CN100465002C - 液压成形的控制臂 - Google Patents

Abstract

一种机动车辆的控制臂以及形成这种控制臂的方法。该控制臂包括液压成形构件以及第一和第二模压构件。所述液压成形构件具有形成第一铰链一部分的平坦的第一端和开口的第二端。所述第一模压构件形成了所述第二铰链的一部分，并与所述液压成形构件在其所述第一端和第二端之间连接。所述第一模压构件具有与所述液压成形构件刚性连接的一部分以及用于容放第一衬套的一部分。所述第二模压构件形成了第三铰链的一部分，并且通过套叠连接方式与所述液压成形构件的第二端相连。所述第二构件具有与液压成形构件的第二端刚性连接的一部分以及用于容放第二衬套的一部分。

Description

液压成形的控制臂

[0001]本申请要求2002年5月31日申请的美国临时专利申请NO.60/384169的优先权，引入该临时申请的全文作为参考。

技术领域

[0002]本发明涉及机动车辆制造领域。更具体的说，本发明图示的实施方式涉及汽车的控制臂以及制造这种控制臂的方法，控制臂结合有液压成形构件。

背景技术

[0003]控制臂用在机动车上，用于帮助支承和控制该机动车的各个车轮。典型地，可以看到控制臂连接在机动车的框架和车轮组件之间。因为多种原因，控制臂的构造通常是复杂的，包括诸如控制臂和其他车辆组件之间的连接的数量和特性，同时还因为施加于控制臂上的性能需求和压力。

发明内容

[0004]本发明可以具体化为一汽车的控制臂，该控制臂包括具有第一端和第二端的液压成形管状构件，其中第一端是平坦的并且形成第一铰链的一部分，所述第二端是开口的，所述液压成形管状构件在纵向上大致呈弓形并由向外变形的管状金属壁限定，该管状金属壁固定于一个与一型腔内表面相对应的预定外表面上；以及第一模压构件，该模压构件形成第二铰链的一部分，并在所述液压成形管状构件的所述第一端和所述第二端之间与所述液压成形管状构件相连，所述第一模压构件具有与所述液压成形管状构件刚性连接的第一部分和用于容放第一衬套的第二部分；和第二模压构件，该模压构件形成第三铰链的一部分并通过套叠连接方式与所述液压成形管状构件的所述第二端相连，所述第二模压构件具有与所述液压成形管状构件的所述第二端刚性连接的第一部分和用于容放第二衬套的第二部分。

[0005]本发明还可以具体化为一种形成机动车辆控制臂的方法，包括通过包括如下步骤的方式形成液压成形管状构件：提供具有平坦的第一端和开口的第二端且沿纵向大致呈弓形并具有一管状金属壁的管状金属坯件；将坯件放入模具内具有模具表面的型腔中，并往所述坯件内部提供高压流体，向外扩展所述坯件的金属壁直至与所述型腔的所述表面相吻合，从而使该坯件与其最终的弧形结构一致，同时所述液压形成构件的所述第一端成为第一铰链的一部分；形成成为第二铰链一部分的第一模压构件；形成成为第三铰链一部分的第二模压构件；将所述第一模压构件与所述液压成形管状构件在所述液压成形管状构件的第一端和第二端之间刚性地连接，所述第一模压构件具有与所述液压成形管状构件刚性连接的第一部分以及用于容放第一衬套的第二部分；以及将第二模压构件与所述液压成形管状构件的第二端通过套叠连接方式刚性连接，所述第二模压构件具有与所述液压成形管状构件的第二端刚性连接的第一部分以及用于容放第二衬套的第二部分。

