CN104149569B - 一种汽车悬架总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车悬架总成，包括：具有横梁和纵梁的车架；复合材料板簧；安装在所述纵梁上的前板簧支架和后板簧支架；所述前板簧支架和所述后板簧支架各自具有两个支腿，所述复合材料板簧的前端插于所述前板簧支架的两个支腿之间，所述复合材料板簧的后端插于所述后板簧支架的两个支腿之间，所述复合材料板簧的前端上端面与所述前板簧支架之间、所述复合材料板簧的后端上端面与所述后板簧支架之间均设有软滑块，且在所述后板簧支架的两个支腿之间设有与所述复合材料板簧的后端下端面接触的滚筒。本发明无需在复合材料板簧上加工卷耳，工艺难度低，平顺性好。

Description

一种汽车悬架总成

技术领域

本发明涉及汽车底盘领域，具体涉及汽车悬架总成。

背景技术

随着道路的改善、顾客对乘坐平顺性和舒适性的要求越来越高，对运输高档货物的保护的要求也越来越高，同时顾客对底盘零部件的可靠性要求也越来越高，同时还要求降低整车使用成本。

现在商用车后悬架主要有钢板弹簧后悬架和空气弹簧后悬架两种，对于平顺性要求较低的后悬架采用普通等截面钢板弹簧悬架，对于平顺性要求稍高的后悬架采用变截面钢板弹簧悬架，对于平顺性要求更高的车辆采用空气弹簧悬架。

现有钢板弹簧后悬架机构由于结构简单、单件成本较低，制造容易，自身具有导向功能，广泛地用于各种商用车后悬架上，但因其采用多片钢板弹簧叠合在一起，动刚度远大于其静刚度，平顺性较差，质量较大，簧下振动大，同时寿命短，整车使用成本较高。

空气悬架虽然平顺性较好，但必须由压缩机、阀、储气筒等提供稳定压缩气体，还需要高度传感器等，附配件较多、结构复杂，同时，使用寿命不长，好的空气弹簧仅能保证5年，也不能满足整车寿命要求。

现在悬架缓冲块多为橡胶元件，成本较低，容易生产，但是形状和性能改变空间较小，受到较大冲击时，容易开裂，寿命较短。

因此，无论钢板弹簧悬架还是空气弹簧悬架都不能同时满足商用车的结构成本和平顺性等要求，并且使用寿命都较短。

随着科技发展，玻璃纤维和树脂等复合材料成型的板簧，逐步用于汽车悬架弹簧元件，例如在申请号：201210057531.5、发明名称：“一种纤维复合材料板式弹簧及其制造工艺”的中国发明专利及申请号：201210156535.9、发明名称：“一种玻璃纤维增强树脂复合材料板簧的制备方法”的中国发明专利申请等文献中所公开的。复合材料板簧模量高、具有良好的耐疲劳性能、阻尼减振性能和耐腐蚀性能好，因此，使用复合做弹性元件，可大幅提高车辆的平顺性和舒适性，而质量仅是钢板弹簧的1/4左右，不仅有效地提高了燃油效力，还降低了簧下质量，减小簧下振动，同时寿命长，在整车寿命范围内无需更换弹性元件，整车使用和维修成本相对较低。

但是，复合材料板簧所获得的优异性能主要取决于材料本身的改进，而对安装结构的研究不足。事实上，在板簧安装时，一般的钢板板簧是依靠其两端的卷耳来安装到车架上的，正如申请号：201220646204.9、发明名称：“汽车板簧”的中国实用新型专利中所公开的，而对于复合材料板簧来说，要在两端形成卷耳存在很大的工艺难度，而打孔又会破坏复合材料板簧的力学性能。因此，在不需要在复合材料板簧两端加工卷耳或打孔的条件下，如何对复合材料板簧在汽车悬架上的安装结构进行改进，从而充分发挥复合材料板簧的性能、提高整车平顺性和使用寿命并降低成本，是技术人员所面临的突出问题。

发明内容

本发明的目的是对复合材料板簧的安装结构进行改进，从而提高整车平顺性和使用寿命，并降低成本。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了如下技术方案：

