CN111890864B - 一种内衬板及扭转刚度可调的扭力梁结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内衬板及扭转刚度可调的扭力梁结构，其中，扭转刚度可调的扭力梁结构，包括开口式扭力梁和内衬板，内衬板设置在开口式扭力梁的端部；内衬板的一端设置在开口式扭力梁的端部，内衬板的另一端向下倾斜并与开口式扭力梁的凹槽底部连接，内衬板的两侧开设有溢流槽，内衬板的两侧边缘分别与开口式扭力梁的凹槽两侧壁连接，溢流槽的边缘与凹槽侧壁不连接。本发明巧妙平衡了大扭转刚度和疲劳寿命的矛盾关系，使得开口式扭力梁可以在高于550N·m/deg的高扭转刚度范围内应用。

Description

一种内衬板及扭转刚度可调的扭力梁结构

技术领域

本发明涉及汽车底盘系统的承载件，具体涉及一种内衬板及扭转刚度可调的扭力梁结构。

背景技术

扭力梁后悬架的特点是结构简单，质量小，易于拆装。并且和其它悬架系统相比成本较低，是乘用车大量采用的结构形式。图1是现有技术中扭力梁后悬架的安装位置及结构示意图，如图1所示，扭力梁后悬架将车身和车轮弹性的连接起来，其主要作用是在车轮和车身之间传递所有的力和力矩，缓合因路面不平传递给车身的冲击载荷，所以扭力梁后悬架必须具有合适的强度及刚度，当刚度过小时在侧向力的作用下会使汽车侧倾，严重影响整车的操纵稳定性。

后扭力梁在各种实际路面(例如，卵石路、坑洼路、过坎等)上行驶时，左右轮胎受到的冲击力并不一致。扭力梁长期受到交变载荷的扭转，左右轮胎无法在行驶过程中保持前束和外倾的一致性，进而影响轮胎抓地力，车辆瞬态响应能力，转向平稳性及弯道能力；扭转载荷对扭力梁造成弹性变形，弹性变形的长期累积还会造扭力梁提前疲劳失效，无法达到预期设计寿命。

为了提高开口式扭力梁结构形式扭力梁的扭转刚度，常见的做法是提高材料的屈服强度。由于后悬架扭力梁必须适应于各种恶劣的工作环境，通常都采用屈服强度较高的材料制造而成，屈服强度一般都在400-600Mpa左右。材料屈服强度越高，需要的机床压力也越高。材料屈服强度越高，材料的延展性能越差，从而限制后扭力梁的横断面的形状设计。高强度材料还存在成本较高的问题，且钢材的屈服强度本身也受材料特性、制造工艺等方面的影响，无法大幅将强度提高，屈服强度>900Mpa的钣金材料鲜有在后扭力梁中应用。

图2是现有技术中抗扭稳定杆与开口式扭力梁的一种连接结构示意图，图3是现有技术中抗扭稳定杆与开口式扭力梁的一种连接结构示意图，如图2、图3所示，另一种提高开口式扭力梁扭转刚度的做法是在开口式扭力梁内部装配一根抗扭稳定杆4。抗扭稳定杆4与开口式扭力梁的连接方式有两种，图2示出的抗扭稳定杆4与开口式扭力梁采用螺栓连接5，图3示出的抗扭稳定杆4贯穿纵臂后与纵臂焊接，增加一个凸台零件7补强焊缝，以提高疲劳寿命。

由于物理结构的原因，无论抗扭稳定杆4与开口式扭力梁采用焊接式还是螺接式，抗扭稳定杆4与开口式扭力梁在装配平面的贴合处都存在应力集中现象。抗扭稳定杆4自身抗扭转能力越好，则对抗扭稳定杆4扭转刚度要求越高，扭转刚度越高。对于螺接式来讲，高扭转刚度意味着松动的风险。对于焊接式来讲，扭杆和开口式扭力梁的焊缝处开裂风险极高。使得在实际使用中，抗扭稳定杆4的截面尺寸无法做得过大，材料屈服强度无法选得过高。一般来讲扭杆的抗扭刚度必须低于开口式扭力梁主体的扭转刚度，扭力杆能吸收的扭力必须小于螺栓的轴向压紧力或者焊缝处能承受的最高载荷力。

