专利名称：具有一刚性扭梁的扭梁式悬架的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于车辆或类似设备的悬架，更具体而言是与具有一设置在左、右后延臂之间的扭梁的扭梁式悬架有关。
一种具有一桥接于左、右后延臂之间的扭梁的扭梁式悬架已为人知，左、右后延臂分别以其前端枢轴地支撑在车体上，扭梁实质上呈平直形并以其两端分别与对应的左、右后延臂相连接。
就扭梁式悬架而言，按扭梁剪力中心轴线相对于后延臂前端上的轴套和轮子的轴线中心(轮子的支持部位)所处的位置，基本上可分为三种类型。这三种类型的扭梁式悬架包括所谓的前端型、中置型和后端型。在前端型中，扭梁的剪力中心轴线靠近后延臂的轴套(前端)。在中置型中，扭梁的剪力中心轴线被置于后延臂的中部即介于轴套与后延臂的轴线中心之间。在后端型中，扭梁的剪力中心轴线靠近后延臂的轴线中心(后端)。当左、右轮朝同向运动以及相反方向转动时，前端型和后端型扭梁式悬架的功能如同一全后延臂式悬架。中置型扭梁式悬架在左、右车轮同向转动以及相反方向转动时，其功能基本上如同一刚性轴悬架。这些类型的扭梁式悬架中，扭梁沿车的横向方向平直地延伸。因此可能会有这样的问题当这类扭梁式悬架应用在4轮驱动的车辆上或发动机前置后轮驱动的车辆上时，扭梁会对诸如推进轴之类的部件发生干涉，上述前端型和中置型的扭梁式悬架所产生的这一干涉现象尤为严重。
另外，在扭梁式悬架中，每个车轮的跳起或反弹运动都按一假想的摆动轴线，该假想摆动轴线是一根在后延臂前端的枢轴点与扭梁剪力(或剪切)中心轴线和车体的中央垂直平面的交点之间的直线，假若扭梁弯曲使其中心高于两相反的端部以避开对推进轴的干涉，那么剪力中心轴线也同样朝上抬高了。这样就会引起车轮的假想摆动轴线相对于从车的外侧方向看去的水平方向向下倾斜，结果使车轮跳起和反弹时悬架准直改变特性发生变化。
日本的NO.4283114号已公开的应用专利公开了一种能消除上述问题的扭梁式悬架。这种扭梁式悬架既可避开扭梁与推进轴相互之间的干涉又不改变悬架准直改变特性。
图1是日本NO.283114号公开实用专利中所公布的扭梁式悬架的透视图，这种扭梁式悬架包含一对后延臂31L和31R和一连接在后延臂31L、31R之间的扭梁30，关节轴34L和34R各自对所对应的后延臂31L和31R起枢轴支承作用，34L，34R分别设置在对应的后延臂31L、31R的前端，车轮32L和32R围绕各自的轮轴线33L和33R旋转。扭梁30的两相反的端部分别与后延臂31L、31R相连接，连接部位是在每一后延臂31L和31R的前端和后端的中间。扭梁具有朝上敞开槽形截面。扭梁30的中间部位朝上弯曲因而在中间部位的下方形成一空间以便让一推进轴可以延伸穿过此空间。
当车辆转弯时，作用在外侧车轮上的侧向力显著地大于作用于内侧车轮上的侧向力。图2是当装有如图1所示扭梁式悬架的车辆上产生一侧向力f时在扭梁30内产生的弯矩的解释性示图，在图2中侧向力f作用在右轮上。图2(a)示意地表示左、右轮32L、32R和左、右关节轴34L、34R，侧向力是作用于右轮32R上，图2(b)所示是扭梁30的弯矩图。
在相反两侧端和两端的中间部位上的弯矩M在下述的关系式中表示出来，图中d是左、右关节轴34L、34R之间的距离；l1是扭梁30与关节轴34R、34L之间的距离；l2是车轮32L、32R与各自对应的关节轴34L、34R之间的距离，X相当于沿扭梁30纵轴线的某一位置。