一种汽车悬架总成，包括：具有横梁和纵梁的车架；复合材料板簧；安装在所述纵梁上的前板簧支架和后板簧支架；所述前板簧支架和所述后板簧支架各自具有两个支腿，所述复合材料板簧的前端插于所述前板簧支架的两个支腿之间，所述复合材料板簧的后端插于所述后板簧支架的两个支腿之间，所述复合材料板簧的前端上端面与所述前板簧支架之间、所述复合材料板簧的后端上端面与所述后板簧支架之间均设有软滑块，且在所述后板簧支架的两个支腿之间设有与所述复合材料板簧的后端下端面接触的滚筒。

优选地，上述的汽车悬架总成还包括车桥、板簧托座，所述车桥通过所述板簧托座悬挂于所述复合材料板簧下方。

优选地，上述的汽车悬架总成还包括稳定杆和稳定杆连杆，所述稳定杆与所述稳定杆连杆铰接，所述稳定杆固定在所述车桥上，所述稳定杆连杆固定在所述纵梁上。

优选地，上述的汽车悬架总成还包括纵向推力杆，所述纵向推力杆一端连接所述前板簧支架，另一端连接所述板簧托座，并且在静止状态下，所述复合材料板簧的前端下端面与所述纵向推力杆的上端面之间存在间隙。

优选地，所述纵向推力杆的刚度从前向后逐渐提高。

优选地，上述的汽车悬架总成还包括V形推力杆，所述V形推力杆的顶端与所述车桥连接，两个末端与所述车架连接。

优选地，上述的汽车悬架总成还包括安装在所述纵梁上的缓冲块，所述缓冲块位于所述车桥的上方并且在静止状态下所述缓冲块不与所述车桥接触。

优选地，所述缓冲块为变刚度缓冲块，在第一形变量范围内所述缓冲块的抵抗力与形变量基本成线性关系，在第二形变量范围内所述缓冲块的抵抗力随形变量的增加而提高的速度比在所述第一形变量范围内快，在第三形变量范围内所述缓冲块的抵抗力随形变量的增加而提高的速度比在所述第二形变量范围内快并在所述第三形变量范围末段趋向于无穷大。

优选地，上述的汽车悬架总成还包括减振器，所述减振器一端固定到所述车架上，另一端固定到所述车桥上。

本发明以前、后板簧支架的形式来安装复合材料板簧，不再需要在复合材料板簧上加工出卷耳，而软滑块和滚筒的设置使得在车辆受到地面冲击力时，复合材料板簧在前、后板簧支架内具备一定的前后运动量和上下运动量，充分发挥复合材料板簧的缓冲性能。

进一步地，将车桥悬挂于复合材料板簧下方后，将稳定杆固定在车桥上，将稳定杆连杆固定到车架上，能够抵抗车辆侧倾。

进一步地，纵向推力杆不仅能够控制和抵消作用在车辆上的纵向力，而且由于在纵向推力杆与复合材料板簧之间预留了间隙，因此在车轮受到地面冲击力时，为复合材料板簧由于在前板簧支架内因前后运动或者板簧形变而带来的截面高度变化预留空间，该间隙预留在板簧的前端位置而非后端位置，原因在于地面冲击力对汽车前端的影响小于后端，因此本发明是在后端以滚筒和软滑块限制复合材料板簧上下跳动、同时前端预留间隙的方式来保证车轮受到地面冲击力时的形变吸能缓冲，这样不会造成由于地面冲击力过大而造成板簧敲击车架产生噪声。同时，在地面冲击力超过预定值时，纵向推力杆仍然能够顶到复合材料板簧下端面，增加板簧刚度。

进一步地，纵向推力杆的刚度从前向后逐渐提高，使得车辆侧向柔性提高，保证车辆可操控性。

进一步地，V形推力杆、纵向推力杆的布置方式还能够控制和缓冲作用在车辆上的横向力和力矩。

进一步地，在一般情况下，车桥上方的缓冲块不与车桥接触，只有当地面冲击力达到预定值时，缓冲块才与车桥接触并吸能，主要作用是提高复合材料板簧的刚度，起到副簧作用；随着冲击力进一步增大，缓冲块刚度显著增加来缓冲地面冲击力；冲击力进一步增大后，缓冲块刚度急速增加趋于无穷大，此时缓冲块主要作用是对冲击造成的形变进行限位。这样，针对不同的地面冲击力，缓冲块在不同形变范围内对悬架所起到的作用不同，以较小的占用空间获得了车辆平顺性的提高，并保护了周边部件，提高了整个悬架的使用寿命。

