汽車(chē)結(jié)構(gòu)輕量化的研究

汽車(chē)結(jié)構(gòu)輕量化是各大主機(jī)廠和研究機(jī)構(gòu)低碳化研究的主題之一，本文總結(jié)了國(guó)際上車(chē)身、座椅和底盤(pán)零部件輕量化結(jié)構(gòu)研究的最新成果。

1 車(chē)身結(jié)構(gòu)輕量化

1.1 Tshwane技術(shù)大學(xué)用復(fù)合材料開(kāi)發(fā)冷藏車(chē)輕質(zhì)保溫車(chē)體[1]

這項(xiàng)研究的概念是通過(guò)輕質(zhì)隔熱面板降低冷藏車(chē)輛的能耗，因?yàn)檫@種介質(zhì)可以有效減少整車(chē)的載荷。在這項(xiàng)工作中取得的部分進(jìn)展是為了使用纖維負(fù)載和取向作為制造參數(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)五種不同的用于絕緣板的復(fù)合覆蓋板，并且結(jié)果表明與未取向的復(fù)合覆蓋板相比，取向的增強(qiáng)復(fù)合材料提供顯著的重量減輕。這些新材料的面板重量是使用冷藏車(chē)輛的所有概念參數(shù)估計(jì)的，并且結(jié)果表明，用10%重量的纖維在基體中30°取向，對(duì)于50mm和100mm的絕緣厚度，分別提供5.238 kg/m2和6.738 kg/m2的最佳面板。

用于開(kāi)發(fā)這些復(fù)合片材的材料是ampreg21環(huán)氧樹(shù)脂及其相應(yīng)的硬化劑。增強(qiáng)纖維是e-玻璃，并使用PVA樹(shù)脂作為脫模劑以確保從模具中充分和有效地復(fù)合脫模。顯示了增強(qiáng)纖維和樹(shù)脂的物理和熱性能，并且這些特性有時(shí)在復(fù)合密度中起主要作用，復(fù)合密度是考慮中的主要因素。

這項(xiàng)研究工作開(kāi)發(fā)了5張不同程度的纖維復(fù)合板。

增強(qiáng)和制造參數(shù)是基于不同的纖維負(fù)載和方向。用3種不同的纖維負(fù)載量（10,20和30wt%）將這些復(fù)合片材顯影，它們分別表示為：G 10 E，G 20 E和G 30 E，全部在0°取向，玻璃纖維相對(duì)于也由G 20 E 30和G 20 E 60表示的增強(qiáng)基礎(chǔ)纖維（30°和60°）以?xún)桑?）種不同的纖維取向排列。

這些復(fù)合材料在30°和60°取向的纖維分別為10和20%的重量。按照數(shù)據(jù)表中的規(guī)定，聚合物復(fù)合材料的單個(gè)鑄件在從模具中取出之前在室溫下在40kg的載荷下固化24小時(shí)。隨后進(jìn)行后固化處理，其中使每個(gè)鑄件在室溫下再固化24小時(shí)。

Fig. 3. Degree of panel weight using(i)oriented composite materials and metallic sheet as insulation cover,and(ii)using different proportion of five composite materials as insulation cover

這個(gè)實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)能夠減輕車(chē)重，這在面板重量分析中很明顯，與金屬板相比最多可以降低50%的重量（文中Fig.3）。這項(xiàng)研究同樣顯示了定向增強(qiáng)復(fù)合材料在減輕重量方面的影響，這是一種按照冷藏車(chē)輛的隔熱面板有效載荷減少能量的新方法。如果采用定向增強(qiáng)復(fù)合板作為絕緣板蓋板，本研究取得的部分進(jìn)展是降低能耗的前景。

1.2 用于鋁框架結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)輕型汽車(chē)[2]

馬來(lái)西亞的UniMAP大學(xué)設(shè)計(jì)并制造了使用太陽(yáng)能來(lái)為其電池充電的電動(dòng)車(chē)。該設(shè)計(jì)考慮使用輕質(zhì)材料和部件，因?yàn)橹亓渴擒?chē)輛在節(jié)能方面的重要因素。車(chē)輛主體結(jié)構(gòu)使用厚度為3.14mm的38mm鋁制空心管制造。其他使用的組件如車(chē)輪、彈簧懸架、轉(zhuǎn)向裝置和座椅是現(xiàn)有的通用部件。

