一种转向衬套、汽车后悬架及汽车的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种转向衬套、汽车后悬架及汽车，涉及汽车转向【技术领域】。为解决车辆转弯时的过度转向或不足转向的问题而发明。所述转向衬套包括内管，所述内管外侧壁套设有橡胶层，所述橡胶层的外侧壁套设有外管，所述内管与所述外管同轴设置，所述橡胶层将所述内管和所述外管固定结合在一起；所述橡胶层两侧端面的橡胶分布高度在沿所述转向衬套端面的第一直径的方向上最高、在沿所述转向衬套端面的第二直径的方向上最低，且从所述第一直径方向到所述第二直径方向连续降低。本发明转向衬套用于汽车后悬架上。
【专利说明】一种转向衬套、汽车后悬架及汽车
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车转向【技术领域】，尤其涉及一种转向衬套、汽车后悬架及汽车。
【背景技术】
[0002]汽车操纵稳定性是指汽车对驾驶员的转向操纵、弯道行驶车辆加速和减速以及对外界扰动的响应。汽车操纵稳定性最关键的问题是汽车的转向稳定性，它直接关系到汽车的行驶安全，因此汽车的转向特性决定了汽车的操纵稳定性。
[0003]后轮的随动转向是汽车转向特性中一项重要的技术，它是指汽车在转弯时，除了前轮能提供转向力和转向方向以外，后轮也能产生一定的转向角度。虽然角度很小，但在一定程度上能提高汽车的机动性。虽然在低速行使的时候这样小的后轮转向角度似乎不能起到多大作用，但在高速行驶的时候，这样小的转向角度对车辆的转弯起到至关重要的作用，使车辆在转弯时能够根据当前车速减轻车辆的过度转向或不足转向。这也是大家普遍觉得某款车在转弯时抓地性好、不易侧倾或甩尾的主要原因。
[0004]为使车辆转弯时后轮能够达到随动转向的效果，可以在悬架与车身之间布置了一些橡胶软垫，通过橡胶软垫把悬架与车身柔性连接。在实现上述汽车随动转向的现有技术中，随动转向结构都较复杂，且效果不易保证，或可靠性存在一定问题。
【发明内容】
[0005]本发明的实施例提供一种转向衬套、汽车后悬架及汽车，不仅能够实现汽车后轮随动转向的功能，而且结构简单、性能可靠。
[0006]为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:
[0007]—种转向衬套，包括内管，所述内管外侧壁套设有橡胶层，所述橡胶层的外侧壁套设有外管，所述内管与所述外管同轴设置，所述橡胶层将所述内管和所述外管固定结合在一起；所述橡胶层的两侧端面的橡胶分布高度在沿所述转向衬套端面的第一直径的方向上最高、在沿所述转向衬套端面的第二直径的方向上最低，且从所述第一直径方向到所述第二直径方向连续降低。
[0008]本发明实施例提供的转向衬套由内管、外管和中间橡胶层共同组成，由于橡胶存在一定的弹性，所以，所述转向衬套为柔性衬套。另外，由于所述橡胶层的两侧端面的橡胶分布高度具有从高到低的连续变化的特性，可以使所述转向衬套具有随着旋转角度的不同所具有的柔性大小也随之变化的特性。使用时，将其安装于汽车后悬架的摆臂与转向节之间，在汽车正常行驶时，在所述转向衬套的受力方向上，所述转向衬套橡胶层的两侧端面的橡胶分布高度最高，此时橡胶填充最多，从而具有相对较高的刚性，可以保证所述汽车正常行驶时车身与车轮之间的相对稳定性；在汽车转弯时，所述转向衬套可以根据当前汽车的转弯半径和转弯速度转动一定角度，进而使所述转向衬套具有与当前汽车转弯状态相对应的柔性，所述柔性可以允许与所述转向节连接的车轮产生一定的有利于汽车转向的转向角，从而可以实现汽车后轮随动转向的功能，此转向衬套不仅结构简单，而且功能可靠。[0009]进一步地，所述橡胶层两侧端面的橡胶在所述第一直径和所述第二直径之间的区域内的分布规律满足以下关系式:y=a X2或y=a x1/2，其中x为所述橡胶层两侧端面在所述第一直径和所述第二直径之间区域内的任一橡胶分布点所在的直径与所述第一直径的夹角，Y表示所述任一橡胶分布点的橡胶分布高度，a为预先设定的系数，且0.5 < a < 5。