[0006]下面对图示实施方式、相应附图以及所附权利要求的详细说明可使本发明的其他方面、特征及优点更明显。

附图说明

[0007]图1是根据本发明一图示实施方式构建的一控制臂的透视图，所述控制臂安装于一机动车的框架上并操作性连接于其他车辆组件；

[0008]图2是图1所示控制臂的另一透视图；

[0009]图3是图1控制臂单独的透视图；

[0010]图4是图1所示控制臂的分解视图；

[0011]图5是沿图3中所述控制臂线5-5的截面视图；

[0012]图6是沿图3中所述控制臂线6-6的截面视图；以及

[0013]图7是沿图3中所述控制臂线7-7的截面视图，但没有显示出衬套。

具体实施方式

[0014]总体上来说，本发明涉及汽车的控制臂以及构建这种控制臂的设备和方法。图1和图2为根据本发明的原理构建的控制臂10的一个图示实施方式的视图，所述控制臂10安装在一示例性机动车辆的框架12上。所述框架12(仅指图1和图2中显示的部分)包括一对侧轨14、15，两者之间连接有一前部横轨16和一后部横轨17。所述轨14-17每个都可以是管状液压成形结构，而框架12可以是在共同受让人的美国专利申请序列号10/091600中公布和描述的类型，该专利名称为机动车的框架组件及其保护构件，此处将整个公开内容引入作为参考。通常，框架12可以安装在装配好的机动车(未图示)的前部，并且可以提供连接点及用于引擎和其他车辆组件以及结构的结构支承。

[0015]一对控制臂安装于所述框架12的相对侧。不过只显示并讨论一个控制臂10，但是安装于所述框架12相对一侧上的控制臂的功能可以是完全相同的，并且可以是该控制臂10的镜像结构。控制臂10设置有车轮支承，以便安装并支承可操纵的前轮(未图示)及其对应的车轮支承结构13。所述车轮支承结构13包括刹车片27以及中心的轮毂部分31，轮毂部分31带有多个螺纹紧固件33用于容放车轮的轮辋。转向组件37(只示出了一部分)的转向臂35可以操作性地与所述车轮支承结构13相连。

[0016]控制臂10将该车辆的前轮与框架12连接。所述控制臂10与所述车辆的车轮支承结构13在铰链20处连接，并与框架12在一对铰链21、22处相连。如下所述，铰链20包括具有转向关节和球铰的座组件24。铰链21、22每个都可以包括相应的衬套26、28。衬套28可以由橡胶或其他柔性材料制作，并且可与公知的用于连接控制臂的衬套结构相似。根据本发明的原理构建的控制臂10为车辆制造带来众多优点，包括例如高强度、轻重量、低成本，以及提供了一种有效且成本低廉的方法，以将如衬套28的橡胶衬套与控制臂10集成一整体。尽管所附制图图示了形成及连接控制臂10的一种方式，应该理解，符合本发明的控制臂可以具有各种形状和尺寸，并且可以具有各种结构，包括作为公知控制臂备选的结构。下面是一些公知的控制臂的例子，如在Holierhock的美国专利Nos.6070445，以及Kocer等的6098437及其他文献中所公开的，在此将它们的全文引入作为参考。

[0017]图3和图4显示了单独的控制臂10。所述控制臂10包括液压成形管状构件30。通常，例如构件30管状液压成形构件如此成形：将管状金属坯件置于液压成形模具的腔室内并向所述坯件内部提供压力流体。可能处于高压下的液压成形流体注射入所述坯件的两端。所述流体向外扩展所述坯件的管状金属壁，使之与所述型腔的模具表面一致，这样所述坯件永久地呈现了由所述型腔的形状所确定的新形状，以形成所述液压成形构件30。坯件的金属壁可由高强度钢或其他具有合适强度和性能的金属材料制成。所述坯件在液压成形前可以具有均匀的圆形横截面，并且在液压成形前可以沿其纵向选择地弯折或整形，使得所述坯件的形状能适合所述液压成形模具。例如，在液压成形前，所述坯件的全部或部分可沿纵向大致呈弓形或具有一定角度，这样坯件可以具有型腔内部的造型，所述型腔的模具表面限定了一弓形的结构。在这种情形下，所述坯件的金属壁向外扩展或变形以符合所述型腔的所述表面，使得所述坯件与最终的弧形结构相一致。所述液压成形构件的横截面可以不一致并且可以不是圆形。在如普通授权给Jaekel等的美国专利No.6092865中，公开了管状液压成形的细节，此处引入全文作为参考。