該車(chē)使用最大轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘的48V直流（DC）永磁電機(jī)。后輪的擺臂設(shè)計(jì)成可以在垂直方向上自由移動(dòng)。在前輪和后擺臂上使用四個(gè)摩托車(chē)彈簧阻尼器懸架單元。后輪由兩個(gè)70英寸的輪胎組成，它們連接在一起以支撐擺臂上的直流電機(jī)的重量。左前輪和右前輪由21英寸輪胎和鋁制運(yùn)動(dòng)輪輞組成。

開(kāi)發(fā)了三輪輕型電動(dòng)汽車(chē)全車(chē)模型（見(jiàn)文中Figure 1）和駕駛員三自由度模型，并結(jié)合研究了被動(dòng)懸架系統(tǒng)衰減通過(guò)路面駝峰時(shí)的振動(dòng)的性能。模擬結(jié)果表明懸架能夠減少振動(dòng)水平。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與模擬結(jié)果非常吻合。因此，當(dāng)車(chē)輛在不同類(lèi)型的路況下行駛時(shí)，可以進(jìn)一步使用模型來(lái)選擇用于懸架系統(tǒng)的最佳參數(shù)。仿真分析為設(shè)計(jì)人員選擇提供了很大的優(yōu)勢(shì)，并在實(shí)施完成之前確定車(chē)輛的最有效系統(tǒng)和參數(shù)(見(jiàn)文中 Table2)。

Figure 1.Lightweight electric car

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2 輕質(zhì)夾層座椅輕量化設(shè)計(jì)減重57%[3]

德國(guó)Chemnitz技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種具有夾層結(jié)構(gòu)的輕型車(chē)輛前座椅，該座椅由玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料制成的表層和由填充有聚氨酯泡沫的間隔織物組成。座椅結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度測(cè)試模擬使用有限元分析方法進(jìn)行。結(jié)果驗(yàn)證了車(chē)輛座椅在靜態(tài)載荷下具有足夠強(qiáng)度的新型夾層設(shè)計(jì)。憑借創(chuàng)新的輕量化設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)批量生產(chǎn)的參考座椅相比，座椅質(zhì)量減少了57%。

夾層結(jié)構(gòu)，即雙殼結(jié)構(gòu)可以更自由地設(shè)計(jì)，以便將不同的車(chē)身尺寸與內(nèi)殼分別匹配，而外殼的設(shè)計(jì)則滿(mǎn)足強(qiáng)度要求并確保安裝到車(chē)輛上。期望具有夾層結(jié)構(gòu)的座椅的優(yōu)化的能量吸收提高了乘員的安全性和舒適性。

在這種設(shè)計(jì)中，座椅殼體主要具有平面形狀而沒(méi)有任何增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，因此可以在一次沖壓過(guò)程中容易地制造。每個(gè)內(nèi)殼和外殼的厚度均為2mm。夾層芯填充內(nèi)殼和外殼之間的空腔，厚度可以從座椅靠背和座墊之間的過(guò)渡區(qū)域的邊界處的4mm到大約50mm處可變地調(diào)節(jié)。

最初，在測(cè)試模型中分析標(biāo)準(zhǔn)載荷情況，以便可以實(shí)施具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的合適材料。根據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（UNECE）的歐洲防撞規(guī)定“ECE R 17”設(shè)計(jì)規(guī)范，該規(guī)范是一個(gè)統(tǒng)一的車(chē)輛設(shè)計(jì)法規(guī)體系，以便于國(guó)際貿(mào)易定義強(qiáng)度測(cè)試（見(jiàn)文中Figure 2）。在靠背的上部，向后的縱向力施加在靠背的后部。

Figure 2: Test of strength of theseat back[1]and simplified beam model

在座位參考點(diǎn)（R）周?chē)a(chǎn)生530 N·m的扭矩。R點(diǎn)是由汽車(chē)制造商為每個(gè)就座位置定義的設(shè)計(jì)點(diǎn)，它是相對(duì)于三維參考系的軀干和大腿的樞軸中心。

