某輕型車駕駛室前懸置支架輕量化設計

王青春++劉平平

摘 要 為滿足國家關于藍牌輕卡的法規要求，某輕型車需進行整車輕量化工作，分解至駕駛室懸置要求實現降重6kg。通過將鑄鐵支架改為沖壓件、支架優化等措施，降重達到10kg，同時降成本約60元，并通過了驗證。

關鍵詞 輕型車；懸置支架；輕量化

中圖分類號 TB4 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）16-0071-02

1 需求與現狀

近年來，國家對藍牌輕型卡車監管的日益嚴格，設計滿足“自重合規”要求的輕型車產品日益重要。目前，某輕型車整車不滿足法規要求，重量超標近10%，存在較大的市場風險。同時，市場更關注低碳化、輕量化、舒適性等，用戶希望降低產品自重，提升裝載重量，提高收益。

某輕卡系列產品懸置方案開發時沒有明確的重量指標輸入，設計初期為適應當時的開發需求，快速的通過法規認證，支撐產品開發，未特意進行輕量化設計。采用的球墨鑄鐵材料的鑄件支架，在國內同類產品中可靠性較高，但重量無優勢，比國內主流輕型車偏重10%～20%。輕量化設計流程方面沒有形成有效的輕量化流程和規范，設計方法也不夠系統。

2 目標

按照項目輸入，駕駛室懸置降重目標為10%，約為6kg。具體設定目標為駕駛室懸置整體降重目標不小于6kg；降重后懸置系統的功能、性能不降低；降重后懸置滿足正碰法規要求。同時通過懸置支架輕量化工作，形成輕卡懸置系統輕量化設計的方法和流程。

3 技術路線

根據項目要求和現狀，以某輕型車現生產2t平臺為依托，進行懸置系統輕量化工作，識別輕量化對象，制定具體的輕量化措施。重點對結構件和承載類部件進行輕量化，輕量化方案必須滿足正常路況下的安全行駛及正碰法規的要求。主要包括：1）識別出懸置系統在正常路況下的極限載荷、在碰撞過程中的最大沖擊載荷；2）根據不同工況下的載荷計算支架的最小截面（斷面）；3）支架采用伸長率更高的材料，增加碰撞后支架的變形量。

4 結構設計

對組成懸置零件重量進行分布排名，排名前10位的零件重量占比達83%，確定懸置支架為降重對象。

首先識別駕駛室懸置在兩種工況下的極限載荷、沖擊載荷。某試驗場2#路極限載荷識別：某輕型車驗證中最惡劣工況為某試驗場2#路，基于前期對整車測量的2#路整車載荷譜，識別出左、右懸置在不同方向上的極限載荷，取左、右載荷中較大值作為輸入。

分析碰撞模型和碰撞過程，計算沖擊載荷：前碰試驗中，已知擺錘質量m=1 500kg，碰撞能量E=29.4kJ，則碰撞速度計算可得為v=6.26m/s。

取碰撞時間t=40ms，則碰撞極限力F=234kN，則前懸置單側沖擊載荷為117kN。基于以上載荷，對懸置支架關鍵斷面尺寸計算。以右側前懸置支架為例，其受力模型見圖1。

Fx、Fy和Fz為前懸置處正常行駛工況下的極限載荷，Ft為擺錘碰撞時的沖擊載荷。支架在Fx、Fy和Fz作用下不能發生屈服變形。根據前面確定的前懸置極限載荷，計算得：

典型斷面中，一般取，則該斷面對Fx、Fy的抗彎截面系數分別為：

則根據工況，將懸置支架常用材料性能參數參與計算，得到不同工況下的斷面壁厚，如表2，表3所示。

根據計算結果，在相同結構的情況下，采用355L時壁厚最小，重量最輕。同時考慮到碰撞時支架受力遠大于正常行駛工況，初步確定前懸置支架采用355L，厚度采用6mm和5mm兩種厚度鋼板。

5 分析與驗證

輕量化懸置方案靜強度及疲勞強度滿足設計要求，通過CAE試驗。并且通過120小時MTS整車可靠性驗證。實車碰撞試驗顯示輕量化懸置方案符合GB 26512-2011《商用車駕駛室乘員保護》（試驗A）的要求。2016年懸置方案通過某試驗場一萬公里壞路試驗。

6 成果與總結

通過對前懸置的輕量化優化，在保證懸置性能不降低前提下，2t平臺實現降重10.2kg，降重17%，降成本約60元；3t平臺實現降重13kg，降重20%，降成本約80元。同時實車碰撞合格，達到項目設定目標。

確保了輕量化目標的達成：在前懸置輕量化過程中，采用材料替換的方法使前懸置重量有了大幅度降低，確保了降重目標的達成。在懸置設計前期增加載荷識別和關鍵斷面的分析過程，為結構設計提供了理論支撐，提升了工程設計能力。

參考文獻

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