[发明专利]用于车辆的后悬挂的管状扭转梁及其制造方法

说明书

技术领域

总的来说，本发明涉及一种用于车辆的后悬挂(rear suspension)的管状扭转梁(tubular torsion beam)及其制造方法，更具体地说，涉及提供一种通过液压成型(hydroforming)制造的具有优良的侧倾刚度(roll stiffness)和优良的侧倾强度(roll strength)的管状扭转梁。 

背景技术

车辆的悬挂是用于悬挂车身并在车辆运行期间吸收来自路面的震动，从而防止震动被施加到车身和乘客的结构装置。因此，悬挂必须被设计成使得其可减弱来自路面的震动，并且尽管有震动其也可使得乘客感觉舒适，而且可提高由车辆行驶期间轮胎的地面接触力确定的操纵稳定性。在设计悬挂时要考虑的另一个重要因素是，尽管来自路面的震动反复地施加到悬挂上，悬挂也必须保持期望的刚度和期望的耐用性。形成在悬挂中的变形或裂纹会对车辆稳定性产生致命的影响，因此在悬挂的功能性设计中，悬挂的耐用性设计起着重要的作用。 

具体的说，因为扭转载荷被反复地施加到悬挂的扭转梁，所以通常用作小型车辆的后悬挂的扭转梁悬挂必须设计成具有高的耐用性。在扭转梁悬挂中，扭转梁的横截面形状在梁的耐用性性能方面起着重要的作用。可根据车辆的不同特性不同地设计扭转梁的横截面形状。然而，在设计扭转梁的最初阶段，扭转梁的横截面形状必须根据使用该扭转梁的车辆的侧倾刚度和侧倾强度来确定，因此需要仔细地研究侧倾刚度和侧倾强度。 

换句话说，将左轮和右轮结合到一起的后悬挂的扭转梁是在车辆运行期间确定悬挂的动态特性和保持悬挂的刚度的重要元件。因此，扭转梁必须被设计为使得其具有合适的由车辆重量确定的侧倾刚度，从而抵抗当左轮和右轮各自沿相反的方向运动时发生的扭转变形和弯曲变形。此外，因为正应力和切应力集中在扭转梁上，所以需要设计扭转梁以使得扭转梁具有合适的侧倾强度并具有由行驶引发的疲劳所确定的疲劳抗性(fatigue resistance)。 

在下文中，将参照图1来描述现有技术的扭转梁的构造和问题，图1示出了配备有传统的板型扭转梁的悬挂。通常在小型车辆中用作后悬挂的现有技术的扭转梁悬挂包括：两个纵臂(trailing arm)，为由板型扭转梁3连接到一起的左纵臂和右纵臂2；衬套(bush sleeve)1，设置在两个纵臂2中的每个的前端处并使用橡胶衬套(rubber bush)在车身上枢转。此外，用于支撑其上的悬挂弹簧的弹簧座4和用于支持减震器的阻尼器支架(damper bracket)5都安装到两个纵臂2中的每个的后端的内侧。用于支撑车辆后轮的轮托架6和轴板(spindle plate)7都安装在两个纵臂2中的每个的后端的外侧。上述的衬套1、纵臂2、弹簧座4、阻尼器支架5、轮托架6和轴板7形成组成扭转梁悬挂的基本元件。 

通常利用厚度约4mm至6mm的厚铁板通过压制来制造传统的板型扭转梁3，以使得梁3具有 ∧、＜、＞等形状的开口横截面。具有上述开口横截面的板型扭转梁3具有抵抗扭转变形或弯曲变形的低的刚度和低的强度，因此，为了提高扭转梁3的刚度和强度，必须将如扭转杆8的加强件安装到扭转梁3。然而，由于加强件，板型扭转梁3产生的问题是组成梁3的元件数量的增加使得梁3的制造工艺变得复杂并增加了最终产品的重量。 

在最近几年里已使用具有管状扭转梁的悬挂来解决板型扭转梁3的问题。图2中示出了具有传统的管状扭转梁的悬挂的示例。如图2所示，使用衬套1、纵臂2、弹簧座4、阻尼器支架5、轮托架6和轴板7作为组成传统的管状扭转梁悬挂的基本元件。 

使用具有圆形横截面的管状钢构件通过压力成型来制造悬挂的管状扭转梁10。在压力成型过程中，管状钢构件被成形为具有沿其整个长度方向变化的横截面的扭转梁。管状扭转梁10包括：两端(opposite ends)11，具有诸如三角形的、矩形的或圆形的横截面的闭口横截面，并被安装到悬挂的相应的纵臂2；中间部分13，在中间部分13中，第一半圆形表面部件13a变形以与第二半圆形表面部件13b紧密地接触，以使得第一半圆形表面部件13a和第二半圆形表面部件13b形成一侧敞开的V形横截面；过渡部分12，其横截面的尺寸连续地变化并实现从中间部分13到两端11中的每个的自然过渡。详细地说，中间部分13在V形横截面的每端具有小尺寸的闭口横截面。然而，因为第一半圆形表面13a的大部分与第二半圆形表面13b的大部分紧密地接触，所以中间部分13被当作具有开口横截面的部分。