復合材料輕型車輛的底盤設計和部件測試

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復合材料輕型車輛的底盤設計和部件測試

復合材料輕型車輛研發項目包含了一個廣泛的系統，其包括：動力系統、車身結構、底盤、電氣結構和車輛內飾設計等。復合材料輕型車輛底盤包括鋁制前后副車架、控制臂、連接桿、碳纖維制成的輪輞，采用大的高寬比設計橡膠輪胎、空心鋼制橫向穩定桿及空心鋼制螺旋彈簧。這些底盤部件由卡斯馬國際公司設計，在設計時采用了最好的材料和加工工藝，以在滿足部件性能要求的同時減輕底盤總體質量。在設計這些底盤部件時采用了CAE分析，以滿足強度和疲勞耐久性的要求。

本文評估了幾種為輕型汽車開發的底盤部件技術性能，以及這些部件質量對汽車輕量化的貢獻程度，這些部件包括用復合材料制成的中空鋼質螺旋彈簧、碳纖維制成的輪輞、采用大高寬比設計的輪胎、空心的橫向穩定桿、鋁制副車架、控制臂和連桿等。

在滿足原始部件制造商設定的剛度和疲勞耐久性能要求的前提下，通過質量優化設計可以使得這些底盤部件減輕37％的質量。該復合材料輕型車的前后搖桿采用鋁制材料設計，并運用電弧焊技術將鋁鑄件和鋁型材焊接在一起。后懸架連桿和控制臂的鋁制件采用了鍛造和擠壓技術。采用上述設計方案后，整車在原有基礎上可以減輕40％的總質量。對3組采用不同材料設計的大高寬比輪胎進行了性能評估，這3組輪胎的結構基于155/70R19尺寸輪胎設計，且質量均為7.7kg。用碳纖維輪輞取代鋁制輪輞，可以進一步減輕汽車的質量。通過試驗室試驗和實車測試評估以進行車輪總成的優選。玻璃纖維增強型前彈簧和空心鋼制后螺旋彈簧可以分別減輕59％和37％的質量。采用內噴丸工藝處理的空心鋼制前、后橫向穩定桿可以分別減輕39％和59％的質量。

Jeff L. Conklin et al. SAE 2015-01-1237.

編譯：黃潭