附图说明

接下来将结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细说明，其中：

图1是本发明的实施例的汽车悬架总成的立体图；

图2是本发明的实施例的汽车悬架总成的主视图；

图3是本发明的实施例的汽车悬架总成的俯视图；

图4是本发明的实施例的汽车悬架总成的局部左侧视图；

图5是本发明的实施例的汽车悬架总成的局部右侧视图；

图6是本发明的实施例的汽车悬架总成的局部底视图；

图7是沿图3中的A-A线的剖视图；

图8是图7中的I部分的局部放大图；

图9是图7中的II部分的局部放大图；

图10是图7中的III部分的局部放大图；

图11是沿图3中的B-B线的剖视图；

图12是本发明的实施例的汽车悬架总成的缓冲块的抵抗力—形变量曲线图。

上图中标记说明：1、前横梁，2、V形推力杆，3、左纵梁，4、前板簧支架，5、前软滑块，6、纵向推力杆，7、稳定杆连杆支架，8、稳定杆连杆，9、减振器，10、U型螺栓，11、垫板，12、护板，13、缓冲块，14、复合材料板簧，15、稳定杆支架，16、稳定杆，17、滚筒，18、后软滑块，19、后板簧支架，20、车桥，21、板簧托座，22、后横梁，23、右纵梁，24、第一末端，25、第二末端，26、顶端，27、第一支腿，28、第二支腿，29、第三支腿，30、第四支腿，31、第五支腿，32、第六支腿，33、前端下端面，34、纵向推力杆上端面，35、后端下端面。

具体实施方式

结合图1至图5。在本实施例的汽车悬架总成中，前横梁1、后横梁22、左纵梁3和右纵梁23连接到一起形成框架式的车架。由于左纵梁3与右纵梁23上安装的部件结构基本对称，因此仅以左纵梁3上安装的结构为例进行描述。所述纵梁3上安装有前板簧支架4和后板簧支架19。从图4更清晰可见，前板簧支架4具有第一支腿27和第二支腿28，复合材料板簧14的前端插于第一支腿27和第二支腿28之间。从图5更清晰可见，后板簧支架19具有第三支腿29和第四支腿30，复合材料板簧14的后端插于后板簧支架19的第三支腿29和第四支腿30之间，并且在后板簧支架19上，螺栓穿过第三支腿29、滚筒17、第四支腿30后紧固，滚筒17位于复合材料板簧14下方并能够旋转。当然，本领域技术人员还能够通过焊接、销连接等方式在第三支腿29和第四支腿30之间设置滚筒17。

结合图1、图7和图9，在复合材料板簧14的中间位置，车桥20通过板簧托座21悬挂于复合材料板簧14的下方。从图9更详细可见，上下两层护板12将复合材料板簧14夹持住，上方再设置垫板11。U型螺栓跨越垫板11后紧固到板簧托座12上，以垫板11两端的翘起对U型螺栓进行限位。然后以直螺栓穿过垫板11、护板12和复合材料板簧14后紧固到板簧托座21上，从而实现复合材料板簧14与板簧托座21之间的定位。然后，车桥20穿过板簧托座21。V形推力杆2的顶端26与车桥20的中部连接，第一末端24与车架的左纵梁3或前横梁1的左端连接，第二末端25与车架的右纵梁23或者前横梁1的右端连接。

结合图1至图6，可见稳定杆16两端各与一根稳定杆连杆8铰接，稳定杆16的中间部分通过稳定杆支架15固定在车桥20上，稳定杆连杆8通过稳定杆连杆支架7固定在左纵梁3、右纵梁23上。减振器9一端固定到车架上，另一端固定到车桥20上。

结合图1、图2、图6、图7和图8。纵向推力杆6前端连接前板簧支架4，后端连接板簧托座21。从图6更清晰可见，板簧托座21向着前方伸出第五支腿31和第六支腿32，螺栓穿过第五支腿31和第六支腿32、纵向推力杆6并紧固。并且，纵向推力杆6的宽度d从前向后逐渐提高，也就是说，纵向推力杆6抵抗左右方向的横向力的刚度从前向后逐渐提高。