另一种提高开口式扭力梁扭转刚度的方法是改变开口式扭力梁主梁的截面形状或增大截面面积。该方法虽然能明显提升后扭力梁的扭转刚度，但有两个不利因素限制了该方法的应用，一是车体后悬架位置布置的限制。乘用车为了提高座舱的空间，通常会压缩底盘的布置空间。二是同时为了在有限的空间内放置更多的结构件，通常会将底盘的布置设计得十分紧凑。加大或改变开口式扭力梁主梁截面的做法和这一设计理念相悖。

图4是现有技术中的底盘布置示意图，如图4所示，为了在有限的空间内放置更多的结构件，通常会将底盘的布置设计得十分紧凑。后扭力梁截面通常受布置空间的压缩，在这个案例中，截面向前加宽，则和油箱间隙小，向后加宽，则和弹簧间隙小。

由于以上种种原因，目前乘用车开口式扭力梁的扭转刚度一般都在550N·m/deg以下，尽管开口式扭力梁有制造工艺简单、结构设计多变、灵活等特点，但无法应用于要求大扭转刚度的车型，限制了开口式扭力梁的使用范围。为了获得大扭转刚度提高乘用车后悬架操稳性能，通常需要采用高成本的封闭式扭力梁。

图5是现有技术中封闭式扭力梁的结构示意图，如图5所示，常见的管状封闭梁后桥剖切面，相比于开口式扭力梁，封闭式扭力梁由于其几何结构的优势，其扭转刚度优于开口式扭力梁1.5～2倍。虽然封闭式扭力梁扭转刚度高，但是其生产工艺复杂，生产成本约为开口式扭力梁的1.5～2倍。

如果要应用于不同的扭转刚度的多款车型，则必须重新设计封闭梁的截面形状、材料厚度以及选择不同的材料等，无法通过较小的差异性达到通用化的目的。这就意味着必须新开模具，选择不同的生产设备，最终造成成本上升。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种内衬板，所述内衬板1应用在开口式扭力梁2上以调节所述开口式扭力梁2的扭转刚度，所述内衬板1具有一个或多个溢流槽3，所述一个或多个溢流槽3沿所述内衬板1的两侧边缘设置。

进一步地，所述溢流槽3的边缘呈无角点的曲线状，所述溢流槽3与所述内衬板1的两侧边缘的连接线呈无角点的曲线状。

进一步地，所述溢流槽3的形状包括倒U型、圆弧形、半椭圆形和圆角矩形中的一种或多种。

进一步地，多个所述溢流槽3沿所述内衬板1的两侧边缘均匀分布；和/或，多个所述溢流槽3沿所述内衬板1的两侧边缘对称分布。

进一步地，所述溢流槽3的槽口长度值不超过30mm。

进一步地，所述溢流槽3的槽口长度值不小于20mm。

进一步地，所述溢流槽3的深度值为2mm-8mm之间的任意数值。

本发明第二方面提出一种扭转刚度可调的扭力梁结构，包括开口式扭力梁2和如本发明第一方面所述的内衬板1，所述内衬板设置在所述开口式扭力梁2的端部；

所述内衬板1的一端设置在所述开口式扭力梁2的端部，所述内衬板1的另一端向下倾斜并与所述开口式扭力梁2的凹槽底部连接，所述内衬板1的两侧开设有溢流槽2，所述内衬板1的两侧边缘分别与所述开口式扭力梁2的凹槽两侧壁连接，所述溢流槽2的边缘与所述凹槽侧壁不连接。

进一步地，所述内衬板1的长度不超过所述开口式扭力梁2的长度的80％。

进一步地，所述内衬板1的长度不小于所述开口式扭力梁2的长度的40％。

实施本发明具有以下有益效果：

1、本发明将开口式扭力梁在后扭力梁两端变为半封闭式扭力梁，扭转刚度提升至900N·m/deg左右，达到了当前乘用车市场上开口式扭力梁所达不到的扭转刚度，理论上可以覆盖400N·m/deg～900N·m/deg的刚度范围，拓展了扭力梁的应用范围。

2、本发明的内衬板的两侧开设有溢流槽，解决了内衬板与主梁焊接位置的应力集中问题，巧妙平衡了大扭转刚度和疲劳寿命的矛盾关系，使得开口式扭力梁可以在高于550N·m/deg的高扭转刚度范围内应用。

3、本发明无需对后扭力梁的其它组成子件做任何调整，仅通过调整内衬板的长度，就能够使扭力梁获得不同的扭转刚度，新开发一款内衬板，就相当于开发一款全新的扭力梁，符合通用化平台化模块化的设计潮流。并且内衬板结构简单，易于生产，新开发一款内衬板只需要新开一两副小模具即可，成本极其低廉，适用于对扭转刚度呈阶梯式要求(扭转刚度有高低配置)同时成本受限的平台化方案中。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是现有技术中扭力梁后悬架的安装位置及结构示意图；

