汽車懸架結(jié)構(gòu)件性能提升開發(fā)

左申傲 蔡其剛

摘 要：文章介紹汽車關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件從整車輸入到整車應(yīng)用的開發(fā)流程，涉及整車輸入、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、空間動(dòng)態(tài)分析，沖壓成形，強(qiáng)度、模態(tài)分析，以及試制、驗(yàn)證等方案、方法，采用此方法有效地縮短開發(fā)周期、節(jié)約成本，提高產(chǎn)品開發(fā)效率。

關(guān)鍵詞：流程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析；試制；驗(yàn)證；效率

中圖分類號：U463.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）20-0108-03

Abstract： This paper introduces the development process of the key parts of the automobile from the input of the whole vehicle to the application of the whole vehicle， including the input of the whole vehicle， the structure design， the spatial dynamic analysis， the stamping forming， the strength， the modal analysis， and the schemes and methods of trial production and verification. This method can effectively shorten the development cycle， save the cost and improve the efficiency of product development.

Keywords： process； structure design； analysis； trial production； verification； efficiency

本文介紹汽車后拖曳臂焊接總成開發(fā)策略及流程，后拖曳臂焊接總成用于后獨(dú)立懸架，即拖曳臂式后懸架，作為導(dǎo)向桿系的關(guān)鍵部分，承受各種作用力、力矩，控制著輪胎運(yùn)動(dòng)軌跡，關(guān)系到整車的操控性、舒適性，涉及整車的安全、可靠，開發(fā)過程中需要充分分析驗(yàn)證。

1 結(jié)構(gòu)件的連接點(diǎn)受力大小確定

在數(shù)據(jù)虛擬樣車中，通過整車DOE分析，滿載狀態(tài)下按垂直跳動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎三種工況，垂跳：az=3g，制動(dòng)：u=1；ax=1g；az=1g，轉(zhuǎn)向：u=1；ay=1g；az=1g，U-地面摩擦系數(shù)，采集各連接點(diǎn)的受力大小。

采用整車主要工況受力如表1。

2 結(jié)構(gòu)件形狀設(shè)計(jì)

結(jié)合此件周邊空間及此懸架的運(yùn)動(dòng)特性、承載特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)，建立DMU模型，校核運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下與周邊件間隙，根據(jù)相應(yīng)工況，面與面、面與邊、邊與邊間隙分別測量，最小間隙不小于5mm，經(jīng)過多輪優(yōu)化，形成結(jié)構(gòu)相對簡單、過渡件較少初步狀態(tài)。經(jīng)過多輪優(yōu)化，由最初的12個(gè)子件減少到7個(gè)，特別是關(guān)鍵位置子件，如圖1所示。

3 沖壓成形分析

根據(jù)步驟2所設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)，對其中的鈑金結(jié)構(gòu)件沖壓成形分析，根據(jù)材料特性（QSTE-420，YS=490.7MPa，TS=553.9MPa，n=0.0847，r=0.935），沖壓分析按8道工序（shaped blank with-pierce，F(xiàn)l-dowm-1，Restrike，Cam-pierce，Pierce，

Pierce，F(xiàn)l-dowm-2，Part-off），對每道工序變形量分別分析，最大增厚量不大于0.5mm，最小變薄量不大于0.2mm。

對主要關(guān)鍵鈑金進(jìn)行沖壓工序CAE分析，如圖2所示。

4 強(qiáng)度、模態(tài)分析

根據(jù)該結(jié)構(gòu)件在整車運(yùn)動(dòng)中的受力情況，對相關(guān)點(diǎn)施加作用力，如圖1所示。運(yùn)用強(qiáng)度分析CAE軟件進(jìn)行強(qiáng)度、模態(tài)分析，結(jié)果如圖3所示。結(jié)構(gòu)件在受力狀態(tài)下，最大受力點(diǎn)強(qiáng)度不高于材料的屈服強(qiáng)度。以材料的屈服極限為評判標(biāo)準(zhǔn)。各材料的屈服極限經(jīng)驗(yàn)參考值分別為，SAPH370：

261.68MPa，SAPH440：347.32MPa，SPHE：300.5MPa，Q235A：306.5MPa，10#鋼：424.3MPa。Young's楊氏模量：2.1×105MPa，泊松比：0.3，密度：7.86×103kg/m3。

若強(qiáng)度不能要求，通過提高原材料性能，增加結(jié)構(gòu)件厚度，改進(jìn)沖壓工藝，甚至結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)?？紤]焊接工藝，對焊縫提出相應(yīng)要求。

模態(tài)則與車身，周邊運(yùn)動(dòng)件（制動(dòng)器、鋁圈、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等錯(cuò)開），如表2所示。

5 臺架試驗(yàn)與整車道路試驗(yàn)

模擬該結(jié)構(gòu)件在整車中的工作狀態(tài)，端面作為安裝面，垂向、側(cè)向、縱向分別加載，如圖4所示。以一定頻率循環(huán)到一定周期，試驗(yàn)過程中檢查有無開裂、變形現(xiàn)象，當(dāng)裂縫超出規(guī)定范圍時(shí)，停止驗(yàn)證，原因分析清楚后繼續(xù)。

本體裂紋小于10mm、焊縫裂紋長度小于該焊縫長度的15%、無明顯永久變形（觀察項(xiàng)）結(jié)構(gòu)件無明顯變形。

臺架試驗(yàn)合格后，用于整車的綜合路況試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證合格后正式開發(fā)沖壓、焊接、檢查模具，進(jìn)行批量生產(chǎn)。以上步驟構(gòu)成整個(gè)開發(fā)流程，若某個(gè)步驟不滿足要求，則從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，直到達(dá)標(biāo)。

6 結(jié)束語

在整個(gè)開發(fā)過程中，根據(jù)結(jié)構(gòu)件在整車中的使用狀況，從以上六個(gè)主要維度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、驗(yàn)證，再實(shí)物驗(yàn)證，給出了提供參考的經(jīng)驗(yàn)值、開發(fā)流程。采用此開發(fā)流程，結(jié)構(gòu)件順暢工作的同時(shí)，充分保證整車的可靠耐久及安全，可以大大縮短開發(fā)周期，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（新版）第6卷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.

[2]Manfred Mischeke，等.汽車動(dòng)力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[3]汪隨風(fēng)，等.基于ADAMS的雙橫獨(dú)立懸架的仿真分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，21（2）.

[4]芮玉龍.基于HyperCrash的沖壓成形厚度映射對排氣系統(tǒng)強(qiáng)度分析的影響[A].Altair 2013HyperWorks技術(shù)大會(huì)論文集[C].

[5]馬妍驊.基于Autoform的沖壓件的數(shù)值模擬及模具設(shè)計(jì)[J].電子測試，2014，21.