X＝-d/2M＝(l1/2)*fX＝O M＝-(1/2)*(l2-l1)*fX＝d/2 M＝-(1/2)*(2l2-l1)f由于当车辆反向转弯时左轮上也作用有侧向力，在梁30上所产生的最大弯矩的分布将如图2-cc所示X＝-d/2M＝-(1/2)*(2l2-l1)*fX＝O M＝-(1/2)*(l2-l1)*fX＝d/2 M＝-(1/2)*(2l2-l1)*f若转向角度由于作用于一车轮上的侧向力而朝向过度转向一侧改变时，这将会对车辆的操纵稳定性和可操纵性带来不利影响，所以扭梁必须具足够的刚性以抵抗住图2(c)中所示的弯矩。
图3是从后侧看的扭梁30的轮廓外形图。为使梁的中部抬高，扭梁30在图中用虚线圆A和B所指的部位形成弯曲。也就是说如图3中可见，扭梁30在部位A和B处形成的弯曲其曲率半径R相对较小。
一般情况下如果扭梁上有弯曲部位，即使弯曲部的横截面是均匀一致的，弯曲部位的刚度也会下降。在具有如图3所示轮廓外形的扭梁30中，其弯曲部位，即弯曲部A和B，位于远离扭梁30中心的位置。也就是说，该弯曲部A和B位于弯矩比扭梁30的中心处的弯矩相对大得多的区域内。因而如图3所示的扭梁式悬架存在在弯曲部A和B处的刚度下降的缺点。因此逆着一侧向力朝向过度转向侧的转向角度化会增大。这从车辆操纵的稳定性和可操纵性角度看是不利的。
本发明的一基本目的在于提供一种能消除上述问题的改进的十分有用的扭梁式悬架。
本发明更有一特定的目的在于提供一种提高刚度的扭梁式悬架，以减少在过度转向侧转向角的变化。
为实现上述目的，按本发明的一个方面的特点提供了一种车辆上使用的扭梁式悬架，它包括一对后延臂，每个后延臂的前端从枢轴方式安装在车体上，每个后延臂的后端旋转地支撑一车轮；和一根沿车辆的横向方向并在两后延臂之间延伸的扭梁，扭梁的两相反端分别与一对后延臂中相应的一个相连接，扭梁在其中心部位有一向上凸的弯曲部。
按上述发明，弯曲部是设置在扭梁的中心(或中间)部位，在该中心部位上作用的弯矩最小，因此，这种扭梁的刚度与具有一在远离扭梁中心处有弯曲部位的扭梁的常规悬架相比实质上是提高了。
在一实施例中，位于扭梁中心处的弯曲部曲率半径最小，朝向扭梁的两端曲率半径增大，因此，扭梁在扭梁中心处具有最小曲率半径的弯曲部在此中心处作用在扭梁上的弯矩最小，这就是说，弯曲部是位于弯矩下降的位置。相应地扭梁的刚度实质上得到了提高。
扭梁的横截面可呈朝某一侧敞开的形式。按本发明的扭梁还可包含一角撑板，该角撑板用来增强扭梁和每个后延臂的连接效果，角撑板设置在扭梁的封闭侧。每一后延臂可具有一平直部，角撑板就焊接在此平直部和扭梁的封闭侧，角撑板具有通常可为U形的横截面。
最好扭梁的横截面可呈朝车辆的前端或后端开启的形式，角撑板的一端沿扭梁延伸，从车的后端看去角撑板上该端的顶部相对于扭梁的中心(位)线有向下的偏移。此外，在按本发明的扭梁式悬架中，沿车的侧向看，扭梁可布置在与一设置于车体上的横梁相邻近的位置并处于横梁的后方，横梁是沿车的侧对侧方向延伸的。
另外，按本发明的另一方面特点，提供了一种车用扭梁式悬架，它包括一对后延臂，每个后延臂的前端以枢轴方式安装在车体上，每个后延臂的后端旋转地支撑一车轮；一根沿车辆的侧对侧方向并在两后延臂之间延伸的扭梁，扭梁的两相反端分别与一对后延臂中相应的一个相连接，扭梁包含一弯曲部和分别从弯曲部的每一端延伸的两平直部，平直部分别与后延臂相连接，弯曲部位于扭梁的中心处呈上凸形。