图2是现有技术中抗扭稳定杆与开口式扭力梁的一种连接结构示意图；

图3是现有技术中抗扭稳定杆与开口式扭力梁的连接结构示意图；

图4是现有技术中的底盘布置示意图；

图5是现有技术中封闭式扭力梁的结构示意图及A-A截面的剖视图；

图6是本发明实施例提供的溢流槽槽口形状示意图；

图7是本发明实施例提供的扭转刚度可调的扭力梁结构的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的内衬板与开口式扭力梁连接的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的内衬板与开口式扭力梁连接的原理示意图；

图10是本发明实施例提供的内衬板与开口式扭力梁的焊缝位置示意图。

其中，1-内衬板，2-开口式扭力梁，3-溢流槽，4-抗扭稳定杆，5-螺栓连接，6-焊缝，7-凸台零件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。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。

实施例

本发明实施例还提出一种内衬板1，内衬板1应用在开口式扭力梁2上以调节所述开口式扭力梁2的扭转刚度。内衬板1和开口式扭力梁2相交处的焊缝6受力由于几何形状、结构力学的原因，所受的扭转应力较大且难以通过扭力梁主体和内衬板1的弹性变形释放，焊缝6处极易开裂。随着扭转刚度的提高，焊接位置开裂的风险也随之提高。

为解决这一问题，本实施例中内衬板1上开设有溢流槽3，溢流槽3沿内衬板1的两侧边缘设置，溢流槽3的边缘可以设置为多种形状，但不宜将溢流槽3的边缘设置为有角点的折线或其他不平滑的几何形状，以避免在尖点处造成新的应力集中。溢流槽3的边缘呈无角点的曲线状，溢流槽3与内衬板1的两侧边缘的连接线呈无角点的曲线状。

图6是本发明实施例提供的溢流槽3槽口形状示意图，具体的如图6所示，溢流槽3的形状可以采用倒U型、圆弧形、半椭圆形和一端开口的圆角矩形中的任意一种或者多种形状的组合。相比于溢流槽3的形状，溢流槽3的尺寸对应力分散的刚度影响更大，溢流槽3的尺寸大小的筛选需遵循以下几个原则：

1.要保证焊接位置边线长度足够长，保证焊缝6的强度，同时保证焊缝6处，内衬板1具备一定的刚度。

2.溢流槽3的大小需结合CAE分析结果，通过降低刚度的办法。使内衬板1恢复弹性变形的能力，从而吸收应力集中。一般开槽长度控制在30mm以内较优。

3.由于扭力梁截面尺寸有限，为了保证内衬套开槽后自身具备一定的强度，不宜将槽开得太深。具体地，溢流槽3的深度值可以是2mm-8mm之间的任意数值。优选地，推荐的溢流槽3的深度值宜控制在5mm左右，为了保证冲压冲头的强度，槽口需做得宽一些，一般开槽长度控制在20mm以上，因此，图9中自左向右的所示的第三个图形示出的一端开口的圆角矩形为槽口形状的最优选择。

具体地，溢流槽3的数量可根据应力需要进行设计。可选地，溢流槽3的数量为一个；较佳地，溢流槽3的数量为多个，多个溢流槽3沿内衬板1的两侧边缘均匀分布；和/或，多个溢流槽3沿内衬板1的两侧边缘对称分布。

图7是本发明实施例提供的扭转刚度可调的扭力梁结构的结构示意图，本实施例提供的扭转刚度可调的扭力梁结构适用于所有采用开口梁且同时要求高扭转刚度的使用环境，也适用于对扭转刚度呈阶梯式要求(扭转刚度有高低配置)同时成本受限的平台化方案中，还适于用空间较狭小，同时扭力梁扭转刚度要求较高，以致其它高扭转刚度方案(增加内稳定杆，增大扭力梁截面)等无法实施的布置环境中。具体的如图7所示，一种扭转刚度可调的扭力梁结构，包括开口式扭力梁2和分别设置在开口式扭力梁2两端的一对内衬板1。

图8是本发明实施例提供的内衬板与开口式扭力梁的连接示意图，具体的如图8所示，内衬板1的一端设置在开口式扭力梁2的端部，内衬板1的另一端向下倾斜并与开口式扭力梁2的凹槽底部连接，在内衬板1与主梁之间围成封闭空间以提供高扭转刚度性能。

