雙橫臂獨(dú)立懸架安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及分析

王勖

摘 要：越野汽車由于經(jīng)常通過復(fù)雜苛刻路況，對車輛的攀爬能力及通過性要求很高。不等長雙橫臂獨(dú)立懸架由于其較低的側(cè)傾中心高度，且輪距變化小，輪胎偏磨少，采用到越野汽車上能提升整車的行駛穩(wěn)定性和通過性，但是這對雙橫臂獨(dú)立懸架車架縱梁安裝結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。多數(shù)越野汽車采用整體式車架，車架斷面均勻，后懸多為連桿結(jié)構(gòu)，同時在車架兩側(cè)布置安裝結(jié)構(gòu)，受限于懸架安裝空間和車輪跳動行程。本文主要設(shè)計一種雙橫臂獨(dú)立懸架的安裝結(jié)構(gòu)，采用變截面分段式焊接車架，通過有限元分析，優(yōu)化了安裝結(jié)構(gòu)和布置空間，使整車通過性大幅提高。

關(guān)鍵詞：越野車；車架；雙橫臂獨(dú)立懸架；設(shè)計優(yōu)化；

中圖分類號：U463.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2017）04-0008-05

Abstract： Off-road vehicles due to the often complicated and harsh road conditions， the vehicle's climbing ability and high pass requirements. Double wishbone suspension due to its lower roll center height， and the track of small changes， tire eccentric wear less used off-road vehicles can enhance the vehicle's driving stability and the vehicle， but the double wishbone independent suspension frame mounting structure has a higher request. Most of the off-road vehicle with integral frame， frame section， rear multi link structure， while mounted on both sides of the frame layout and installation structure， due to the suspension of the installation space and wheel travel. In this paper， a kind of double wishbone independent suspension mounting structure is designed， which is based on the variable cross-section welding frame. Through the finite element analysis， the structure and the layout space are optimized.

Key Words： off-road vehicle； frame； double wishbone suspension； design optimization

越野車經(jīng)常在壞路面甚至無路地帶行駛，采用雙橫臂獨(dú)立懸架，在一定的懸架行程范圍內(nèi)，左右車輪的跳動沒有直接的相互影響，可有效減少車身的傾斜和振動，并減小車架及車身的扭轉(zhuǎn)有利于延長底盤零件的使用壽命，同時對于轉(zhuǎn)向軸而言有助于消除轉(zhuǎn)向輪不斷偏擺帶來的不良影響，有利于整車操縱穩(wěn)定性。

它還可以增加汽車離地間隙，車輪都與路面有良好的接觸，從而增大牽引力，大大提高越野車的通過性。由于車輪有較大的上下運(yùn)動空間，可以將懸架系統(tǒng)的剛度設(shè)計的較小，使車身振動頻率降低，改善行駛平順性。

與其他結(jié)構(gòu)形式的獨(dú)立懸架相比，雙橫臂式獨(dú)立懸架只要適當(dāng)選擇、優(yōu)化上下橫臂的長度，并通過合理的布置、就可以使輪距及前輪定位參數(shù)變化均在可接受的限定范圍內(nèi)，保證 汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。此外雙橫臂式懸架在中型高機(jī)動越野車上的設(shè)計適應(yīng)性、性能適用性和生產(chǎn)及使用適用性較為均衡，采用雙橫臂獨(dú)立懸架時，設(shè)計車輪定位參數(shù)的變化及側(cè)傾中心位置的自由度比較大，與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計合理匹配，可以得到最佳的操縱性和平順性。

傳統(tǒng)的越野汽車多采用整體式焊接車架，同時后橋多采用整體式車橋及非獨(dú)立懸架，只有少數(shù)車輛采用斷開式車橋及獨(dú)立懸架。如果后懸采用雙橫臂獨(dú)立懸架，受限于此種懸架系統(tǒng)的安裝空間、底盤布置和車架成型工藝限制，此類越野車型的通過性無法達(dá)到更好，故該設(shè)計采用分段焊接式車架，則能較好的解決以上問題。

多數(shù)的越野汽車雙橫臂懸架的整體式車架，車架斷面規(guī)則均勻，同時在車架兩側(cè)布置安裝安裝結(jié)構(gòu)，受限于懸架安裝空間和車輪跳動行程，通過性無法達(dá)到更好。該設(shè)計更改安裝結(jié)構(gòu)布置和車架局部斷面形狀，解決以上問題。

1 車架設(shè)計

該獨(dú)立懸架安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計基于一種分段焊接式車架結(jié)構(gòu)，車架縱梁采用前后分段內(nèi)外搭接焊接方式，內(nèi)部附加多段加強(qiáng)襯板結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)襯板結(jié)構(gòu)形狀滿足車架工藝要求。橫梁與縱梁采用焊接形式，橫梁為上下片焊接結(jié)構(gòu)。

新設(shè)計縱梁下表面局部內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部附加多層襯板，在不抬高縱梁中后端面高差，保持較好成型工藝性的前提下，減小了半軸初始內(nèi)外節(jié)角度，加大了半軸的跳動空間與后懸架的跳動行程。車架結(jié)構(gòu)如圖1所示：

2 雙橫臂獨(dú)立懸架安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

2.1 上、下三角臂前、后安裝支架設(shè)計

新設(shè)計懸架上三角臂安裝固定結(jié)構(gòu)，其中上三角臂通過焊接在縱梁上翼面的2個幾字形支架安裝，支架為內(nèi)外板搭接結(jié)構(gòu)，保證較好的固定剛度，同時幾字形支架由于固定在縱梁上翼面，一方面加大了縱梁有效寬度，改善了車架成型工藝，擴(kuò)大了底盤布置空間，另外也加大了三角臂設(shè)計跨度，增加了懸架系統(tǒng)的側(cè)傾中心高度；懸架下三角臂通過橫梁兩端U形支架實(shí)現(xiàn)安裝。上下三角臂安裝結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示：