一个使扭梁与各后延臂之间连接效果得以增强的角撑板，它是用焊接方法与扭梁的平直部和后延臂之一连接固定。
按此发明，弯曲部是设在扭梁中心，在此中心处产生在扭梁上的弯矩最小，因而，这种扭梁的刚度与具有一在远离扭梁中心处有弯曲部的扭梁的常规悬架相比实质上是提高了。另外，扭梁与每个后延臂的连接通过角撑板而得到加强，角撑板很容易焊接到扭梁的平直部上并具有高质量的焊接效果，于是按照本发明，扭梁式悬架整体结构的刚性得以提高。
在一实施例中，在扭梁中心处的弯曲部具有最小的曲率半径，朝向扭梁的每一端曲率半径增大。相应地在扭梁中心具有最小曲率半径，在该中心处产生在扭梁上的弯矩也最小，这就是说弯曲部是位于弯矩下降的位置，因此扭梁的刚度实质上提高了。
扭梁的横截面可朝一侧敞开而角撑板设置在扭梁的封闭侧。每一后延臂可各自具有一平直部，角撑板可焊于此平直部和扭梁的封闭侧，角撑板可具有通常呈U形的横截面。
最好，扭梁的横截面朝向车辆的前端或后端敞开，角撑板的一端沿扭梁伸展，从车的后端看去，角撑板上该端的顶部相对于扭梁的中位线向下偏移。此外，在按本发明的扭梁式悬架中，沿车的侧向看，扭梁可布置在一设置在车体上的横梁的邻近位置并处于其后方，横梁是沿车的侧对侧方向延伸的。
有关本发明其他目的、特点和优点在结合附图参阅以下的详细描述后就会有清晰的了解。
图1是一常规扭梁式悬架的透视图；图2是具有如图1所示扭梁式悬架的车辆上作用一侧向力时，扭梁内产生弯矩的解释性说明图；图3是从车的后侧看去扭梁30的轮廓外形；图4是按本发明第一实施例的一扭梁式悬架的透视图；图5A是图4所示扭梁式悬架的平面图；图5B是图5A所示扭梁式悬架从车的后侧看去的一侧视图；图5C是图5B中沿A-A线剖取的一横截面图；图6是按本发明第二实施例的扭梁式悬架上某一部分的后视图；图7A是类同于图4或图6所示的扭梁式悬架上某一部分的描述图；图7B是用以说明如图7A中所示的一扭梁与一横梁之间位置关系的描述图。
现在将对本发明的第一实施例进行描述。图4是按本发明第一实施例的一扭梁式悬架的透视图。图5A是图4中所示扭梁式悬架的平面图；图5B是图5A中所示扭梁式悬架从车后侧观察时的侧视图；5C是图5B中沿A-A线剖取的一截面图。
参阅图4，按第一实施例的扭梁式悬架包括一扭梁1，一对左右后延臂2L和2R；以及角撑板3。扭梁1在后延臂2L和2R之间延伸。扭梁1的两相反端分别与对应的后延臂2L和2R相连。设置有角撑板3用来使扭梁1和每一后延臂2L和2R之间的连接效果得到加强。
由图5A可清楚地看出，左右后延臂2L和2R中的每一个均在其前端具有一平直部2S。后延臂2L和2R在其前端分别通过利用关节轴5L和5R被枢轴地支撑在车体(未示出)上。每一关节轴5L，5R均带有一橡胶轴套。后延臂2L和2R分别通过相应的连杆(未示出)与车体相连接。轮4L和4R旋转地支撑在相应后延臂2L和2R的后端。另外，压缩弹簧6L和6R分别附连在相应的后延臂2L和2R上，压簧6L和6R是作为插在车体和后延臂2L，2R之间的悬架弹簧。另外，减震器7L和7R与相应后延臂2L和2R的后端相连。
