探討汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)

孫永飛　羅文靜　陳賀峰　邸云龍　劉攀

摘要：隨著我國(guó)工業(yè)化時(shí)代的不斷進(jìn)步，促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)技術(shù)水平不斷提高，人們的生活也得到一定程度的改變。我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了突破性的進(jìn)展，利用先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)和設(shè)計(jì)方法，提高了汽車的性能，不斷滿足廣大群眾對(duì)汽車的全新需求。對(duì)汽車制造領(lǐng)域來說，汽車底盤懸架的結(jié)構(gòu)能夠有效的保障汽車基礎(chǔ)功能的發(fā)揮，同時(shí)也是汽車燃油量的指標(biāo)。為了能夠保障汽車基本功能的完美發(fā)揮，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)油耗的優(yōu)化和降低，汽車制造商采取對(duì)汽車底盤懸架的關(guān)鍵部件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，不斷創(chuàng)新底盤懸架的輕量化設(shè)計(jì)理念，旨在保證汽車基礎(chǔ)性能的基礎(chǔ)上，提高汽車燃油的經(jīng)濟(jì)性，加強(qiáng)汽車的操縱協(xié)調(diào)感，促進(jìn)汽車制造水平的不斷提升。本文針對(duì)汽車底盤懸架關(guān)鍵部件采取輕量化設(shè)計(jì)，并探討輕量化設(shè)計(jì)底盤懸架關(guān)鍵部件的具體策略，從而實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：汽車底盤懸架;關(guān)鍵部件;輕量化;設(shè)計(jì)

0? 引言

就我國(guó)目前的汽車行業(yè)現(xiàn)狀來看，我國(guó)越來越注重汽車的節(jié)能減排技術(shù)，隨著汽車燃油的逐年消耗，汽車制造企業(yè)開始注重車輛的燃油設(shè)計(jì)，對(duì)汽車底盤懸架的零部件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，在符合汽車功能的基礎(chǔ)上，減輕各零部件的重量，從而實(shí)現(xiàn)汽車油耗的降低。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，汽車總質(zhì)量每降低百分之一，可以減少汽車油耗最高達(dá)百分之五，所以，通過減輕車體重量來降低油耗的收益非?？捎^，對(duì)節(jié)能減排效果起到重要影響。在汽車的設(shè)計(jì)中，對(duì)底盤懸架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，能有很大程度的降低汽車重量。汽車的底盤懸架結(jié)構(gòu)包括減震器、控制臂以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和副車架框體等，有效的對(duì)各零部件采取輕量化設(shè)計(jì)，同時(shí)加強(qiáng)汽車底盤懸架的穩(wěn)定性，對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和節(jié)能減排的政策具有重要意義。

1? 汽車底盤懸架的功能和組成部分

對(duì)于一輛常見的汽車來說，底盤懸架是整車的重要組成部分，是承載和傳遞整車負(fù)荷的重要部位，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車行駛的調(diào)節(jié)等重要作用。汽車底盤懸架的主要功能包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：首先，底盤懸架系統(tǒng)能夠?qū)④囕喅惺艿闹瘟万?qū)動(dòng)力等傳遞給車架本身;其次，底盤懸架系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽車行駛中產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊進(jìn)行良好的平衡和吸收，與輪胎共同作用實(shí)現(xiàn)良好的效果，保障汽車駕駛的舒適感和安全性;最后底盤懸架的設(shè)計(jì)能夠保持車體與車輪的動(dòng)態(tài)關(guān)系，促進(jìn)車輪的正常運(yùn)動(dòng)軌跡。

2? 汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化概述

就我國(guó)目前的汽車制造水平來說，對(duì)汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，基于輕量化制作材料的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助應(yīng)用以及創(chuàng)新制造工藝的應(yīng)用等方面進(jìn)行汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)。

2.1 汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化材料的應(yīng)用

在汽車制造廠家對(duì)汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)中，采用新型的輕質(zhì)材料的應(yīng)用比較常見，并且此應(yīng)用具有較大的市場(chǎng)潛力，能夠在保證汽車穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，極大程度的減輕汽車底盤重量。隨著我國(guó)合金制造產(chǎn)業(yè)水平的不斷提升，許多高強(qiáng)度的鋼材應(yīng)用以及鋁合金的使用，極大程度的提升了汽車懸架沖焊零件的取代應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了汽車底盤沖焊零件的輕量化設(shè)計(jì)。以某B級(jí)汽車為例，在汽車底盤的副車架和控制臂中采用高強(qiáng)度鋼和合金鋁材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效的降低了該汽車重量，由原來的63公斤降低到現(xiàn)在的43公斤，整整降低了近20公斤，大大提升了汽車底盤懸架關(guān)鍵部件的輕量化設(shè)計(jì)水平，同時(shí)汽車底盤懸架零部件的質(zhì)量也都滿足標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)良好的汽車性能，實(shí)現(xiàn)了中低端汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化發(fā)展。

