重型汽車底盤懸架部件輕量化設(shè)計(jì)方法與研究

司永超

[摘 要]此次研究根據(jù)重型汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，分析了重型汽車底盤懸架部件輕量化設(shè)計(jì)的方式，探討了重型汽車底盤懸架部件輕量化的舉措，希望以此為廣大讀者提供參考。

[關(guān)鍵詞]重型汽車底盤；懸架部件；輕量化設(shè)計(jì)；方法

中圖分類號：G916 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）30-0022-01

伴隨著國家新的法律規(guī)章制度的實(shí)行和重型汽車市場競爭力的增強(qiáng)，公路汽車用戶對于底盤輕量化的需要提出了高要求，因此汽車輕量化技術(shù)受到了很多商用車的關(guān)注。并且汽車領(lǐng)域?qū)τ谀茉垂?jié)省與燃油經(jīng)濟(jì)性規(guī)定的逐步提升，零部件研發(fā)過程的輕量化要求迫切，在這之中汽車底盤懸架系統(tǒng)是汽車重量的核心部分，對于能源節(jié)省有很大的影響與作用。因此，以下就針對重型汽車底盤懸架部件輕量化展開了分析論述。

一、重型汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

重型汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備電子化特點(diǎn)。人類在汽車底盤的幾大構(gòu)成系統(tǒng)中研發(fā)了不一樣的電子控制系統(tǒng)。這部分電子控制系統(tǒng)根據(jù)汽車動(dòng)向可劃分成幾個(gè)類型：橫向轉(zhuǎn)向與橫擺力矩控制、縱向制動(dòng)與驅(qū)動(dòng)控制、垂向控制。現(xiàn)如今，重型汽車底盤電控系統(tǒng)多數(shù)是根據(jù)某一個(gè)功能進(jìn)行研發(fā)，同時(shí)經(jīng)過輪胎和地面的接觸力產(chǎn)生通。好比制動(dòng)防抱死裝備，經(jīng)過控制縱向力，讓重型汽車在制動(dòng)的過程中憑借輪胎使用路面附著系數(shù)，減短制動(dòng)間距，將汽車安全性能大大提升。主動(dòng)懸架，經(jīng)過垂向力的控制，實(shí)現(xiàn)對汽車垂向運(yùn)動(dòng)與車身姿態(tài)俯仰運(yùn)動(dòng)控制的目標(biāo)，將汽車舒適性提升了。再者，汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備了輕量化特點(diǎn)。為解決能源匱乏問題，在并未尋找到渠道燃料的情況下，不管是對以往的燃油汽車，還是新能源汽車，汽車輕量化均是一種基礎(chǔ)技術(shù)，并且，全球各個(gè)大型汽車生產(chǎn)企業(yè)均把汽車輕量化當(dāng)成了研發(fā)產(chǎn)品的關(guān)鍵部分。輕量化設(shè)計(jì)能夠減少燃油損耗，將燃油經(jīng)濟(jì)性提升，對節(jié)省能源有很重要的作用。

二、重型汽車底盤懸架部件輕量化設(shè)計(jì)方式分析

首先，更新系統(tǒng)技術(shù)。在充分滿足法律規(guī)章制度與用戶運(yùn)用的要求下，打破以往的懸架系統(tǒng)方式，采用懸架系統(tǒng)先進(jìn)技術(shù)，設(shè)置系統(tǒng)全面優(yōu)化方案，比如運(yùn)用橡膠懸架與空氣復(fù)合懸架、空氣懸架與提升懸架、橡膠復(fù)合與復(fù)合材料板簧等懸架系統(tǒng)技術(shù)，可以達(dá)到懸架系統(tǒng)在相等的承受能力中，將重量刪減到20%左右的目的，從而減少成本費(fèi)用的投入。

其次，等邊界設(shè)計(jì)方式。按照不一樣的輕質(zhì)型材料的機(jī)械功能與工藝成型特征，比如塑料、鋁合金、復(fù)合型材料等，在確保零部件相互之間不產(chǎn)生干擾的狀況下，將原本的結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，融合零部件和四周相連部件之間的靜態(tài)裝配與運(yùn)動(dòng)關(guān)系，強(qiáng)度等邊界束縛情況下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方式。與此同時(shí)確保重型汽車底盤懸架系統(tǒng)通用化設(shè)計(jì)。

再次，集成化設(shè)計(jì)的方式。重型汽車底盤懸架部件輕量化集成化設(shè)計(jì)方式，是一種分工細(xì)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，每一個(gè)系統(tǒng)的零部件兼容性較小。特別是各種支架件，互相之間的界限非常明顯。打個(gè)比方，鋼板彈簧與轉(zhuǎn)向機(jī)支架，雖布設(shè)的空間尤其相似，可是卻是很多個(gè)零部件。在設(shè)計(jì)輕量化這一觀念中，從布設(shè)中思考需要將多個(gè)支架集成化一個(gè)零部件。接著經(jīng)過優(yōu)化，讓集成化零部件的重量小于分布布設(shè)的零部件。

