间的连续的半周圆弧区域R1由连续纤维增强树脂A形成，也可以如图2(b)所示那样，比半周圆弧区域R1在周向上长的C状圆弧区域R2由连续纤维增强树脂A形成。

另外，连结部20还可以如图2(c)所示那样，比C状圆弧区域R2在周向上长的圆环状区域R3由连续纤维增强树脂A形成。另外，圆环状区域R3可以向臂部10侧延伸至连结部20与臂部10连在一起的区域即边界区域。在该边界区域中，连续纤维增强树脂A与随机纤维增强树脂B可以形成为在臂宽度方向上重叠。

另外，如图3所示，连结部20可以仅在径向(插入孔21的径向)上的一部分壁厚中由连续纤维增强树脂A形成。在该例中，仅C状圆弧区域R2的内径侧由连续纤维增强树脂A形成，但是也可以仅C状圆弧区域R2的外径侧由连续纤维增强树脂A形成。而且，可以仅半周圆弧区域R1的内径侧或者仅外径侧由连续纤维增强树脂A形成。而且，可以仅圆环状区域R3的内径侧或者仅外径侧由连续纤维增强树脂A形成。

在上述图2、图3中表示的连续纤维增强树脂A的形成区域在连结部20的轴向(插入孔21的轴向)的任意位置处的截面中都相同。

另外，在2个连结部20a、20b中，不需要使连续纤维增强树脂A形成的区域彼此相等，能够分别独立地设定上述的区域。

这样的悬架臂可以通过例如SMC制法或注塑成形而无缝地制造。图5及图6示出SMC制法的一例。悬架臂使用用于得到随机碳纤维复合材料的基材即片(由于通常称为SMC材料，因此以下称为SMC材料)和用于得到单向性的连续碳纤维复合材料的基材即片(由于通常称为UD预成型料，因此以下称为UD预成型料)来形成。“UD”是“Unidirectional”的简称。

SMC材料是碳纤维(例如，切割成约25mm以下的长度的碳纤维)以随机的方向配向而混入于热固化性树脂内的半固化状态的片状材料。UD预成型料是使在一个方向上对齐而配向的碳纤维浸渍有热固化性树脂而形成的半固化状态的片状材料。

如图5所示，在下模具100形成有对悬架臂1的下侧(连结部的轴向上的一侧)进行模制的凹部110。该凹部110由对其中央侧即臂部10的下侧进行模制的臂部模制区域111和在臂部模制区域的两侧连续设置并对连结部20的下侧进行模制的连结部模制区域112a、112b构成。

如图6所示，SMC材料200以重叠的状态与臂部10的长度方向平行地沿纵向配置于臂部模制区域111。SMC材料200对应于臂部10的形状而被决定重叠片数及各自的片形状。而且，弹性套筒50以在其外周(圆筒面)重叠地卷绕有多片UD预成型料300的状态分别配置于连结部模制区域112a、112b。在这种情况下，各UD预成型料300以其连续纤维成为沿着弹性套筒50的周向的朝向(以平行于与插入孔21的中心轴L2正交的平面的方式沿着插入孔21的周向的朝向)的方式被决定朝向。在该例中，如图2(c)那样，是圆环状区域R3由连续纤维增强树脂A形成的情况，UD预成型料300被安装成卷绕弹性套筒50的整周的状态。

卷绕有SMC材料200及UD预成型料300的弹性套筒50这样被安设于下模具100之后，使未图示的上模具(与下模具100同样的形成对悬架臂1的上侧进行模制的凹部的模具)下降，由此通过上下的模具而被加压的同时被加热。这种情况下，同时进行真空吸引。

由此，SMC材料200、UD预成型料300、弹性套筒50无缝地进行一体化而成形出悬架臂1。

另外，在例如图2(a)、(b)所示那样用连续纤维增强树脂A形成圆弧区域R1、R2时，在弹性套筒50的外周面，在相当于圆弧区域R1、R2的周向区域临时固定UD预成型料300，在除此以外的周向区域临时固定SMC材料200。然后，只要将临时固定有SMC材料200及UD预成型料300的弹性套筒50配置于连结部模制区域112a、112b即可。同样，在如图3所示那样用连续纤维增强树脂A形成连结部20的径向上的一部分壁厚时，在弹性套筒50中的要形成连续纤维增强树脂A的部分临时固定UD预成型料300，在除此以外的部分临时固定SMC材料200。然后，只要将临时固定有SMC材料200及UD预成型料300的弹性套筒50配置于连结部模制区域112a、112b即可。