请继续参照图9，图9中虚线用于示意内衬板1位置，斜线填充区域用于示意内衬板1与主梁之间围成的封闭空间，由图9可以直观的发现内衬板1与主梁之间围成的封闭空间(图示阴影部分)随着内衬板1(虚线)的长度增加而增大，开口式扭力梁2端部与内衬板1形成的半封闭式扭力梁的扭转刚度随着内衬板1的长度增加而增加。

内衬板1和开口式扭力梁2相交处的焊缝6受力由于几何形状、结构力学的原因，所受的扭转应力较大且难以通过扭力梁主体和内衬板1的弹性变形释放，焊缝6处极易开裂。随着扭转刚度的提高，焊接位置开裂的风险也随之提高。

为解决这一问题，本实施例中内衬板1的两侧开设有溢流槽3，溢流槽3的边缘可以设置为多种形状，但不宜将溢流槽3的边缘设置为有角点的折线或其他不平滑的几何形状，以避免在尖点处造成新的应力集中。可选地，溢流槽3的边缘呈无角点的曲线状，溢流槽3与内衬板1的两侧边缘的连接线呈无角点的曲线状。

图6是本发明实施例提供的溢流槽3槽口形状示意图，具体的如图6所示，溢流槽3的形状可以采用倒U型、圆弧形、半椭圆形和一端开口的圆角矩形中的任意一种或者多种形状的组合。相比于溢流槽3的形状，溢流槽3的尺寸对应力分散的刚度影响更大，溢流槽3的尺寸大小的筛选需遵循以下几个原则：

1.要保证焊接位置边线长度足够长，保证焊缝6的强度，同时保证焊缝6处，内衬板1具备一定的刚度。

2.溢流槽3的大小需结合CAE分析结果，通过降低刚度的办法。使内衬板1恢复弹性变形的能力，从而吸收应力集中。一般开槽长度控制在30mm以内较优。

3.由于扭力梁截面尺寸有限，为了保证内衬套开槽后自身具备一定的强度，不宜将槽开得太深。具体地，溢流槽3的深度值可以是2mm-8mm之间的任意数值。优选地，推荐的溢流槽3的深度值宜控制在5mm左右，为了保证冲压冲头的强度，槽口需做得宽一些，一般开槽长度控制在20mm以上，因此，图9中自左向右的所示的第三个图形示出的一端开口的圆角矩形为槽口形状的最优选择。

具体地，溢流槽3的数量可根据应力需要进行设计。可选地，溢流槽3的数量为一个；较佳地，溢流槽3的数量为多个，多个溢流槽3沿内衬板1的两侧边缘均匀分布；和/或，多个溢流槽3沿内衬板1的两侧边缘对称分布。

图10是本发明实施例提供的内衬板与开口式扭力梁的焊缝位置示意图，具体的如图10所示，内衬板1的两侧边缘分别与开口式扭力梁2的凹槽两侧壁连接，溢流槽3的边缘与凹槽侧壁不连接。这样，溢流槽3结构处的内衬板1局部刚度较低，能够先于内衬板1与主梁焊接位置变形，使得扭转力通过内衬板1的弹性变形得到释放，进而可以保证合扭力梁的寿命达到预期设计目标。

从几何形状上来讲，在相同截面大小的情况下，封闭结构比开放式结构能承受更大的扭力，内衬板1越长，相当于将封闭结构的长度增加。因此整个扭力梁的刚度增加。

车型研发成本是各汽车整车成本的重要组成部份。为了节省成本，通常将各个车型零部件采用平台化方案，通常部份零件完全通用，或部份模具、生产设备的通用来达到降低成本的目的。

本实施例提供的扭转刚度可调的扭力梁结构仅通过调整内衬板1的长度，就能够使扭力梁获得不同的扭转刚度，无需对后扭力梁的其它组成子件做任何调整，新开发一款内衬板1，就相当于开发一款全新的扭力梁，符合通用化平台化模块化的设计潮流。并且内衬板1采用冲压成形工艺制成、结构简单、易于生产，要想调节内衬板1长度，只需要新开模具制作一块新长度的内衬套即可，成本极其低廉。

前述背景技术部分记载的开口式扭力梁2主梁所采取的选择更高强度的材料，更改几何形状以及增加抗扭稳定杆4等手段，均无法大幅度提高扭转刚度，而且还需要新开模具、采用不同的生产工艺、生产设备，与平台化、通用化的设计理念是相悖的。