扭梁1与后延臂2L和2R相连。通过利用相应的角撑板3，可使扭梁1和每一后延臂2L，2R之间的连接效果得以增强。如图5A所示右侧的角撑板3沿焊接线8-1和8-2与扭梁1和右后延臂2R相焊接。左侧的角撑板3也按同样方式与扭梁1和左后延臂2L焊接。
如图5C所示，扭梁1具有一U形向前敞开的横截面。扭梁在其中心具有一弓形(弧形)部Ir以使其中心部相对于后延臂2L和2R所处的平面有所升高，这样扭梁1就不会对在扭梁1中心部下方延伸的推进轴(未示出)产生干涉。弓形部lr与其两相反端处的平直部心相连。平直部朝相应的后延臂2L和2R大体上平直地延伸。在扭梁1的中心处(本体中心)弓形中心部的曲率半径最小，并且曲率半径朝两端逐渐增大，这样中心部lr可与平直部1S平滑地连接。
在此实施例中，由于在扭梁1上仅设置了一个弯曲部(弓形中心部)，故扭梁1的曲率半径远大于图1中所示常规扭梁弯曲部的曲率半径。正如前面参阅图2所描述的那样，扭梁1的弯矩在中心处最大。由于扭梁1的曲率半径在扭梁1的中心处最小，而在此中心处作用的弯矩也最小，故扭梁1的刚度实质上是提高了。
如上所述，角撑板3焊接在扭梁1的两相反端和相应的后延臂2L和2R上，从而对扭梁1和后延臂2L，2R间的连接效果有所加强并使连接部的刚度增加。在本实施例的结构中，角撑板3与平直部1S和相应后延臂2L，2R上的平直部焊接到一起。因此，与沿曲线实施焊接相比，上述情况下角撑板3易于焊接并可获较好的焊接质量。由于扭梁1和后延臂2L，2R的连接刚度增加，故而即使是如前所述该连接部需承受最大弯矩，较高的焊接质量也会提高扭梁1的使用寿命。
另外，在本发明中，扭梁1和每一后延臂2L，2R之间连接部的配置，可使每一后延臂2L，2R的中心处在扭梁1的中心平面上。这样，扭梁1，后延臂2L和2R，角撑板3构成的组件相对于扭梁1的中心平面对称。因此，左右两侧的角撑板3的形状完全一样。由此原因，按本实施例的扭梁式悬架构成的部件数目可以减少。
如上所述，设置平直部1S是为了提高刚度和可焊性，也是为了减少部件的数目。但是，也可不设置平直部，而采用下述方法弓形中心部可朝后延臂2R和2L延伸，并且在朝向端部延伸时其曲率半径逐渐增加。
在上述实施例中，扭梁1安装在侧梁上，故而扭梁1具有一大致呈U形的，朝车前端敞开的横截面。但扭梁也可安装在其它位置从而使其横截面可朝任一方向敞开。也就是说，扭梁的横截面也可朝车后端敞开。此种情况下，角撑板安装在扭梁的背侧，即扭梁的封闭侧。
现在将对本发明的第二实施例进行描述说明。图6是按本发明第二实施例的扭梁式悬架的某一部分的后视图。按第二实施例的扭梁式悬架与图4中所示的按第一实施例的悬架相比，其结构基本相同，区别之处仅在于在扭梁和后延臂之间起加强件作用的角撑板的安装结构有所不同。
在图6中，一角撑板13是利用焊接方法固定在一扭梁11和一右后延臂12之间的一个部分上。对于与扭梁11相连的角撑板13的一端13a来说，其沿车竖直方向的宽度减小。角撑板13沿端部13a的一个边缘焊接到扭梁11上。角撑板13是按下述焊接的，即端部13a的中心线13c相对于扭梁11的中心线向下偏移一段距离A。也就是说，当从车后向观察时可发现，端13a的尖端相对于扭梁11中心线向下偏移。