2.2 汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

對(duì)汽車底盤懸架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，也能夠良好的起到汽車底盤輕量化的發(fā)展，同時(shí)也能夠有效降低汽車制造成本，對(duì)汽車的制造發(fā)展具有重要影響。隨著我國(guó)科技手段的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，對(duì)汽車底盤關(guān)鍵部件的應(yīng)用形狀和尺寸進(jìn)行合理的優(yōu)化，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平優(yōu)化，在實(shí)現(xiàn)汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化的同時(shí)，有效的控制了汽車制造成本，對(duì)汽車制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

以某A級(jí)轎車的輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，通過對(duì)汽車底盤后懸架的扭力梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用CAE優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)底盤材料的密度分布，有效的優(yōu)化了汽車底盤管粱的厚度，通過設(shè)計(jì)對(duì)比，與原來的汽車相比重量降低了百分之八，實(shí)現(xiàn)了良好的汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化發(fā)展。

2.3 汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化工藝的創(chuàng)新應(yīng)用

在汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)中，對(duì)汽車零件的制作工藝進(jìn)行創(chuàng)新，提高汽車零件的穩(wěn)定性能夠有效實(shí)現(xiàn)輕量化汽車制造材料的生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車底盤懸架關(guān)鍵部件的輕量化設(shè)計(jì)。在實(shí)際的工藝創(chuàng)新應(yīng)用中，以汽車底盤鋁合金材料的零部件應(yīng)用來講，主要是運(yùn)用創(chuàng)新工藝對(duì)零件的結(jié)合和承載能力進(jìn)行開發(fā)，選擇不同形狀的設(shè)計(jì)工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的產(chǎn)品制造方案。

3? 汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)方法

3.1 汽車底盤設(shè)計(jì)水平的創(chuàng)新

為了滿足汽車制造產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提高汽車制造水平，應(yīng)該不斷開展創(chuàng)新的設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)全新的汽車設(shè)計(jì)方案，對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行全面創(chuàng)新，采用全新的汽車底盤懸架技術(shù)，完善設(shè)計(jì)方案，例如空氣懸架和橡膠懸架的采用，也可以利用復(fù)合材料懸架，在保證懸架承載能力負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，大幅度的降低底盤懸架重量，從而有效的降低汽車底盤懸架制造成本。

3.2 汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化等應(yīng)力設(shè)計(jì)

為了有效減輕汽車底盤懸架的質(zhì)量設(shè)計(jì)，常見的設(shè)計(jì)方法有等應(yīng)力設(shè)計(jì)，對(duì)底盤材料的合理分布以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化，有效的降低強(qiáng)度冗余的方式，對(duì)零件的結(jié)構(gòu)和位置進(jìn)行約束，實(shí)現(xiàn)良好的設(shè)計(jì)效果，對(duì)底盤懸架的轉(zhuǎn)向節(jié)和控制臂等零部件進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)。例如在轉(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計(jì)時(shí)，采用鑄鋁材料和工藝進(jìn)行制造，有效的降低了汽車底盤懸架重量，結(jié)合CAE結(jié)構(gòu)的分析和應(yīng)用，提高等應(yīng)力設(shè)計(jì)效果，實(shí)現(xiàn)零部件應(yīng)力的均衡，有效降低設(shè)計(jì)重量。

3.3 汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化等邊界設(shè)計(jì)

在進(jìn)行汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)時(shí)，采用底盤的等邊界設(shè)計(jì)也可以有效的降低汽車底盤選件關(guān)鍵部件的重量，根據(jù)汽車底盤零件材料的力學(xué)特性和制造工藝進(jìn)行分析，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，在等邊界的條件下進(jìn)行結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，由于汽車本身底盤懸架系統(tǒng)和零件的發(fā)展，導(dǎo)致等邊界設(shè)計(jì)方法具有重要作用。

以某B級(jí)汽車的底盤控制臂設(shè)計(jì)為例，在進(jìn)行底盤控制臂的減重方案中，采取高強(qiáng)度鋼材料的應(yīng)用，根據(jù)該B級(jí)車平臺(tái)下不同車型的控制臂進(jìn)行對(duì)比，形成良好的等邊界設(shè)計(jì)，對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，采用最優(yōu)的方案進(jìn)行減重設(shè)計(jì)，從而提高該B級(jí)車型的沿用率，有效降低汽車底盤懸架的重量，有效的降低汽車零件生產(chǎn)成本。