[0010]进一步地，所述第二直径为两条且与所述第一直径的夹角均为45°。
[0011]更进一步地，所述橡胶层的两侧端面在所述两条第二直径所夹且远离所述第一直径的区域内的高度均与沿所述第二直径的方向上的高度相同。
[0012]本发明另一方面实施例还提供了一种汽车后悬架，包括摆臂、转轴和转向节，还包括如上任一方案所述的转向衬套，所述摆臂的一端与所述外管固定连接，所述转轴与所述内管配合且可相对于所述内管转动，所述转向节与所述转轴连接，所述摆臂的轴线方向与所述第一直径的方向一致。
[0013]本发明实施例提供的汽车后悬架，包括如上任一方案所述的转向衬套，所述转向衬套安装于摆臂与转向节之间，且所述摆臂的轴线方向与所述第一直径的方向一致。使用时，将所述汽车后悬架安装于汽车车轮与车身之间。在汽车正常行驶时，在所述转向衬套的受力方向上，所述转向衬套橡胶层的两侧端面的橡胶分布高度最高，此时橡胶填充最多，从而具有相对较高的刚性，可以保证所述汽车正常行驶时车身与车轮之间的相对稳定性；在汽车转弯时，所述转向衬套可以根据当前汽车的转弯半径和转弯速度转动一定角度，进而使所述转向衬套具有与当前汽车转弯状态相对应的柔性，所述柔性可以允许与所述转向节连接的车轮产生一定的有利于汽车转向的转向角，从而可以实现汽车后悬架随动转向的功能，使用此转向衬套的汽车后悬架不仅结构简单，而且随动转向性能可靠。
[0014]进一步地，所述摆臂上设有套筒，所述外管穿设于所述套筒内且与所述套筒过盈配合。
[0015]进一步地，所述内管内设置有轴瓦，所述转轴通过所述轴瓦与所述内管配合。
[0016]进一步地，所述转轴的两端设有扁平状连接耳，所述扁平状连接耳的表面上设有连接孔，所述转轴通过所述连接孔与所述转向节连接。
[0017]进一步地，所述连接孔与所述扁平状连接耳的表面垂直且所述连接孔的轴向与所
述第一直径的方向一致。
[0018]本发明另一方面实施例还提供了一种汽车，包括车轮和车身，还包括以上任一技术方案所述的汽车后悬架，所述后悬架安装于所述汽车的所述车轮与车身之间，所述车轮与所述转向节连接，所述车身与所述摆臂连接。
[0019]本发明实施例提供的汽车，包括以上任一技术方案所述的汽车后悬架，所述车轮与所述转向节连接，所述车身与所述摆臂连接。在汽车正常行驶时，在所述转向衬套的受力方向上，所述转向衬套橡胶层的两侧端面的橡胶分布高度最高，此时橡胶填充最多，从而具有相对较高的刚性，可以保证所述汽车正常行驶时车身与车轮之间的相对稳定性；在汽车转弯时，所述转向衬套可以根据当前汽车的转弯半径和转弯速度转动一定角度，进而使所述转向衬套具有与当前汽车转弯状态相对应的柔性，所述柔性可以允许与所述转向节连接的车轮产生一定的有利于汽车转向的转向角，从而可以实现汽车后轮随动转向的功能。
【专利附图】
【附图说明】[0020]图1为本发明实施例转向衬套的结构示意图；
[0021]图2为本发明实施例转向衬套与转轴配合的结构示意图；
[0022]图3为图2中本发明实施例转向衬套与转轴配合结构的端面视图；
[0023]图4为本发明实施例转向衬套的橡胶层两侧端面的橡胶分布曲线图；