[0018]所述液压成形构件30在纵向上大致呈弓形，并且由一向外变形的管状金属壁限定，该金属壁被固定入一预定的外表面结构，此结构与一型腔的内表面相对应。所述构件30在液压成形过程中可以形成为包括整体的壁部，该壁部形成保险32的一体的壁部。所述保险32是所述构件30的一部分，其设计用来在遇到车辆事故时提供所述控制臂10的可控变形和/或断裂的点。例如，如果在一车辆事故中相关车轮与障碍物相撞，则控制臂10可以设计成先于框架12的任何变形而在保险32处变形和/或断裂，因而保护了车辆的框架12在发生事故时的结构整体性。如图3和图6所示，所述构件30保险部分32的上壁部和下壁部，其形状分别为相应的上部圆形凸起38和下部圆形凸起40。图示所述控制臂10的横截面的面积中在所述保险32的区域要大于控制臂10的其他部分。

[0019]如图2所示，所述液压成形构件30的造型具有大致平坦的第一端42以及开口的管状第二端44。通过将所述液压成形构件30的相对壁34、36向彼此移动直至壁34、36相互接触，或者，直至壁34、36彼此相对靠近但存在间隔(相对于对立壁34、36在液压成形后的位置)，所述第一端42可以大致平坦。所述端部42的变平可以发生在液压成形后，而所述构件30仍在液压成形模具内或者在所述液压构件30从所述液压成形模具移走后处于一单独设备中。在所述大致平坦区域，所述液压成形构件12第一端42的两壁34、36上形成多个完全贯穿的孔45，使得所述端42可与座组件24连接。

[0020]第一端42内的孔46用以形成铰链20，使得所述液压成形构件30的第一端42形成所述铰链20的一部分。也就是说，所述座组件24安装于所述液压成形构件30的第一端42，也安装在车轮支承结构13上。所述座组件24可以通过预紧件诸如铆钉47或螺钉安装到所述液压成形构件30的第一端42。

[0021]如图1和图2所示，所述铰链21和22由一对安装于所述液压成形构件30上的构件46、48形成。图3、4、6、7所示最为清楚，构件46、48中的每一个可由金属材料通过如控制臂10图示实施方式中所示的模压方法或者其他适合方法成形。当构件46、48为模压结构时，可以使用相对软的钢来构建每个构件46、48。

[0022]如图3、4和6所示，第一模压构件46包括第一部分50，第一部分50设置有一对相对的壁52、54，它们彼此间隔以在其间容放所述液压成形构件30的一部分。通过由焊接或其他合适方法将所述壁52、54与所述液压成形构件30的外表面刚性连接(例如见图7)，所述第一模压构件46连接至所述液压成形构件30的位于其第一端42和第二端44之间的中间部分。壁52、54的每一个可以包括焊接开口56、58，以在其内容放焊接材料。所述第一模压构件46的第二部分60设置有形式为一对向外延伸的壁部61、63以及用于容放所述衬套26的圆柱形轴衬(collar)65。所述轴衬65可由金属材料或其他合适材料制作。轴衬65可以焊接到所述第一模压构件46的壁部61、63或者通过任何其它合适方法安装其上。杆62和衬套26置于所述轴衬65的内部。通过将所述杆62的每一端与所述框架12用例如螺钉64进行刚性连接，所述第一模压构件46可与所述框架12可移动地连接以形成铰链21，如图1所示。

[0023]所述第二模压构件48形成了所述铰链22的一部分，并且与所述液压成形构件30的第二端44刚性连接。如图3、4、7所示，所述第二模压构件48的形状可以设置有第一部分66和第二部分67，第一部分66形成一开口端且其尺寸可以容纳所述液压成形构件30的第二端44，第二部分67形成一圆形开口68用于在其内容放所述第二衬套28。所述液压成形构件30的第二端44可以通过焊接或任何其他适合方法刚性连接于所述第二模压构件48的第一部分66的所述开口端。

