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汽車制造中底盤懸架作用及輕量化設計方案

來源:科技與創新 作者:李巍
發布于:2021-07-22 共3602字

汽車底盤論文范文第五篇:汽車制造中底盤懸架作用及輕量化設計方案

  摘要:以汽車制造為落腳點,在簡單介紹底盤懸架作用及構成的基礎上,從策略、設計方法及發展方向出發,圍繞關鍵部件所適用的輕量化設計方案展開討論,并得出相應結論。希望提及內容可以給人以啟發,為汽車企業乃至行業發展提供支持。

  關鍵詞:汽車制造;輕量化設計;底盤懸架部件;底盤懸架質量;

  作者簡介:李巍(1983-),女,蒙古族,本科,工程師,研究方向為汽車底盤輕量化。;

  由汽車業發展現狀可知,節能減排是大勢所趨。在燃油消耗量日益增加的當下,要想搶占市場份額,從事汽車制造及相關工作的企業必然將燃油設計、輕量化設計提上日程,在確保汽車功能不被影響的前提下,通過減輕部件質量的方式,避免燃油被大量消耗。只有落實輕量化設計,才能推動汽車業朝著持續發展的方向前進,由此可見,本文所討論內容有突出的社會價值。

汽車底盤

  1 底盤懸架概述

  底盤懸架是彈性連接車輪和承載系統的裝置,其作用不僅有衰減振動、傳遞載荷,還有緩和沖擊,另外,對處于行駛狀態的汽車而言,底盤懸架往往可用來調節車身位置,避免安全事故出現。

  現將其核心功能概括如下:(1)向車架傳遞車輪受路面作用所產生應力,如支承力、制動力、驅動力和側向反力,當然,上述應力帶來的力矩同樣經由底盤懸架向車架進行傳遞,這點易被忽視;(2)緩沖并吸收不平路面給行駛中汽車帶來的沖擊、振動,為車載貨物的安全性提供保證,乘坐體驗也會得到一定程度優化;(3)確保車輪和車身的關系始終滿足動態幾何特征,具體來說,就是車輪按照特定規律跳動,車身自然可以按照預期軌跡運動。現有汽車的底盤懸架,以非獨立懸架較為常見,該懸架主要分為兩部分,由穩定桿、減振器等部件組成的前懸架以及由緩沖塊、平衡軸等部件構成的后懸架,其中,后懸架結構以平衡結構為主[1].

  2 輕量化設計探究

  2.1 優化策略

  要想使底盤懸梁達到輕量化設計所提出的要求,有關人員應著重考慮結構、工藝及材料的優化,以下將逐一對其進行介紹,希望能夠給人以啟發。

  2.1.1 結構優化

  對于底盤懸架而言,結構優化既能夠實現輕量化設計目標,又可使零件質量與成本處于平衡狀態。在計算機技術滲透到各行各業的當下,利用計算機對結構進行仿真設計和優化成為大勢所趨。隨著尺寸優化及形狀優化手段被引入,汽車業可在成本維持不變的前提下,盡量降低結構質量。經由CAE確定材料密度分布優化方向,得出符合扭力梁主體需求的方案,通過對尺寸加以優化,掌握結構、管梁厚度的最佳參數,可使汽車質量顯著降低,這也是輕量化設計被提出的初衷。

  2.1.2 工藝優化

  要想使輕質材料得到廣泛運用,其前提不僅是保證產品可靠且穩定,對制造工藝進行優化也很有必要。例如,由于不同部件需要達到的承載力、功能結構要求通常有顯著差異,只有運用不同工藝,完成設計輸入的相關工作,才能避免不必要問題出現。對鋁合金部件而言,工藝優化方向可被概括為:以現有工藝為依托,同步開發零件承載力與結合方案,確保設計工藝優勢均可得到充分發揮,由此而獲得設計方案,自然可使行業要求得到最大程度滿足[2].

  2.1.3 材料優化

  設計底盤懸架部件時,"出鏡率"較高的方法是運用輕質材料,該法擁有良好的發展前景,這是因為其既能為汽車運行的可靠性提供保證,還可使底盤質量減小。在合金制造技術趨于完善的當下,以鋁合金、高強度鋼為代表的諸多材料,均已被用來制造汽車,沖焊零件固有優勢通常可因此而得到充分發揮。例如,在對B級汽車進行設計時,有關人員選擇運用鋁合金制造控制臂及副車架,汽車質量降低幅度明顯,與此同時,底盤懸架功能的實現并未受到影響。由此可見,對中端和低端汽車而言,材料優化是輕量化設計的關鍵。

  2.2 設計方法

  2.2.1 集成設計

  要想使汽車業具備實現持續發展目標的前提條件,將產品質量提升到更高水平,前提是對設計方案加以調整,現階段,橡膠懸架、空氣懸架均已得到推廣,二者的優勢主要是以懸架承載力達到行業要求為前提,通過對質量進行大幅降低,將制造成本控制在合理范圍內。上述提到的橡膠懸架,強調用橡膠彈簧替代鋼板彈簧,通常由推力桿、均衡梁及橡膠主(副)簧組成,其優勢往往表現在三個方面,分別是無需維護、舒適性能佳、滿足輕量化要求。在落實輕量化設計的相關工作時,有關人員往往將集成設計作為首選方案,通過細化分工的方式,使部件擁有更為理想的兼容性及實用性。在傳統觀念里,兼用性并非細化分工需要考慮的部分,因此,多數汽車的底盤部件均有明顯界限,其中,界限最為分明的部件主要是前縱梁和彈簧支架,即便空間分布十分緊湊,仍然無法達到輕量化要求[3].而引入集成設計理念,通常可使上述問題迎刃而解,有關人員以零件集成應用為切入點,通過系統優化的方式,獲得集成零件。事實證明,這樣做可使零件質量得到有效降低,輕量化設計初衷隨之實現。