[0024]图5为本发明实施例转向衬套轴向刚度的变化曲线图；
[0025]图6为图2的剖视图；
[0026]图7为本发明实施例转向衬套去除外管后的结构示意图；
[0027]图8为本发明实施例转向衬套安装于汽车后悬架上的结构示意图；
[0028]图9为本发明实施例转向衬套工作时与摆臂的相对位置结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明实施例转向衬套、汽车后悬架及汽车进行详细描述。
[0030]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0031]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0032]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0033]参照图1、图2和图3，图1为本发明实施例转向衬套的结构示意图，图2为本发明实施例转向衬套与转轴5配合的结构示意图，图3为图2中本发明实施例转向衬套与转轴5配合结构的端面视图。本发明实施例提供的转向衬套包括内管1，内管I外侧壁套设有橡胶层2，橡胶层2的外侧壁套设有外管3，内管I与外管3同轴设置，橡胶层2将内管I和外管3固定结合在一起；橡胶层2的两侧端面的橡胶分布高度在沿所述转向衬套端面的第一直径8的方向上最高、在沿所述转向衬套端面的第二直径9的方向上最低，且从第一直径8方向到第二直径9方向连续降低。
[0034]本发明实施例提供的转向衬套由内管1、外管3和中间橡胶层2共同组成。具体地，可以采用橡胶硫化的方法将内管I和外管3以及橡胶层2紧密固定在一起，形成一个中间层为橡胶的转向衬套。由于橡胶存在一定的弹性，所以，所述转向衬套为柔性衬套，从而可以为与其配合的两个连接件的相互作用力提供缓冲。而所述橡胶在其弹性限度内又有相当高的强度，所以，所述转向衬套又能够满足车辆在正常行驶状态下对其刚度的需求。另夕卜，橡胶层2具有特定的填充形状，中间主体部分是完整填充，而橡胶层2的两侧端面的橡胶分布高度具有从高到低的连续变化的特性，可以使所述转向衬套具有随着旋转角度的不同所具有的柔性大小也随之变化的特性。由于，橡胶层2的两侧端面的橡胶分布高度在沿所述转向衬套端面的第一直径8的方向上最高、在沿所述转向衬套端面的第二直径9的方向上最低，且从第一直径8方向到第二直径9方向连续降低，所以，所述转向衬套在第一直径8的方向上刚度最高，在第二直径9的方向上刚度最低，从第一直径8方向到第二直径9方向，所述转向衬套的刚度逐渐地连续降低，相反地，所述转向衬套的柔性相对增强。
[0035]具体地，参照图4和图5，图4为本发明实施例转向衬套的橡胶层两侧端面的橡胶分布曲线图，图5为本发明实施例转向衬套轴向刚度的变化曲线图。图4中fl为橡胶层2的两侧端面的橡胶分布高度随角度的变化曲线，图5中NI为所述转向衬套轴向刚度随角度的变化曲线。图中横坐标表示角度，角度为零的位置处与所述转向衬套橡胶层2两侧端面沿第一直径8方向的高度相对应。经过试验，可知不同车型所对应的fl和NI曲线是不同的，即曲率变化不同。图中例举了三种不同的分布曲线。橡胶层2具有特定填充形状，中间主体部分是完整填充，在衬套轴向方向上，位于两端的部位填充不等高的胶料，沿第一直径8的方向上，橡胶具有沿衬套轴向最多的分布高度，并向正、逆时针的旋转方向上，具有特定的高度分布，高度分布与转角呈现Π曲线的函数关系，衬套两端高度分布为对称布置。随着转角的增加，曲线的斜率为负值，且斜率呈现变小的趋势，意味着在较大的转角附近，高度下降的速度较快，所述转向衬套刚度下降的速度越快。所述转向衬套初始安装位置为具有橡胶分布最高位置，随着角度的增大，高度逐渐降低，刚性逐渐减弱。
