CN1418156A - 具有抗侧倾关节的车桥横梁及由其组成的车桥 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车桥横梁，它包括：第一管段(1)，其一端固定到位于汽车一侧的车轮悬臂(Bd)上，而另一端指向位于汽车另一侧的另一车轮悬臂(Bg)；及第二管段(2)，它的外端也固定到另一车轮悬臂(Bg)并且有一部分插入第一管段中，内管(2)和外管(1)通过至少二个用合成橡胶材料制造，沿管的纵向隔开且安放在内管外表面和外管内表面之间的抗侧倾关节(3、4)互相接合，各抗侧倾关节有其自己特定径向劲度。抗侧倾关节(3、4)各有与其径向劲度(K3、K4)成比例的系数，可让重心(Ω)比较靠近与横梁外管(1)相连的车轮悬臂(Bd)而远离另一车轮悬臂(Bg)来达到弯曲刚度对称性。

Description

具有抗侧倾关节的车桥横梁及由其组成的车桥
本发明涉及车桥横梁，它包括第一管段和第二管段，第一管段的一端固定到位于汽车一侧的车轮悬臂上，而其另一端伸向定位在汽车另一侧的另一车轮悬臂；第二管段(2)有部分长度接合在第一管段内且其外端固定到另一车轮悬臂上，内管和外管用至少二个抗侧倾关节结合在一起，这些关节用合成橡胶材料制造且沿管子纵向隔开并安装在内管外表面和外管内表面之间，每个抗侧倾关节有其自己的径向劲度。
这样的车桥横梁既可沿悬臂的关节轴线安装到车身，也可平行于该轴线安装，偏向车轮。该横梁改善轮副的抗侧倾性能。
各抗侧倾关节沿不同径向可有不同劲度，例如，沿垂直、水平或45°方向的刚性各异。为此，可提供不对称的或者沿不同方向有按规定布置凹坑的抗倾关节。这样来抵消不同径向上的变形力。当然也可使用在不同径向上其径向劲度不变的抗侧倾关节。
由于这种横梁的弯曲变形的特点，带来一个有关汽车性能，特别是在转弯时的性能问题。这是因为横梁的两根管子直径不同，惯量也不同。就现代技术的横梁而言，其弯曲变形很大程度上取决于转弯方向，这表明汽车性能随汽车是向左转还是向右转而变。
本发明的目的首先是提供一种上面定义的车桥横梁，它在至少一个所考虑的径向上有基本相同的弯曲变形，不管是哪个转向。换言之，本发明旨在提供一种车桥横梁，它具有弯曲对称性。该横梁的结构简单，价格可以接受的。
根据本发明，上述车桥横梁的特征在于，抗倾关节各有其与径向劲度成比例的系数，其惯性中心比较靠近与横梁外管相连的车轮悬臂，远离另一车轮悬臂。
抗侧倾关节对横梁抗弯性的作用与位于其惯性中心的“弹性枢轴”相似，其弯曲刚度取决于关节的径向劲度和其间距。本发明通过将惯性中心移向与刚性较好的外管相连的车轮悬臂那一侧，使此支枢偏向该车轮悬臂一侧，从面补偿管子刚性差异并有助于横梁弯曲变形的对称性。
较方便地是，使用具有不同径向劲度的关节，可部分地得到这种惯性中心偏置，此时最接近与外管相连的车轮悬臂的关节具有较高径向刚度。
作为一种选择，最接近与外管相连的车轮悬臂的抗侧倾关节，其径向刚度可比其它关节大20％以上，大30％以上则更好。
抗侧倾关节的几何中心可方便地移向与外管相连悬臂的一侧，这就是说，与另一悬臂比较，更接近此悬臂。具体说，如果L代表横梁长度，则抗倾关节的几何中心到与外管连接的悬臂的距离小于0.45L。
根据本发明另一方面，它可以单独加以研究或与前面的方案一起考虑，来探索使横梁总刚度优化的方法。具体说，在探索提供一种有抗侧倾弹性关节的车桥横梁，它有良好的弯曲刚度，而决不明显影响抗扭性能。而且还希望，此方法要结构简单而且经济。
根据该另一方面，还可选择车桥横梁的各抗侧倾关节间的间距以优化作为管子刚度及关节劲度函数的横梁抗变刚度。