3.4 汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化集成化設(shè)計(jì)

在汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)中，應(yīng)用集成化設(shè)計(jì)方法，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化分工，提高系統(tǒng)各零部件的兼用性，在傳統(tǒng)的分工細(xì)化設(shè)計(jì)中，由于對(duì)汽車底盤懸架零部件的設(shè)計(jì)兼用性較差，底盤關(guān)鍵部件中支架類部件的界限比較分明，例如鋼板彈簧支架、前縱梁以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)支架等，雖然這些支架的分布空間比較緊湊，但卻是多個(gè)部件，在采用集成化設(shè)計(jì)法時(shí)，基于底盤的輕量化理念，應(yīng)該充分考慮多個(gè)支架集成零件的應(yīng)用，通過對(duì)各部件的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)一個(gè)集成零件，有效的降低了多個(gè)零件產(chǎn)生的重量，實(shí)現(xiàn)汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化發(fā)展。（圖2）

4? 汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化技術(shù)水平的發(fā)展

隨著我國(guó)汽車制造水平的不斷發(fā)展和進(jìn)步，汽車制造企業(yè)開始注重汽車輕量化的設(shè)計(jì)，對(duì)汽車制造中輕量化技術(shù)手段以及輕量化材料的使用越來越重視，例如對(duì)高強(qiáng)度鋼和鋁合金等材料實(shí)現(xiàn)了良好的應(yīng)用，在保證汽車底盤基礎(chǔ)功能的同時(shí)，很大程度的降低了汽車整車重量，降低了汽車油耗，實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能減排效果，對(duì)汽車制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

4.1 計(jì)算機(jī)輔助功能的優(yōu)化

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的逐年提升，在汽車底盤懸架的設(shè)計(jì)中，對(duì)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行輔助優(yōu)化，從根本上對(duì)零件的重量進(jìn)行縮減，提高了產(chǎn)品的開發(fā)效率，降低了零部件驗(yàn)證的成本投入，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)我國(guó)汽車懸架系統(tǒng)的關(guān)鍵部件生產(chǎn)和設(shè)計(jì)具有重要的輔助作用。

4.2 汽車底盤懸架輕量化產(chǎn)品開發(fā)思路

在對(duì)汽車底盤懸架零部件的開發(fā)過程中，本著輕量化的原則，貫穿整個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)周期，確保產(chǎn)品零部件開發(fā)的安全性、功能性以及時(shí)間和成本等提高，對(duì)汽車產(chǎn)品的開發(fā)過程進(jìn)行優(yōu)化，建立良好的懸架系統(tǒng)部件輕量化開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，均衡懸架系統(tǒng)與各部件之間的關(guān)系，對(duì)單個(gè)目標(biāo)進(jìn)行多方向優(yōu)化和提升。

4.3 汽車底盤輕量化效果與成本的合理調(diào)控

為了考慮汽車制造的經(jīng)濟(jì)化，在實(shí)現(xiàn)汽車底盤懸架輕量化設(shè)計(jì)的同時(shí)，也要結(jié)合汽車生產(chǎn)的成本進(jìn)行合理調(diào)控，綜合考慮汽車制造的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，對(duì)汽車制造方案進(jìn)行綜合評(píng)估，汽車底盤零部件制造所使用的材料成本，生產(chǎn)技術(shù)成本等進(jìn)行合理的衡量，選擇最優(yōu)的生產(chǎn)方案，切實(shí)提高汽車的輕量化發(fā)展，對(duì)汽車制造企業(yè)的發(fā)展具有重要意義，有效提高汽車制造企業(yè)的市場(chǎng)影響力。

5? 結(jié)束語

綜上所述，為了有效的促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提高汽車的節(jié)能減排效果，降低汽車燃油損耗，汽車制造企業(yè)應(yīng)該注重汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)工藝，合理應(yīng)用輕量化零部件制作材料，實(shí)現(xiàn)汽車底盤懸架關(guān)鍵部件輕量化良好設(shè)計(jì)，對(duì)汽車企業(yè)的發(fā)展和制造水平的提高具有重要意義，促進(jìn)汽車制造企業(yè)的市場(chǎng)影響力，對(duì)我國(guó)汽車制造水平的提高起到促進(jìn)作用。

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作者簡(jiǎn)介：孫永飛（1981-），男，河北衡水人，本科，工程師，研究方向?yàn)槠囋O(shè)計(jì)。