[0036]参照图8，图8为本发明实施例转向衬套安装于汽车后悬架上的结构示意图。使用时，在所述转向衬套内穿设转轴5后安装于汽车后悬架的摆臂4与转向节6之间，所述后悬架位于车身与车轮之间。将所述转向衬套的外管3与摆臂4的一端固定，将转轴5与转向节6连接。转向衬套的初始安装状态是在车辆处于半载时，摆臂4与转向衬套的安装部位略低于摆臂4与车身的内测的安装位置，此时安装转向衬套时，要求转向衬套中的橡胶层2具有最高端面高度的方向与摆臂4主体的倾斜方向一致、与转轴5两端扁平状结构的表平面垂直。在汽车正常行驶时，在所述转向衬套的受力方向上，所述转向衬套的橡胶层2的两侧端面的橡胶分布高度最高，即内管I和外管3中间的橡胶填充最多，从而所述转向衬套具有较高的刚性，可以保证所述汽车正常行驶时车身与车轮之间的相对稳定性；在汽车转弯时，所述转向衬套可以根据当前汽车的转弯半径和转弯速度转动一定角度，进而使所述转向衬套具有与当前汽车转弯状态相对应的柔性，所述柔性可以允许与转向节6连接的车轮产生一定的有利于汽车转向的转向角，从而可以实现汽车后轮随动转向的功能。
[0037]具体地，汽车转弯时的转弯半径和转弯速度决定了所述汽车车身相对的倾斜角度，车身的倾斜引起摆臂4倾斜角度的变化，由于摆臂4与所述转向衬套固定连接，所以，所述转向衬套随着摆臂4转动一定的角度。由于所述转向衬套的柔性随着其转动角度的增大而增大，所以，所述转向衬套会根据车辆的不同的转弯半径和转弯速度表现出与之相对应的柔性。汽车后轮通过转向节6与所述转向衬套连接，而随动转向角的大小取决于所述转向衬套柔性的大小，转向衬套的柔性越大，所述随动转向角越大。由于所述转向衬套的转动角度取决于所述汽车的转弯半径和转弯速度，所以，所述汽车的后轮可以根据其转弯半径和转弯速度的大小而自动产生一个有益于汽车转向的一定程度的随动转向角，虽然这个随动转向角很小，但在一定程度上能够提高汽车的机动性。在汽车高速行驶的时候，该随动转向角能起到至关重要的作用，可以使车辆在转弯时能够根据当前转弯半径和车速减轻车辆的过度转向或不足转向。从而达到汽车后轮随动转向的功能。[0038]参照图9，图9为本发明实施例转向衬套工作时与摆臂4的相对位置结构示意图。下面举例说明所述转向衬套的工作原理，以汽车左转弯时左侧车轮为例进行说明。当汽车左转弯时，左侧摆臂4出现如图9的姿态，即摆臂4与车身连接的一端上抬，摆臂4倾斜度增加。摆臂4的转动使得转向衬套同时转动一个角度α，因此，摆臂4与转向节6之间的转向衬套处于α转角下的转向衬套状态。在转向形成的向左的侧向力下，转轴5对橡胶进行挤压，由于此时转向衬套所起的连接刚度产生了下降的效果，因此产生了比初始状态下的转向衬套更易控制的变形，通过合理的匹配前后转向衬套刚度比例关系，可以使此时左侧车轮产生一个附加的向右的转角，根据车辆转向的基本理论，车辆将更容易转过弯道。同时右侧的车轮也可以有类似的表现。因此产生了随动转向的效应。
[0039]参照图4，进一步的，橡胶层2两侧端面的橡胶分布高度随所述角度的变化关系可以按照y=a X2或y=a x1/2的函数变化曲线，其中x表示橡胶层2两侧端面任一橡胶分布点所在的直径与所述第一直径的夹角，Y表示所述任一橡胶分布点的橡胶分布高度，a为预先设定的系数，且0.5 < a < 5。a的取值越大表示橡胶层2两侧端面的橡胶分布高度随所述角度的增大下降得越快。另外，不同的车型a的取值不同。如函数式y=a x1/2，在a的取值一定时，相比较于y=a X2的函数关系式，该函数关系式所对应的2橡胶层两侧端面的橡胶分布规律更有利于车辆随动转向的快速响应，更有利于转弯，因此优选y=ax1/2的函数变化曲线。本实施例仅列出了一些简单的比较常见的的函数关系，具体的函数关系可以根据具体的车型和具体情况进行设计选定。