在具有上述结构的扭梁式悬架中，车辆转弯时所产生的侧向力由后延臂的关节轴5所接受。由于侧向力实际上是作用于轮4L和4R的接地点上，故最好使诸如扭梁11和后延臂12的连接部件处于包含有接地点和左右关节轴5的一个平面内。连接部件与此平面越近所产生的应力就越小。
但是，由于生产制造上的限制，连接部件应位于此平面上方。图6所示的实施例与角撑板中心线和扭梁11中心线相同的那种结构相比，角撑板13的端部13a更接近上述平面。此种情况下，端部13a的中心所处位置应仔细确定以免对悬架特性产生不利影响。如果端部13a的中心过分偏离扭梁11的中心线，那么扭梁11的剪力中心轴就会有显著变化，这种情况会对悬架的特性有极不利的影响。
在本实施例中，由于角撑板13的端部13a的中心线相对于扭梁11的中心线有所偏离，故角撑板13的中心线更接近于包含有轮4L、4R、接地点和左右关节轴5的平面。因此，在角撑板13和扭梁11的连接部邻近处所产生应力有所减小这会提高悬架的使用寿命。
图7A是从左右轮之间的中心观察与图4或图6中所示类似的扭梁式悬架某一部分的说明图。图7B是用以说明图7A中所示的一扭梁和一横梁间位置关系的说明描述图。
在图7A中，一扭梁21(仅示出了一半)与一右后延臂22相连。后延臂22的前端与安装在右侧梁26上的一臂支座27枢轴地连接。右轮24由后延臂22的后端旋转地支撑。在后延臂22前后端的中间位置，扭梁21与后延臂22相连。横梁在右侧梁26和左侧梁(图中未示出)之间延伸，这样横梁25就位于扭梁21的前方。如图7B所示，扭梁11的中心高于其两端，并且几乎与横梁所处平面相平齐。
通过按图7A，7B中所示的位置来设置横梁25和扭梁11，可使扭梁21免受飞溅起来的物体诸如从地上弹起的砾石的撞击。因此，扭梁被飞溅物体所损害的几率就会减小，从而也就提高了悬架的使用寿命。
应注意，在上述第二实施例中，扭梁安装在侧梁上，故而扭梁21具有朝车辆前端敞开的U形。但是，扭梁也可定位于其它位置，从而使其横截面可朝任一方向敞开。也就是说，扭梁的横截面可朝车后端敞开。此种情况下，角撑板安装在背侧，即扭梁的封闭侧。
本发明并不局限于特定的已公开的实施例，在不背离本发明范围的情况下可有许多变化型。
权利要求
1.车辆的扭梁式悬架包括一对后延臂(2L，2R)，每一后延臂具有一个枢轴地安装在所述车体上的前端(5)，和一个旋转地支撑一车轮(4L，4R)的后端；和一扭梁(1)，它沿所述车的横向方向，在所述后延臂(2L，2R)之间延伸，所述扭梁(1)的两相反端分别与一对后延臂(2L，2R)中相应的一个相连，其特征在于在所述扭梁(1)的中心部，所述扭梁(1)具有一个上凸的弯曲部(1r)。
2.按权利要求1的扭梁式悬架，其特征在于在所述扭梁(1)中心，所述弯曲部(1r)的曲率半径最小，该弯曲部的曲率半径朝扭梁的所述两相反端逐渐增大。
3.按权利要求1的扭梁式悬架，其特征在于所述扭梁(1)的所述横截面朝一侧敞开。
4.按权利要求3的扭梁式悬架，其特征在于一角撑板(3L，3R)可增强所述扭梁(1)和所述后延臂(2L，2R)中每一个的连接效果，所述角撑板设置在所述扭梁的封闭侧。
5.按权利要求4的扭梁式悬架，其特征在于所述后延臂(2L，2R)的每一个均有一平直部(2S)，而且所述角撑板就与所述平直部(2S)焊接在一起，而且所述角撑板焊在所述扭梁(1)的所述封闭侧。
6.按权利要求5的扭梁式悬架，其特征在于所述角撑板(3L，3R)具有一大致呈U形的横截面。