另外，在本实施方式中，使用UD预成型料300作为用于得到连续碳纤维复合材料的基材，但也可以取而代之，使用使由碳纤维构成的织物浸渍有树脂而形成的片(由于通常称为织物预成型料，因此以下称为织物预成型料)。在这种情况下，织物预成型料只要与UD预成型料300同样，以重叠多片而在弹性套筒50的外周面卷绕半周以上的状态被配置于连结部模制区域112a、112b即可。由此，织物预成型料的连续碳纤维在沿着插入孔21的中心轴L2方向观察的俯视中沿着插入孔21的周向设置。

根据以上说明的本实施方式的悬架臂1，2个连结部20在包含与如下平面交叉的位置且绕插入孔21的中心轴在作为悬架臂1的前端侧连续至少半周以上的区域由连续纤维沿着插入孔21的周向配向的连续纤维增强树脂A形成，其中所述平面与连结各插入孔21的中心点的直线正交且通过插入孔21的中心点。因此，对于拉伸载荷而言强度最低的最弱部由连续纤维增强树脂A形成，因此即使在该最弱部，也能够维持所要求的强度并实现轻量化。

另外，连续纤维增强树脂A与随机纤维增强树脂B相比为高成本，因此在如图2(a)、(b)所示那样连续纤维增强树脂A绕着插入孔21的中心轴形成为圆弧状的悬架臂1中，能够以低成本来维持对于拉伸载荷的所要求的强度。

另外，在如图2(c)所示那样由连续纤维增强树脂A形成的区域形成为绕插入孔21的中心轴一周的环状的悬架臂1中，在绕插入孔21的中心轴的周向上未形成连续纤维增强树脂A与随机纤维增强树脂B接合的接合面，因此能够提高耐久性。而且，能够提高成形性。

另外，在如图3所示那样连结部20的径向(插入孔的径向)上的一部分壁厚由连续纤维增强树脂A形成且径向上的其余壁厚由随机纤维增强树脂B形成的悬架臂1中，根据要求的强度来设定连续纤维增强树脂A的壁厚，由此能够以低成本来维持对于拉伸载荷的所要求的强度。

另外，悬架臂1能够无缝地成形，因此即使对于反复疲劳输入，耐久性也较高。

以上，说明了本实施方式的车辆的悬架臂，但是本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的目的的情况下能够进行各种变更。

附图标记说明

1…悬架臂，10…臂部，20a、20b…连结部，21…插入孔，50…弹性套筒，51…圆筒管，52…橡胶弹性体，100…下模具，110…凹部，111…臂部模制区域，112a、112b…连结部模制区域，200…SMC材料，300…UD预成型料，A…连续纤维增强树脂，B…随机纤维增强树脂，Fa、Fb…平面，L1…轴线，L2…中心轴，Oa、Ob…中心点，R1…半周圆弧区域，R2…C状圆弧区域，R3…圆环状区域，W…最弱部。

Claims

1.一种车辆的悬架臂，由形成为实心棒状的臂部和设于所述臂部的两端且形成有供连结构件插入的插入孔的环状的两个连结部构成，且整体由纤维强化树脂一体地形成，所述连结构件用于与车身构件或车轮支承构件连结，所述车辆的悬架臂的特征在于，

所述纤维增强树脂由利用树脂使连续纤维固化的连续纤维增强树脂和利用树脂使不连续纤维以随机的配向固化的随机纤维增强树脂构成，

所述臂部由所述随机纤维增强树脂形成，

所述两个连结部在包含与如下平面交叉的位置且绕所述插入孔的中心轴在作为悬架臂的前端侧连续至少半周以上的区域，由所述连续纤维沿着所述插入孔的周向进行配向的所述连续纤维增强树脂形成，其中所述平面与连结各所述插入孔的中心点的直线正交并通过所述插入孔的中心点。

2.根据权利要求1所述的车辆的悬架臂，其特征在于，

所述两个连结部中的至少一个连结部由所述连续纤维增强树脂形成的区域绕所述插入孔的中心轴形成为圆弧状，比该形成为圆弧状的区域靠所述臂部侧由所述随机纤维增强树脂形成。

3.根据权利要求1所述的车辆的悬架臂，其特征在于，

所述两个连结部中的至少一个连结部由所述连续纤维增强树脂形成的区域形成为绕所述插入孔的中心轴一周的环状。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的车辆的悬架臂，其特征在于，

所述两个连结部中的至少一个连结部在径向上的一部分壁厚中由过所述连续纤维增强树脂形成，在径向上的其余壁厚中由所述随机纤维增强树脂形成。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的车辆的悬架臂，其中，

所述连续纤维和所述不连续纤维为碳纤维。