[0040]参照图3和图6，由于所述转向衬套在使用时，起到连接转向节6和摆臂4的作用，同时承受着来自车轮复杂多变的力的作用，该力的作用是通过与转向衬套配合的转轴5来实现的，而转轴5对转向衬套施加的力的方向在所述转向衬套的两侧端面是相反的，这就要求所述转向衬套两侧端面的高度均关于某条对称轴是对称的。而在本实施例中，转向衬套橡胶层的两侧端面的橡胶分布高度要求关于第一直径8对称，这样，相应的橡胶层2两侧端面的橡胶分布高度也有两处最低位置，即存在两条第二直径9。由于在实际实施当中，发现车辆在转弯时，所述转向衬套所对应的旋转角度通常在30°范围以内，保险起见，本实施例转向衬套的设计可旋转角度优选为45°范围以内。由此，两条第二直径9与第一直径8的夹角均设计为45°。
[0041]由于在车辆转弯时，摆臂4带动转向衬套的旋转角度通常在30°以内，而本实施例的转向衬套的可旋转角度优选设计为45°，所以，在所述转向衬套的两侧端面的两条第二直径9所夹且远离第一直径8的范围内的高度分布起不到关键的随动转向作用。由此，为了使整个转向衬套在能够实现所述随动转向功能的前提下结构尽量简单，橡胶层2的两侧端面在两条第二直径9所夹且远离第一直径8的区域内的高度均与沿第二直径9的方向上的高度相同，即在此区域内包括沿两条第二直径9方向上，所述转向衬套的橡胶层两侧端面的橡胶分布高度处处相等且为最低。
[0042]参照图8，图8为本发明实施例转向衬套安装于汽车后悬架上的结构示意图。本发明的实施例还提供了一种汽车后悬架，包括摆臂4、转轴5和转向节6，还包括上述任一实施例所述的转向衬套，摆臂4的一端与外管3固定连接，转轴5与内管I配合且可相对于内管I转动，转向节6与转轴5连接，摆臂4的轴线方向与第一直径8的方向一致。
[0043]由于在本实施例的汽车后悬架中使用的转向衬套与上述转向衬套各实施例中提供的转向衬套相同，因此二者能够解决相同的技术问题，并达到相同的预期效果。
[0044]参照图8和图9，图9为本发明实施例转向衬套工作时与摆臂4的相对位置结构示意图。为了实现摆臂4与所述转向衬套的固定连接，可以在摆臂4的一端设置一个圆形的套筒，比如可以在摆臂4的一端焊接一个直径与所述转向衬套的外管3直径相适应的圆形钢管，所述转向衬套的外管3可以穿设于所述套筒内并通过过盈配合与摆臂4固定。这样不仅结构简单、加工工艺上容易实现，而且连接可靠、可拆卸，进而便于对其进行维修和更换。
[0045]参照图6和图7，图7为本发明实施例转向衬套去除外管3后的结构示意图。进一步地，在转轴5与所述转向衬套的内管I配合转动的过程中，为了使转轴5与内管I更加顺畅地进行相对转动并减少摩擦，可以在内管I内设置轴瓦7，转轴5通过轴瓦7与内管I配合，这样，由于轴瓦7的存在，所述转向衬套还可以迅速并准确的响应外界的转动，准确利用橡胶的平动方向的刚度特性。
[0046]进一步地，为结构简单起见，转轴5优选为等直径轴。为了使转轴5与转向节6更好地连接，在转轴5的两端设有扁平状连接耳51，所述扁平状连接耳51的表面上设有连接孔511，转轴5通过连接孔511与转向节6连接。这样，结构简单且功能可靠。