7.按权利要求4的扭梁式悬架，其特征在于所述扭梁(11)的所述横截面可朝所述车辆的前端或后端敞开，所述角撑板(13)具有一沿所述扭梁(11)延伸的端部(13a)，当从所述车辆的后端观察时可发现所述角撑板的所述端部(13a)的尖端相对于所述扭梁(11)的中心线(11c)向下偏离。
8.按权利要求的扭梁式悬架，其特征在于从所述车辆的一侧观察所述扭梁(21)位于设置在所述车体上的横梁(25)的邻近位置处并位于横梁之后，所述横梁(25)沿所述车辆的侧对侧方向延伸。
9.车辆的一扭梁式悬架包括一对后延臂(2L，2R)，每一后延臂具有一个枢轴地安装在所述车体上的前端，和一个旋转地支撑一车轮(4L，4R)的后端；和一扭梁，它沿所述车辆的侧对侧方向，在所述后延臂(2L，2R)之间延伸，所述扭梁(1)的两相反端分别与一对后延臂(2L，2R)中相应的一个相连，其特征在于所述扭梁(1)包括一弯曲部(1r)和分别由所述弯曲部(1r)的每一端延伸出来的平直部(1S)，这样所述平直部(1S)各自与所述后延臂(2L，2R)相连，所述弯曲部(1r)在所述扭梁(1)的中心向上凸起；知通过把一角撑板与所述扭梁(1)的所述平直部(1S)和所述后延臂(2L，2R)中相应的一个焊到一起，可使所述扭梁(1)与所述后延臂(2L，2R)中相应一个的连接效果得以增强。
10.按权利要求9的扭梁式悬架，其特征在于在所述扭梁(1)的中心，所述弯曲部(1r)曲率半径最小，而此弯曲部的曲率半径朝两端逐渐增加，这样所述弯曲部(1r)就可与每一所述平直部(1S)平滑地连接。
11.按权利要求9的扭梁式悬架，其特征在于所述扭梁(1)的所述横截面可朝一侧敞开，而所述角撑板(3L，3R)设置在所述扭梁(1)的封闭侧。
12.按权利要求11的扭梁式悬架，其特征在于每一所述后延臂(2L，2R)均有一平直部(2S)，所述角撑板(3L，3R)就与所述平直部(2S)和所述扭梁(1)的所述封闭侧焊在一起。
13.按权利要求12的扭梁式悬架，其特征在于所述角撑板(3L，3R)具有一大致呈U形的横截面。
14.按权利要求9的扭梁式悬架，其特征在于扭梁(11)的所述横截面可朝所述车辆的前端或后端敞开；所述角撑板(13)具有一沿所述扭梁(11)延伸的端部(13a)，从所述车辆的后端观察，所述角撑板(13)的所述端(13a)的一尖端相对于所述扭梁(11)的中心线(11c)向下偏离。
15.按权利要求9的扭梁式悬架，其特征在于从所述车辆的一侧观察，所述扭梁(21)邻近于设置在所述车体上的横梁(25)，并位于横梁之后，所述横梁(25)沿所述车辆的侧对侧方向延伸。
全文摘要
一扭梁式悬架具有一刚度得到增强的扭梁(1)。一对后延臂(2L，2R)中的每一个在其前端具有一个枢轴地安装在车体上的关节轴(5)，而后延臂的后端旋转地支撑一车轮(4L，4R)。扭梁(1)沿车辆的侧对侧方向，在后延臂(2L，2R)之间延伸。扭梁(1)的两相反端分别与相应的后延臂(2L，2R)相连。扭梁(1)在其中心部具有一上凸的弯曲部(1r)。
文档编号B60G21/05GK1137984SQ9610373
公开日1996年12月18日 申请日期1996年3月22日 优先权日1995年3月24日
发明者青木哲哉, 内田洋志, 坂本守, 三户利泰, 小宫达三, 大庭正晴 申请人:丰田自动车株式会社