[0024]或者，也可以构建所述液压成形构件30为所述衬套28提供所述开口。不过，出于若干原因考虑，使用单独的第二模压构件48来提供开口68更为有利。例如，单独的第二模压构件48的使用可使所述第二构件48通过单步或多步处理成型而在此过程中不需要对所述液压成形30进行处理。第二模压构件48可以使用例如传统的分次冲压模(progressive stamping die)操作或者在二级操作中进行离线操作成形。所述开口68的内部尺寸在这些类型的操作中可以被很好地控制到高耐加工性(high tolerance)。两件套结构的另一个优点在于可以构建两部件30、48，使得两部件30、48之间的焊接连接区域距离所述开口68足够远，从而使得焊接材料最小程度地溅射入所述开口68。其中，所述开口68区域内的焊接溅射可能影响开口68用于容放衬套28的精密公差配合。

[0025]如图1和图2所示，控制臂10与框架12连接，通过将第二模压构建48和所述衬套28置入所述前横轨16的上、下壁部70、72之间的开口68而形成所述铰链22。一杆或杆状结构74贯穿所述壁部70、72的开口以及所述衬套28的中心开口放置。一套筒78可绕所述杆74安装。可以理解，铰链21和22配合从而允许所述控制臂10相对于框架12作一定角度的运动，而且铰链20允许所述支承结构13相对于所述控制臂10作一定角度的运动。

[0026]所述液压成形构件30为控制臂10提供了高级别的结构强度。管状结构和所述液压成形构件30的液压成形结构使得所述控制臂10相对于完全由模压或焊接件构成的对比控制臂具有低的重量。同时，使用独立的构件46、48形成所述铰链21、22使得制造商可以在不同的车辆设计中使用同样的液压成形构件。也就是说，可以通过改变所述模压构件46、48的结构来改变所述液压构件30和车辆框架之间的铰链结构。

[0027]这样，尽管参考有限的若干实施方式对本发明进行了公开和描述，但是显然，在不背离本发明的主旨和范围的情况下可以作出变体或修改，本领域普通技术人员可能会作出各种修改。因此，下面的权利要求意图覆盖其各种修改、变体以及等同替换。

Claims (18)

1.一种汽车的控制臂(10)，包括具有第一端和第二端的液压成形管状构件，其中所述第一端是平坦的并且形成第一铰链的一部分，所述第二端是开口的，所述液压成形管状构件在纵向上大致呈弓形并由向外变形的管状金属壁限定，该管状金属壁固定于与一型腔内表面相对应的预定外表面结构上；以及第一模压构件，该第一模压构件形成第二铰链的一部分，并在所述液压成形管状构件的所述第一端和所述第二端之间与所述液压成形管状构件相连，所述第一模压构件具有与所述液压成形管状构件刚性连接的第一部分和用于容放第一衬套的第二部分；以及第二模压构件，该第二模压构件形成第三铰链的一部分并通过套叠连接方式与所述液压成形管状构件的所述第二端相连，所述第二模压构件具有与所述液压成形管状构件的所述第二端刚性连接的第一部分和用于容放第二衬套的第二部分。

2.一种形成机动车辆控制臂(10)的方法，包括通过如下方法形成液压成形管状构件：

提供具有第一端和第二端且沿纵向大致呈弓形并具有一管状金属壁的管状金属坯件；将该坯件放入模具组件内具有模具表面的型腔中，并往所述坯件内部提供高压流体以向外扩展所述坯件的金属壁，使之与所述型腔的所述表面相符合从而使该坯件达到其最终的弧形结构，同时所述液压成形管状构件的所述第一端是平坦的并且成为第一铰链的一部分；

以及形成成为第二铰链一部分的第一模压构件；形成成为第三铰链一部分的第二模压构件；将所述第一模压构件与所述液压成形管状构件在所述液压成形管状构件的第一端和第二端之间刚性连接，所述第一模压构件具有与所述液压成形管状构件刚性连接的第一部分以及用于容放第一衬套的第二部分，以及将所述第二模压构件与所述液压成形管状构件的第二端通过套叠连接方式刚性连接，所述第二模压构件具有与所述液压成形管状构件的第二端刚性连接的第一部分以及用于容放第二衬套的第二部分。