2.2 螺旋彈簧及減震器安裝支架

新設(shè)計螺旋彈簧及減振器安裝支架，采用沖壓成型，內(nèi)、外板搭接焊接工藝連接，保證了較好的固定剛度，滿足了螺旋彈簧及減震器的安裝同時優(yōu)化了布置空間。螺旋彈簧及減振器安裝結(jié)構(gòu)如圖4所示：

2.3 前后彈性緩沖塊安裝支架設(shè)計

緩沖塊能夠限制懸架最大變形量的裝置。它減輕輪邊對車架（或車身）的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過大的變形。緩沖塊由橡膠塊、鋼板、螺栓組成。新設(shè)計懸架彈性緩沖塊安裝結(jié)構(gòu)，充分考慮與已有支架共用，保證最大通用化，緩沖塊支架采用上下板焊接成型，提高了支架強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)對懸架系統(tǒng)的緩沖功能，同時滿足推力桿支架安裝需求。前后彈性緩沖塊安裝結(jié)構(gòu)如圖5所示：

2.4 設(shè)計方案說明

圖6、圖7雙橫臂獨(dú)立懸架縱梁安裝結(jié)構(gòu)示意圖，雙橫臂獨(dú)立懸架縱梁安裝結(jié)構(gòu)包括車架縱梁3、前橫梁1和后橫梁2、懸架系統(tǒng)上三角臂安裝支架5和6、下三角臂安裝支架7和10、螺旋彈簧及減震器安裝支架4、彈性緩沖塊安裝支架8和11、推力桿安裝支架9。前橫梁1和后橫梁2分別通過兩端U型斷面支架7和10和縱梁3垂直焊接，同時下三角臂由橫梁一端的U形支架7和10安裝；上三角臂由焊接在縱梁上翼面上的2個內(nèi)外板搭接幾字形斷面的支架5和6安裝。螺旋彈簧及減震器由焊接在縱梁上翼面上的固定支座4連接，安裝支座4位于上三角臂后安裝支架5后方。前彈性緩沖塊由縱梁下翼面上焊接的內(nèi)外板搭接的腳型支架8來固定，此支架上搭接焊接幾字形支架9連接推力桿。后彈性緩沖塊由焊接在后橫梁上的內(nèi)外板搭接的腳型支架10安裝。2個彈性緩沖塊支架的縱梁下翼面局部內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)，避讓半軸跳動。

圖8雙橫臂獨(dú)立懸架縱梁安裝結(jié)構(gòu)分解圖，雙橫臂獨(dú)立懸架縱梁安裝結(jié)構(gòu)包括：縱梁第三內(nèi)板、縱梁第三內(nèi)板內(nèi)側(cè)加強(qiáng)板1、縱梁第三外板、左后簧座外板、后懸架左上擺臂支架外板、后懸架左后限位塊上板、后懸架左后限位塊下板、后懸架后下擺臂安裝支架、后懸架前下擺臂安裝支架、后懸架左推力桿支架、后懸架左前限位塊上板、后懸架左前限位塊下板、縱梁第三外板內(nèi)側(cè)加強(qiáng)板2、縱梁第三內(nèi)板內(nèi)側(cè)加強(qiáng)板2、左縱梁第二內(nèi)板、后懸架左上擺臂支架內(nèi)板、左后簧座內(nèi)板。

3 有限元分析

本次車架模型總重260kg，在建模過程中通過軟件把Catia模型導(dǎo)入到Hypermesh中進(jìn)行網(wǎng)格的劃分并建立有限元的模型。網(wǎng)格的尺寸設(shè)定為10×10mm四邊形殼單元，整個車架模型共有139262個單元和149873個節(jié)點(diǎn)。其模型如圖9所示：

3.1 動剛度分析

左后下擺臂安裝點(diǎn)如圖10、圖11所示：

左后上擺臂安裝點(diǎn)如圖12、圖13所示：

動剛度分析數(shù)據(jù)如表1所示：

結(jié)論：經(jīng)過動剛度分析，本輪安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計值優(yōu)于目標(biāo)值，滿足要求。

3.2 后推力桿支架強(qiáng)度分析

邊界條件如下：

后推力桿支架強(qiáng)度有限元分析如圖14所示：

強(qiáng)度分析如表2所示：

結(jié)論：經(jīng)過計算某工況最為苛刻，故上述只輸出該工況下的計算結(jié)構(gòu)。經(jīng)過有限元強(qiáng)度分析，推力桿支架和焊縫在位移、強(qiáng)度、應(yīng)變設(shè)計值均優(yōu)于目標(biāo)值，滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

本次設(shè)計為適應(yīng)國家軍民融合戰(zhàn)略需求，借鑒軍用高機(jī)動越野車車架的優(yōu)勢，設(shè)計一種雙橫臂獨(dú)立懸架安裝結(jié)構(gòu)，并在該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。該結(jié)構(gòu)采用沖壓和拼焊工藝，運(yùn)用SAPH系列材料，使該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度得到了提升，同時滿足底盤各個總成的安裝、維修需求，提高整車性能，使整車融入軍車血統(tǒng)的高越野性、高安全性和高機(jī)動性，具備征服一切極端氣候環(huán)境及路面的能力。

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