关节之间距离在pL到qL之间较有利，所述L是横梁长度，p和q是系数，其值分别为0.3和0.6。
本发明还涉及装备这种横梁的车桥。
除了上面所述的措施外，本发明还有一定数量的其它措施，这些措施将参照附图所述示范性实施例在下文作较清楚说明，但此实施例决非限制性的。
图1是本发明车桥横梁局部剖开的示意性平面图。
图2是装上横梁的悬架臂的示意性侧视图。
参看附图，可看到汽车后桥横梁T。该横梁T包括第一管段1，其一端固定到车轮悬臂Bd上，此悬臂可以是拖臂或支柱。悬臂Bd的铰接轴X-X在拖臂情况下位于车轮R的轴线的前方。管段1可用焊接方法固定到悬臂Bd上。管段1的另一端指向位于汽车另一侧的另一车轮悬臂Bg。
横梁T还包括第二管段T，其直径较小且有一部分装配到管段1内。管段2的外端固定到另一车轮悬臂Bg上。在停止位置时两管段1、2有同一轴线A-A，轴线A-A平行于悬臂Bd、Bg的转轴X-X，并偏向车轮R一方，这就是说，相对于X-X而言是向后偏置。作为一种选择方案，轴线A-A也可与轴线X-X重合。
内管2与外管1通过两个关节3、4连接在一起，它们用合成橡胶制成且沿管子轴向A-A隔开间距d。关节3、4由合成橡胶材料的圆环或环形套筒构成，或由合成橡胶材料环绕管段2形成一个园环的分离部件构成。关节3、4有各自的径向劲度。考虑到不同方向变形力的大小不同，此径向劲度随不同径向而不同。例如，沿垂直方向，水平方向或45°角方向的径向劲度可以不同，而这一点可通过不对称弹性关节或各径向分布着相应凹槽的关节来实现。
关节3、4有一垂直于轴线A-A的中平面，它们与轴线A-A相交在w3、w4点，与各关节中心对应。关节3、4的内外表面用粘结或某些等效方法分别与管段2的外表面及管段1的内表面固定。
在希望横梁T具有对称弯曲刚度的给定径向上，关节3、4的径向劲度用K3和K4表示，这时，径向劲度是常数，与径向无关。
为了确保弯曲刚度的对称性，组装时，具有与径向劲度K3、K4成比例的系数的关节3、4，其惯性中心Ω应比较接近与外管1相连的悬臂Bd而远离另一悬臂Bg。换言之，就汽车垂直纵向中平面M而言，位于轴线A-A上的惯性中心Ω位于偏向悬臂Bd的位置。惯性中心Ω是具有与K3、K4成比例的系数的点w3和点w4的中心。
关节3、4对横梁T的弯曲的作用与位于惯性中心Ω的“弹性枢轴”抗弯刚度相似，其劲度是关节3和4的劲度及其间隔的函数。
通过使惯性中心Ω向与刚性好的外管1相连的悬臂Bd移动，可确保关节3、4(及等效枢轴)的作用很明显地是在悬臂Bd一侧，从而弥补管段1和2的刚度差异。
作为一种选择，关节4(它最靠近与外管1相连的悬臂Bd)的径向劲度K4大于关节3的径向劲度K3。
具体说，关节4的径向劲度K4比关节3的径向劲度K3至少大20％，最好大35％以上。
装配时还可方便地将几何中心E(与W3和W4点等距离的点)相对纵向垂直中平面M偏移而移向与外管1连接的悬臂Bd。若横梁T的长度为L，则关节的几何中心E到悬臂Bd的距离Ld小于0.45L，而从E点到与内管2相连的悬臂Bg的距离Lg大于等于0.55L。
如不计费用，则可通过改变关节和管段的劲度得到多种几何结构组合。
根据本发明另一方面，研究了横梁总刚度的优化问题。在进行该项工作时，人们面临相反的结果；如果二个弹性关节3、4分开，则它们对弯曲作用不大，而增加了横梁的刚度；但在以这种方式起作用时，刚性差的内管2的支点间距增加了，这样就有相反结果，起降低横梁T总刚度的作用。此外，如果提高抗侧倾关节3、4的径向劲度，例如采用改变这些关节材料成分的办法，则不仅改变关于径向力的作用，而且改变抗扭性能。因此，横梁抗弯性能的改进会导致抗侧倾性发生不利的变化。