最后，等應(yīng)力設(shè)計(jì)的方式。事實(shí)上等應(yīng)力設(shè)計(jì)方式的原理就是在材料科學(xué)布置與結(jié)構(gòu)形貌優(yōu)化的基礎(chǔ)之上，經(jīng)過減輕強(qiáng)度冗余與局部增強(qiáng)方式，把控零部件不相同位置的結(jié)構(gòu)應(yīng)力在定義的限制范疇中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效果提升的目標(biāo)。運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化等方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)零部件，讓零部件每一個(gè)部位的應(yīng)力值相似，也就是每一個(gè)部位的壁厚不同，受力較小的位置減輕料厚，進(jìn)而將零部件的重量減小。

三、重型汽車底盤懸架部件輕量化實(shí)踐研究

（一）優(yōu)化重型汽車底盤懸架支架結(jié)構(gòu)

進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是對重型汽車與零部件構(gòu)架展開研究與分析，經(jīng)過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在確保安全使用功能功能的基礎(chǔ)之上，達(dá)到重型汽車結(jié)構(gòu)與零部件精簡化與輕量化的目的。重型汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式就是：形狀優(yōu)化法、拓?fù)鋬?yōu)化方法、尺寸優(yōu)化法。其中，形狀優(yōu)化方式就是按照零部件的關(guān)鍵受力部位，對零部件的形狀展開改善與優(yōu)化，讓零部件受力變得更為均衡。拓?fù)鋬?yōu)化方式在重型汽車結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)使用得比較多，在給定的重型汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)區(qū)域中經(jīng)過算法優(yōu)化，在充分滿足束縛條件的條件下，達(dá)到結(jié)構(gòu)材料的最好布局形式目的，提升材料使用率，確保結(jié)構(gòu)的多種功能在安全系數(shù)范疇內(nèi)。比如采用Hyperworks等分析軟件，優(yōu)化某一個(gè)重卡推力桿支架結(jié)構(gòu)。

（二）運(yùn)用復(fù)合性材料及鋁合金輕質(zhì)材料

通過研究與分析外國著名的重卡與懸架零部件供應(yīng)商，始終致力于探究取代的輕質(zhì)型材料來替代金屬材料。比如說VOLVO研發(fā)使用鋁合金氣囊托架與推力桿等。在中國，一汽解放與博戈橡膠在多年以前就已經(jīng)投入到了開發(fā)復(fù)合型材料板簧，以此來選擇全新的減輕重量的方法。將某重卡當(dāng)作彈簧壓板基礎(chǔ)，采用等邊界設(shè)計(jì)方式，把符合材料使用在彈簧壓板設(shè)計(jì)研發(fā)過程中去，在這之中和四周的零部件接觸位置使用金屬嵌套設(shè)計(jì)，承載能力小的位置使用尼龍骨架進(jìn)行設(shè)計(jì)，在充分滿足承載能力的情況下，達(dá)到減輕懸架部件重量的目的，減輕重量是68%。

（三）采用高強(qiáng)度彈簧鋼

一般來說，鋼板彈簧重量和設(shè)計(jì)應(yīng)力的平方是反比關(guān)系，提升鋼板彈簧工作應(yīng)力可以將重型汽車底盤懸架部件重量減輕。現(xiàn)如今在中國彈簧行業(yè)運(yùn)用最大的材料就是51CrV4，這種材料的抗拉強(qiáng)度是1350兆帕，而工作應(yīng)力通常開工至550兆帕之內(nèi)。舉例言之，引進(jìn)部分應(yīng)力高的板簧材料，將抗拉強(qiáng)度提升1000兆帕，而將工作應(yīng)力維持在600兆帕以上，以此來達(dá)到輕量化與使用時(shí)間延長的目的。例如，以某重卡前板簧作為例子，通過高強(qiáng)度彈簧鋼性能與重量優(yōu)化比較：51CrV4的抗拉強(qiáng)度是1350到1650兆帕，屈服強(qiáng)度大于等于1200兆帕，斷后伸縮率大于等于6%，重量是76千克。52CrMoV4的抗拉強(qiáng)度是1450到1750兆帕，其屈服強(qiáng)度大于等于1300兆帕，斷后伸縮率大于等于6%，重量為61千克。由此可知，使用高強(qiáng)度的彈簧鋼材料，減輕了19%的重量。

結(jié)束語

經(jīng)過探索對我國重型汽車領(lǐng)域輕量化技術(shù)線路，整理且歸納出懸架系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)的具體思路與輕量化設(shè)計(jì)方式，同時(shí)將工程實(shí)踐研發(fā)作為例子，給重型汽車底盤懸架系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)提供借鑒。此次研究還存在著很多的不足，還需要相關(guān)研究人員持續(xù)探索汽車底盤懸架部件輕量化技術(shù)，為我國重型汽車輕量化的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)出一份力量。

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