从图8更清晰可见，在静止状态下，即车桥20上的车轮并未受地面力冲击的情况下，复合材料板簧14的前端下端面33与纵向推力杆的上端面34之间存在间隙，而复合材料板簧14的前端上端面与前板簧支架4之间设有前软滑块5。从图10更清晰可见，复合材料板簧14的后端上端面与后板簧支架19之间设有后软滑块18，并且复合材料板簧14的后端下端面与滚筒17接触。由于安装误差的存在，复合材料板簧14的后端下端面与滚筒17之间也可能存在很小的间隙，这仍然被视为“接触”的范围。在上文的描述中，“软滑块”是由合适的材料制造的、在上下方向上具有一定弹性(软)、并允许复合材料板簧14前后滑动的结构。因此，由于复合材料板簧14在前、后端安装结构的不同，造成车辆在行驶过程中遇到地面冲击力时，例如经过崎岖道路时，复合材料板簧14产生形变进行吸能缓冲的过程中，复合材料板簧14的前、后端均能够具有一定的前后运动量，充分发挥复合材料板簧动刚度较小的性能。而当地面冲击力过大时，在前端，复合材料板簧14与纵向推力杆6之间存在一定的间隙，为复合材料板簧14由于在前板簧支架4内因前后运动量过大或者板簧形变而带来的截面高度变化预留空间，而在后端，复合材料板簧14受到滚筒17的限制而运动量较小。这样的安装结构的优势在于在，由于前方驾驶室、发动机等存在，前端的簧上质量要高于后端簧上质量，造成地面冲击力对汽车前端的影响小于后端，因此即使前端存在间隙，也不会由于地面冲击力过大而造成复合材料板簧14敲击车架产生噪声。

结合图1、图3、图5、图11可见，在左纵梁3和右纵梁23上还安装有缓冲块13，缓冲块13位于车桥20的上方并且在静止状态下缓冲块13不与车桥20接触，而是间隔一段距离，只有车桥20上跳超过该段距离后才开始压缩缓冲块13。

缓冲块13由聚氨酯等材料制造，并且为变刚度缓冲块。具体地，从图12可见，在点1之前的第一形变量范围S1内，缓冲块13的抵抗力F与形变量S基本成线性关系。在点1至点2之间的第二形变量范围S2内，缓冲块13的抵抗力F随形变量S的增加而提高的速度比在第一形变量范围S1内快。而在点2至点3的第三形变量范围S3内，缓冲块13的抵抗力F随形变量S的增加而提高的速度比在第二形变量范围S2内快，并在第三形变量范围S3末段，抵抗力F基本趋向于无穷大。

汽车悬架总成的安装过程如下：

先将前软滑块5预装在前板簧支架4上、将后软滑块18预装在后板簧支架19上。然后，将前板簧支架4和后板簧支架19固定到左纵梁3及右纵梁23上。然后将缓冲块13安装到左纵梁3及右纵梁23上。然后将V型推力杆2的第一末端24和第二末端25连接到车架上。

将护板12安装到复合材料板簧14的上、下面后，用螺栓穿过护板12和复合材料板簧14并紧固到板簧托座21上的定位孔中。将垫板11放到护板12上面，用两个U形螺栓10将复合材料板簧14与板簧托座21连接到一起。

然后用设备将车桥20顶起并移动，将V形推力杆2的顶端26安装到车桥20中部的支架上。然后将复合材料板簧14前端插入前板簧支架4的第一支腿29和第二支腿30之间，并且使前端上端面与前软滑块5贴合；将复合材料板簧14后端插入后板簧支架19的第三支腿31和第四支腿32之间，并且使后端上端面与后软滑块18贴合。

采用螺栓将纵向推力杆6的前端固定到前板簧支架4上，后端插入板簧托座21的第五支腿33和第六支腿34之间，并通过螺栓紧固。

将稳定杆连杆支架7固定到车架上，将稳定杆支架15固定到车桥20上，从而固定稳定杆16和稳定杆连杆8。

减振器9一端固定到车架上，另一端连接后桥20。

虽然未标记出，但在上述各连接、安装位置并不排除衬套的使用。

从上述安装过程及对安装结构的描述来看，复合材料板簧14的安装不再需要在复合材料板簧14上加工出卷耳，并且也不需要在复合材料板簧14的前端、后端打孔。软滑块和滚筒的设置使得在车辆受到地面冲击力时，允许复合材料板簧在前、后板簧支架内具备一定的前后运动量，充分发挥复合材料板簧的缓冲性能。