因此要研究为车桥横梁提供的抗侧倾弹性关节；应具有良好弯曲刚度又绝不明显改变抗扭性。
为此，应选择二个抗侧倾关节3、4之间的间距d及这些关节在横梁上的总体位置，使横梁T的弯曲刚度最佳。
关节的间距d和在横梁上的总体位置可用实验确定及/或通过计算确定。关节3、4在横梁上的总体位置(例如)由关节的几何中心E和左边的悬挂臂Bg之间的距离Lg来定义。
优先地，关节的间距d介于pL和qL之间，其中L是横梁长度，p和q是系数，其值分别为0.3和0.6。
一个很好的例子是L＝1100mm；K4＝1.45K3；d＝400mm及Lg＝650mm。此结构相当于在与外管连接的悬臂一侧，惯性中心Ω的位置离横梁中心约137mm。
另一个很好的例子是L＝826mm；K4＝2.4K3；d＝470mm及Lg＝448mm。此结构相当于在与外管连接的悬臂一侧，惯性中心Ω的位置离横梁中心约131mm。
为了使作为管段特性函数的总刚度最优而选择的间距d应在0.3L-0.6L范围内，而平常感觉总是要求各关节尽量远离以便获得最佳横梁弯曲刚度。
为使弯曲刚度对称而将关节的惯性中心Ω移向悬臂Bd，可缩短外管1的长度，因而整体上降低横梁的弯曲刚度。当前根据汽车的技术要求，在弯曲刚度的大小和横梁总体弯曲刚度大小中间必须采用折衷方案。
上述管段1、2在理论上是圆截面管，但也可是某些非圆形截面；管子采用的术语“直径”应从广义上理解为代表一个横截面的大小而不是真正的形状。

Claims (8)

1.一种车桥横梁，包括第一管段(1)和第二管段(2)，第一管段的一端固定到位于汽车一侧的车轮悬臂(Bd)上，而另一端指向位于汽车的另一侧的另一车轮悬臂(Bg)，第二管段部分插入第一管段内并且其外端固定到另一车轮悬臂(Bg)上；内管(2)和外管(1)用至少二个由合成橡胶材料制造，沿管段纵向隔开且安放在内管外表面和外管内表面之间的抗侧倾关节(3、4)连接在一起，各抗侧倾关节有其自己的径向劲度，其特征在于，各抗侧倾关节(3、4)被赋与与其径向劲度(K3、K4)成比例的系数，它们的惯性中心(Ω)离与横梁的外管(1)相连的车轮悬臂(Bd)较近，而离另一车轮悬臂(Bg)较远。
2.如权利要求1的车桥横梁，其特征在于，离与外管(1)相连的悬臂(Bd)最近的关节(4)的径向劲度(K4)大于位于另一侧的关节(3)的径向劲度(K3)。
3.如权利要求1的车桥横梁，其特征在于，离与外管(1)相连的车桥悬臂(Bd)最近的抗侧倾关节(4)的径向劲度(K4)比另一关节(3)的径向劲度(K3)至少大20％。
4.如权利要求1的车桥横梁，其特征在于，离与外管(1)相连的车桥悬臂(Bd)最近的抗侧倾关节(4)的径向劲度(K4)比另一关节(3)的径向劲度(K3)大至少35％。
5.如上述各项权利要求之一的车桥横梁，其特征在于，抗侧倾关节(3、4)的几何中心(E)偏向与外管(1)相连的悬臂(Bd)一侧。
6.如权利要求5的车桥横梁，其特征在于，从抗侧倾关节的几何中心(E)至与外管(1)相连的悬臂(Bd)的距离(Ld)小于0.45L，L代表横梁(T)的长度。
7.如上述各项权利要求之一的车桥横梁，其特征在于，关节之间的间距(d)介于0.3L和0.6L之间，L代表横梁(T)的长度。
8.一种装备上述各项权利要求之一的车桥横梁的车桥。
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