3.一种机动车辆的地面接触构件的支承组件(10、12、13)，包括：

所述机动车辆的框架构件；

地面接触构件的支承铰链；以及

在所述框架构件和所述支承铰链之间延伸的控制臂，所述控制臂具有与所述支承铰链相连的平坦的第一端和与所述框架构件相连的开口的第二端，所述控制臂的所述第二端由第一衬套支撑构件形成，此第一衬套支撑构件有一形成第一轴衬的开口用以支承位于所述第一轴衬内的第一衬套，所述控制臂还具有在所述第一端和所述第一衬套支撑构件之间延伸的弓形的液压成形管状构件，所述液压成形管状构件通过套叠连接方式与所述第一衬套支撑构件相连，而且所述第一轴衬与所述液压成形构件间隔放置，使得所述第一衬套支撑构件的一部分位于所述液压成形构件和所述第一轴衬之间。

4.如权利要求3所述的组件，其中

所述框架构件是包括有彼此相连的纵向和横向框架构件的汽车框架的部件。

5.如权利要求3所述的组件，其中

所述地面接触构件的支承铰链是支承着车轮支承结构的座。

6.如权利要求5所述的组件，其中

所述座刚性安装至所述液压成形管状构件。

7.如权利要求5所述的组件，其中

所述座通过螺钉刚性安装至所述液压成形管状构件。

8.如权利要求3所述的组件，其中

所述第一衬套支撑构件为中空的模压构件。

9.如权利要求8所述的组件，其中

所述第一衬套支撑构件通过焊接安装至所述液压成形管状构件。

10.如权利要求3所述的组件，其中

所述液压成形管状构件包括具有壁部的机械保险，所述壁部薄于所述液压成形管状构件上与所述机械保险相邻的壁部。

11.如权利要求3所述的组件，还包括：

具有第二轴衬的第二衬套支撑构件，其中第二衬套位于所述第二轴衬内，所述第二衬套支撑构件与所述液压成形管状构件连接在所述控制臂的所述第一端和所述第二端之间。

12.如权利要求11所述的组件，其中

所述第二衬套支撑构件为中空的模压构件，具有形成于两凸缘之间的孔洞，且所述液压成形管状构件定位于所述两凸缘之间的所述孔洞内。

13.如权利要求12所述的组件，其中

所述第二衬套支撑构件通过焊接安装至所述液压成形管状构件。

14.一种形成机动车辆控制臂(10)的方法，包括：

通过如下方法形成具有平坦的第一端以及开口的第二端的液压成形管状构件，

提供具有管状金属壁的管状金属坯件；

将所述管状金属坯件放入模具组件内具有模具表面的型腔中，以及

往所述坯件内部提供高压流体以向外扩展所述坯件的金属壁直至与所述型腔的所述表面相符合；

包括通过模压金属板材的方法形成第一衬套支撑构件，所述第一衬套支撑构件包括一个形成第一轴衬的开口；

通过套叠连接方式连接所述液压成形管状构件以及所述第一衬套支撑构件，使得所述第一轴衬与所述液压成形管状构件间隔，从而使所述第一衬套支撑构件的一部分定位在所述液压成形构件和所述第一轴衬之间；以及

将衬套***所述第一轴衬中。

15.如权利要求14所述的方法，其中

所述液压成形管状构件和所述第一衬套支撑构件是将所述液压成形管状构件***所述第一衬套支撑构件连接的。

16.如权利要求14所述的方法，其中

所述液压成形管状构件和所述第一衬套支撑构件通过焊接相连。

17.如权利要求14所述的方法，还包括：

包括使用包括模压金属板材之步骤的方法形成第二衬套支撑构件；

将第二轴衬与所述第二衬套支撑构件相连；

将第二衬套***所述第二轴衬内；

将所述第二衬套支撑构件与所述液压成形管状构件连接，连接位置是在所述第一衬套支撑构件和所述液压成形管状构件上与所述第一衬套支撑构件相对的一端之间。

18.如权利要求17所述的方法，其中

所述第二衬套支撑构件通过焊接安装至所述液压成形管状构件。

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