[0047]参照图9，由于，在整个转向衬套的功能实现的过程中，方向和角度的限定起着决定性作用。车后轮的随动转向角度的大小取决于直接或者间接与所述车轮连接的各个部件的布置方向和角度，因此，要想实现上述后轮的随动转向功能，关键要保证，连接孔511与扁平状连接耳51的表面垂直且连接孔511的轴向与第一直径8的方向一致。
[0048]本发明的实施例还提供了一种汽车，包括车轮和车身，还包括上述任一实施例所述的汽车后悬架。所述后悬架安装于所述汽车的所述车轮与车身之间，所述车轮与转向节6连接，所述车身与摆臂4连接。由于在本实施例汽车中使用的汽车后悬架与上述汽车后悬架的各实施例中提供的汽车后悬架相同，因此二者能够解决相同的技术问题，并达到相同的预期效果。
[0049]在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0050]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种转向衬套，其特征在于，包括内管，所述内管外侧壁套设有橡胶层，所述橡胶层的外侧壁套设有外管，所述内管与所述外管同轴设置，所述橡胶层将所述内管和所述外管固定结合在一起；所述橡胶层两侧端面的橡胶分布高度在沿所述转向衬套端面的第一直径的方向上最高、在沿所述转向衬套端面的第二直径的方向上最低，且从所述第一直径方向到所述第二直径方向连续降低。
2.根据权利要求1所述的转向衬套，其特征在于，所述橡胶层两侧端面的橡胶在所述第一直径和所述第二直径之间的区域内的分布规律满足以下关系式:y=a X2或y=a xV2，其中X为所述橡胶层两侧端面在所述第一直径和所述第二直径之间区域内的任一橡胶分布点所在的直径与所述第一直径的夹角，Y表示所述任一橡胶分布点的橡胶分布高度，a为预先设定的系数，且0.5≤a≤5。
3.根据权利要求1所述的转向衬套，其特征在于，所述第二直径为两条且与所述第一直径的夹角均为45°。
4.根据权利要求3所述的转向衬套，其特征在于，所述橡胶层的两侧端面在所述两条第二直径所夹且远离所述第一直径的区域内的高度均与沿所述第二直径的方向上的高度相同。
5.一种汽车后悬架，包括摆臂、转轴和转向节，其特征在于，还包括权利要求1~4中任一项所述的转向衬套，所述摆臂的一端与所述外管固定连接，所述转轴与所述内管配合且可相对于所述内管转动，所述转向节与所述转轴连接，所述摆臂的轴线方向与所述第一直径的方向一致。
6.根据权利要求5所述的汽车后悬架，其特征在于，所述摆臂上设有套筒，所述外管穿设于所述套筒内且与所述套筒过盈配合。
7.根据权利要求5所述的汽车后悬架，其特征在于，所述内管内设置有轴瓦，所述转轴通过所述轴瓦与所述内管配合。
8.根据权利要求5所述的汽车后悬架，其特征在于，所述转轴的两端设有扁平状连接耳，所述扁平状连接耳的表面上设有连接孔，所述转轴通过所述连接孔与所述转向节连接。
9.根据权利要求8所述的汽车后悬架，其特征在于，所述连接孔与所述扁平状连接耳的表面垂直且所述连接孔的轴向与所述第一直径的方向一致。
10.一种汽车，包括车轮和车身，其特征在于，还包括权利要求5~9中任一项所述的汽车后悬架，所述后悬架安装于所述汽车的所述车轮与车身之间，所述车轮与所述转向节连接，所述车身与所述摆臂连接。
【文档编号】B60G7/00GK103612658SQ201310628015
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】管艳艳, 王忠海, 齐明旭, 张丹, 张乐, 郝君起, 李兴, 张阳阳 申请人:长城汽车股份有限公司