实际应用中，内衬板1的长度取决于扭力梁的功能设计要求。

具体地，内衬板1的长度不超过开口式扭力梁2的长度的80％。从功能设计方面考虑，本实施例提供的扭力梁结构需要一定的扭转弹性能力，从性能上讲则没有必要进一步提高其扭转刚度，即内衬板1能达到的最大长度值为主梁长度的80％时，内衬板1不需要再加长，此时将内衬板1加长，焊缝6处的应力也将提高，有开裂的风险。

具体地，内衬板1的长度不小于开口式扭力梁2的长度的40％。内衬板1的长度一般来讲，如果低于开口式扭力梁2长度的40％，此时内衬板1焊接处的应力较小，没有必要采用本实施例所描述的结构。

由上述本发明提供的一种扭转刚度可调的扭力梁结构及内衬板1的实施例可见，本发明实施例具有以下有益效果：

1、本发明实施例将开口式扭力梁2在后扭力梁两端变为半封闭式扭力梁，扭转刚度提升至900N·m/deg左右，达到了当前乘用车市场上开口式扭力梁2所达不到的扭转刚度，理论上可以覆盖400N·m/deg～900N·m/deg的刚度范围，拓展了扭力梁的应用范围。

2、本发明实施例的内衬板1的两侧开设有溢流槽3，解决了内衬板1与主梁焊接位置的应力集中问题，巧妙平衡了大扭转刚度和疲劳寿命的矛盾关系，使得开口式扭力梁2可以在高于550N·m/deg的高扭转刚度范围内应用。

3、本发明实施例无需对后扭力梁的其它组成子件做任何调整，仅通过调整内衬板1的长度，就能够使扭力梁获得不同的扭转刚度，新开发一款内衬板1，就相当于开发一款全新的扭力梁，符合通用化平台化模块化的设计潮流。并且内衬板1结构简单，易于生产，新开发一款内衬板1只需要新开一两副小模具即可，成本极其低廉。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种扭转刚度可调的扭力梁结构，其特征在于，包括开口式扭力梁(2)和内衬板(1)，所述内衬板设置在所述开口式扭力梁(2)的端部以调节所述开口式扭力梁(2)的扭转刚度；所述内衬板(1)具有一个或多个溢流槽(3)，所述一个或多个溢流槽(3)沿所述内衬板(1)的两侧边缘设置，所述内衬板(1)的纵截面呈直线状；

所述内衬板(1)的一端设置在所述开口式扭力梁(2)的端部，所述内衬板(1)的另一端向下倾斜并与所述开口式扭力梁(2)的凹槽底部连接，所述内衬板(1)的两侧开设有溢流槽(2)，所述内衬板(1)的两侧边缘分别与所述开口式扭力梁(2)的凹槽两侧壁连接，所述溢流槽(2)的边缘与所述凹槽侧壁不连接。

2.根据权利要求1所述的扭转刚度可调的扭力梁结构，其特征在于，所述内衬板(1)的长度不超过所述开口式扭力梁(2)的长度的80％。

3.根据权利要求1所述的扭转刚度可调的扭力梁结构，其特征在于，所述内衬板(1)的长度不小于所述开口式扭力梁(2)的长度的40％。

4.根据权利要求1所述的扭转刚度可调的扭力梁结构，其特征在于，所述溢流槽(3)的边缘呈无角点的曲线状，所述溢流槽(3)与所述内衬板(1)的两侧边缘的连接线呈无角点的曲线状。

5.根据权利要求1所述的扭转刚度可调的扭力梁结构，其特征在于，所述溢流槽(3)的形状包括倒U型、圆弧形、半椭圆形和圆角矩形中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的扭转刚度可调的扭力梁结构，其特征在于，多个所述溢流槽(3)沿所述内衬板(1)的两侧边缘均匀分布；和/或，多个所述溢流槽(3)沿所述内衬板(1)的两侧边缘对称分布。

7.根据权利要求1所述的扭转刚度可调的扭力梁结构，其特征在于，所述溢流槽(3)的槽口长度值不超过30mm。

8.根据权利要求1所述的扭转刚度可调的扭力梁结构，其特征在于，所述溢流槽(3)的槽口长度值不小于20mm。

9.根据权利要求1所述的扭转刚度可调的扭力梁结构，其特征在于，所述溢流槽(3)的深度值为2mm-8mm之间的任意数值。

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