本实施例的悬架总成的工作原理如下：

在车轮、轮毂安装到车桥20上后，车辆行驶过程中，车轮所受到的上下方向的垂直冲击力，通过车桥20、复合材料板簧14、前软滑块5和后软滑块18传递到车架和车身上，冲击力被复合材料板簧14、前软滑块5和后软滑块18、减振器9吸收。冲击力更大时，纵向推力杆6顶住复合材料板簧14限制其进一步形变，提高动刚度，缓冲块13也会抵在车桥20上，在S1范围内起到副簧的作用，提高复合材料板簧14的刚度。冲击力继续增大时，缓冲块13进入S2范围，主要作用是缓冲地面的冲击力。冲击力继续增大，缓冲块进入S3范围，此时主要是对冲击力造成的复合材料板簧14的形变进行限位。这样，针对不同的地面冲击力，缓冲块在不同形变范围内对悬架所起到的作用不同，以较小的占用空间获得了车辆平顺性的提高，并保护了周边部件，提高了整个悬架的使用寿命。

作用在车辆上的前后方向上的纵向力，主要通过纵向推力杆6及连接位置的衬套来控制和缓冲。

作用在车辆上的左右方向上的横向力和力矩，通过V形推力杆2和纵向推力杆6及连接位置处的衬套来控制和缓冲。由于纵向推力杆6采用变刚度结构，因此在前方的柔性高于在后方的柔性，提高了车辆侧向柔性及可控性。

当车辆将要发生侧翻时，通过复合材料板簧14、缓冲块13、减振器9和稳定杆16来抵抗车辆侧倾，保证车辆正常运行。

因此，本实施例的汽车悬架总成上下、横向和纵向平顺性均得到提高，重量轻，寿命长，经测试能够达到行驶35万公里无需更换板簧，降低了使用成本。而且，由于对复合材料板簧14采用的是软连接方式，不需要加工卷耳，降低了板簧本身的制造工艺难度。

Claims (6)

1.一种汽车悬架总成，包括：

具有横梁和纵梁的车架；

复合材料板簧；

安装在所述纵梁上的前板簧支架和后板簧支架；

车桥、板簧托座，所述车桥通过所述板簧托座悬挂于所述复合材料板簧下方；

纵向推力杆，所述纵向推力杆一端连接所述前板簧支架，另一端连接所述板簧托座，并且在静止状态下，所述复合材料板簧的前端下端面与所述纵向推力杆的上端面之间存在间隙；

其特征在于，所述前板簧支架和所述后板簧支架各自具有两个支腿，所述复合材料板簧的前端插于所述前板簧支架的两个支腿之间，所述复合材料板簧的后端插于所述后板簧支架的两个支腿之间，所述复合材料板簧的前端上端面与所述前板簧支架之间、所述复合材料板簧的后端上端面与所述后板簧支架之间均设有软滑块，且在所述后板簧支架的两个支腿之间设有与所述复合材料板簧的后端下端面接触的滚筒，所述纵向推力杆的刚度从前向后逐渐提高。

2.根据权利要求1所述的汽车悬架总成，其特征在于，还包括稳定杆和稳定杆连杆，所述稳定杆与所述稳定杆连杆铰接，所述稳定杆固定在所述车桥上，所述稳定杆连杆固定在所述纵梁上。

3.根据权利要求1所述的汽车悬架总成，其特征在于，还包括V形推力杆，所述V形推力杆的顶端与所述车桥连接，两个末端与所述车架连接。

4.根据权利要求1所述的汽车悬架总成，其特征在于，还包括安装在所述纵梁上的缓冲块，所述缓冲块位于所述车桥的上方并且在静止状态下所述缓冲块不与所述车桥接触。

5.根据权利要求4所述的汽车悬架总成，其特征在于，所述缓冲块为变刚度缓冲块，在第一形变量范围内所述缓冲块的抵抗力与形变量基本成线性关系，在第二形变量范围内所述缓冲块的抵抗力随形变量的增加而提高的速度比在所述第一形变量范围内快，在第三形变量范围内所述缓冲块的抵抗力随形变量的增加而提高的速度比在所述第二形变量范围内快并在所述第三形变量范围末段趋向于无穷大。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的汽车悬架总成，其特征在于，还包括减振器，所述减振器一端固定到所述车架上，另一端固定到所述车桥上。