混合動力汽車懸架及其故障分析、優化設計

摘要：針對某混合動力汽車懸架研究的轉向節變形、斷裂問題，利用SolidWorks軟件對前懸架進行三維模型建立，并通過進行靜應力分析、模態分析，查找懸架系統關鍵零部件失效原因，最后通過分析結果進行優化設計以及仿真校核設計。研究結論可改善混合動力汽車懸架研究前懸架系統的可靠性。

關鍵詞：混合動力汽車；前懸架；仿真校核；ADMAS

中圖分類號：U463 收稿日期：2022-12-20

隨著石油資源的匱乏和環境污染的日趨嚴重，能源和環保問題已經成為全球汽車開發研究的首要目標。由于純電動汽車續航里程的限制，混合動力汽車發揮了其低油耗、長里程，又比傳統內燃機更高性能和更低排放的優勢，是目前有效緩解兩大問題的主要方法之一。但部分國產混合動力在使用過程中暴露出很多問題，特別是多數插電混合動力汽車將發動機、變速器、發電機與電動機都安置在汽車的前部導致汽車前懸架出現變形甚至斷裂，對車輛的安全性影響極為嚴重。圖1所示為插電混合動力汽車構造與斷裂前懸架。

1常見混合動力汽車前懸架

常見的混合動力汽車前懸掛主要采用麥弗遜式、雙叉臂式和多連桿結構，其結構與特點如表1與圖2所示。

本文主要以某國產混合動力汽車采用的雙叉臂式前懸掛為研究對象，進行改進設計。

2某國產混動轎車懸架故障研究路線

某國產混合動力汽車在行駛3×10km，因其雙叉臂式懸架下擺臂出現裂紋導致轉向變重、嚴重偏左行駛。將下擺臂與其他混動汽車進行對比分析后，發現該車的下擺臂設計相對單薄，對該車型懸架進行數據采集與分析，建立該車懸架三維模型，最后對模型進行靜應力、模態等虛擬仿真分析，達到優化目的。研究技術路線如圖3所示。

3某國產混動轎車懸架故障分析

該混合動力汽車雙叉臂式懸架下擺臂材料選用45鋼。對原車下擺臂進行1：1建模，具體參數如表2所示。

對該混合動力汽車雙叉臂式懸架下擺臂進行Solicl-Works軟件三維建模。通過對模型進行載荷約束、網格劃分、材料應用進行靜應力分析。選擇結果中的應力、位移、應變進行下擺臂受力分析，如圖4所示。

對該混合動力汽車雙叉臂式懸架下擺臂關鍵位置分析進一步進行探針分析，并同時進行疲勞檢查，如圖5所示。

由圖3、圖4的云圖分析可知，混合動力汽車懸架下擺臂在最大載荷情況下所受最大應力部位在轉向節與下擺臂連接處，其值為927.2MPa，大于選用材料45鋼的屈服強度355MPa與抗拉強度600MPa，說明該車型在遇到多次極端載荷沖擊的情況下會出現斷裂情況，從而導致前輪定位參數失效轉向變重、嚴重偏左。

4某國產混動轎車懸架優化設計

針對混合動力汽車懸架下擺臂失效原因，優化設計下擺臂。考慮混合動力汽車輕量化的原因，材料選用7075-T6鋁合金材料。具體參數如表3所示。

優化策略點：選用7075-T6鋁合金，并加厚關鍵受力點，重新優化設計整體外形，如圖6所示。

通過以上靜應力分析得出：對改進設計下擺臂在施加載荷后，最大應力在下擺臂連接轉向節處，其值為121MPa，遠小于7075-T6鋁合金屈服強度505MPa。

最大靜態位移在下擺臂與減震連接處，其值為0.23mm，遠小于下擺臂設計要求，說明混合動力汽車下擺臂改進設計在最大受力作用下不會出現失效情況，設計強度滿足使用需要。

5結語

本文針對某混合動力汽車懸架轉向節變形、斷裂問題，對其雙叉臂懸架下擺臂進行優化設計為研究目標，利用SolidWorks軟件對前懸架進行三維模型建立，并通過進行靜應力分析、模態分析查找懸架系統關鍵零部件失效原因，根據分析結果將原車下擺臂材料更換為7075-T6鋁合金材料并對螺栓孔處材料加厚至16mm，進行靜應力分析后下擺臂施加載荷的最大應力值為121MPa，遠小于優化后下擺臂的屈服強度505MPa，有效改善了該車型前懸架系統的可靠性。