  2.2.2 等邊界設計

  事實證明,將等邊界設計用于底盤懸架部件設計,對其質量的降低有突出效果。由底盤部件所用材料表現出的力學特征可知,以等邊界條件為前提,參考現有制造工藝,對結構進行優化,通常可使輕量化設計優勢得到充分體現。例如,控制臂適用減重方案,強調利用高強度鋼材料替代原有材料,通過比對不同車型所用控制臂的方式,確定順利通過驗證的設計方案,隨著減重設計得到落實,汽車沿用率往往有所提高。而底盤懸架質量減輕所帶來的積極影響還有降低成本和增加效益,這點應當尤為注意。

  2.2.3 等應力設計

  有關人員考慮到底盤懸架質量與設計效果的關系,遂決定經由等應力設計的方式,在確保底盤懸架有效性的基礎上,對其質量進行減輕,通過優化結構、科學分布材料等手段,將強度冗余維持在理想范圍內,隨著零件位置與結構得到約束,設計效果自然可以達到預期。其中,最應當引起重視的部件是控制臂、轉向節。以轉向節為例,在對其進行設計時,有關人員將鑄鋁材料作為首選,在CAE結構的輔助下,弱化低應力區域并強化高應力區域,確保零件擁有均衡應力,而這樣做所帶來的積極影響,通常表現為:使提高效果的目標成為現實,均衡的零部件應力為質量降低提供了保證。

  2.3 發展方向

  2.3.1 引入計算機

  在汽車業快速進步的當下,輕量化設計走入人們視野,如何科學選用輕量化材料與技術,確保汽車制造及相關工作得到順利開展,現已成為亟待解決的問題。由上述內容可知,對鋁合金、高強度鋼等新型材料加以運用,可使底盤功能得到保證,此外,汽車油耗也會隨著質量的降低而降低,這與社會倡導的節能減排理念不謀而合。

  信息時代的來臨,使計算機技術呈現出迅猛的發展勢頭,對底盤懸架進行設計時,如果條件允許,有關人員可引入計算機技術,通過輔助設計優化的方式,使零件質量大幅降低,在優化制造效率的基礎上,將驗證零件需要投入的成本控制在合理范圍內,這樣做可使產品更具競爭力。由實踐經驗可知,計算機的運用方向主要有概念設計、方案設計等,具體如下:對概念設計進行拓撲優化,使部件擁有更為理想的空間布置方案及結構;以動力學為切入點,對方案進行設計并優化,確保懸架部件空間與載荷均衡;比對并優化結構,對設計成熟度有顯著的提升效果;在汽車進入量產前,運用計算機優化已成型工藝,通常能夠賦予產品更為理想的穩定性及工藝性[4].

  2.3.2 控制設計成本

  研究表明,要想使汽車制造表現出更為理想的經濟效益,既要對底盤懸架進行輕量化設計,還應當以制造成本為依據,通過評估現有方案的方式,確保汽車兼具實用性及經濟型。簡單來說,就是全方位、多角度衡量技術成本和材料成本,確定符合實際需求的方案,通過推動輕量化發展的方式,為汽車業注入動力,使其擁有更大的影響力和競爭實力。

  2.3.3 加大產品開發力度

  在開發底盤懸架部件時,有關人員應將輕量化設計作為指導思想,確保該原則貫穿產品制造的各個環節,為產品功能性與安全性提供保證。除此之外,以下內容也需要加以了解:以優化開發全過程為前提,通過建立開發標準,確保懸架及其他部件始終處于均衡狀態,隨后,結合不同目標所表現出的特征,擬定切實可行的提升方案,通常可取得事半功倍的效果。

  3 結論

  綜上所述,對懸架關鍵部件進行輕量化設計,其效果能否達到預期,主要取決于兩個方面:設計工作是否貫穿制造及驗證始終;設計方案是否做到工藝、材料與成本的平衡。只有滿足上述要求,才能使設計目標具備達成的條件,在未來一段時間內,上述內容仍然是討論的重點,有關人員應對此引起重視。

  參考文獻

  [1]劉平義,柯呈鵬,李海濤,等。丘陵山區農用預檢測主動調平底盤設計與試驗[J]農業機械學報, 2020,51(3):371-378.

  [2]田萌健,李偉鋒, 孟德樂,等。面向機動性與操縱穩定性的輪邊集成底盤系統設計[J].機械工程學報, 2019,55(22):11-20.

  [3]古紅曉,魯秀偉,趙建書,等汽車底盤的模塊化設計技術研究與應用的思考[J].時代汽車, 2018(12):97-98.

  [4]陳松松,李允旺,賈瑞清,等具有柔性懸架的履帶式移動底盤設計及其越障機理分析[J]中國科技論文, 2016,11(16):1813-1816.

作者單位:北京航空航天大學寧波創新研究院
原文出處:李巍.汽車底盤懸架關鍵部件輕量化設計分析[J].科技與創新,2021(07):134-135.
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