在這項(xiàng)工作中，開(kāi)發(fā)了一種夾層結(jié)構(gòu)的車(chē)輛前座，該車(chē)可以節(jié)省高達(dá)57%的城市車(chē)的重量。這項(xiàng)技術(shù)可以方便地轉(zhuǎn)移到大規(guī)模生產(chǎn)中，從最新的研究到汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)輕量級(jí)的多材料設(shè)計(jì)。

根據(jù)目前的研究，需要開(kāi)發(fā)一體化發(fā)泡注塑成型的沖壓工藝。最初，兩個(gè)熱塑性預(yù)浸料片材需要在限定的溫度下預(yù)熱。然后，工具將被關(guān)閉，內(nèi)殼和外殼分開(kāi)形成。成形過(guò)程完成后，工具將被打開(kāi)，借助旋轉(zhuǎn)板將兩個(gè)殼體一起放入一個(gè)空腔中。在插入3D紡織品之后，殼體將通過(guò)注入泡沫連接并最終從模具中取出。

3 底盤(pán)零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)減重潛力巨大

底盤(pán)被認(rèn)為是汽車(chē)最重要的組成部分，在不同情況下確保車(chē)輛強(qiáng)度和穩(wěn)定性。底盤(pán)是任何車(chē)輛的結(jié)構(gòu)支柱，底盤(pán)車(chē)架必須承受所產(chǎn)生的應(yīng)力和變形在有限的范圍內(nèi)。底盤(pán)零部件常用的材料是低碳鋼，隨著技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合材料應(yīng)用在板簧的研究中、懸架中的復(fù)合材料彈簧、灰鑄鐵制動(dòng)盤(pán)設(shè)計(jì)和分體式懸架設(shè)計(jì)等取得了一定進(jìn)展。

3.1 復(fù)合材料的重型車(chē)輛底盤(pán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析[4]

使用復(fù)合材料（如碳素環(huán)氧樹(shù)脂，E玻璃環(huán)氧樹(shù)脂，S2玻璃環(huán)氧樹(shù)脂）作為材料的底盤(pán)進(jìn)行分析。由于復(fù)合材料重量輕、強(qiáng)度高，在許多工程應(yīng)用中取代傳統(tǒng)金屬，為復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)分析處理承受機(jī)械和熱負(fù)荷的工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。與傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和延展性，以及與彎曲和膜相關(guān)的機(jī)械性能，改善的斷裂韌性，更長(zhǎng)的疲勞壽命和優(yōu)異的抗沖擊性。分析結(jié)果可用于選擇底盤(pán)的最佳材料。需要對(duì)底盤(pán)進(jìn)行疲勞分析，以承受底盤(pán)的動(dòng)態(tài)負(fù)載和總壽命。

為了驗(yàn)證底盤(pán)的仿真和實(shí)驗(yàn)分析，已經(jīng)使用了動(dòng)態(tài)相關(guān)技術(shù)和有限元工具的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元結(jié)合使用來(lái)預(yù)測(cè)卡車(chē)底盤(pán)的動(dòng)態(tài)特性，如自然頻率和相應(yīng)的模態(tài)形狀。固有頻率和振型是機(jī)箱設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。操作期間，如果叉車(chē)底盤(pán)在共振時(shí)被激發(fā)，可能會(huì)造成損壞。因此，基于有限元分析的結(jié)果。通過(guò)底盤(pán)進(jìn)一步增強(qiáng)了當(dāng)前的底盤(pán)，以提高其剛度并降低振動(dòng)水平。與重型車(chē)輛底盤(pán)相同的承載能力的復(fù)合材料，減重73%-40%。聚合物復(fù)合重型車(chē)輛底盤(pán)的自然頻率比鋼底盤(pán)高32%-54%，比鋼底盤(pán)高66-78%。在結(jié)構(gòu)分析中，改進(jìn)后的模型的應(yīng)力、位移和應(yīng)變得到了改善。疲勞結(jié)果表明，與現(xiàn)有模型相比，修改后的模型損傷百分比較低。

3.2 灰鑄鐵應(yīng)用于重型車(chē)輛制動(dòng)盤(pán)設(shè)計(jì)[5]

鑄鐵制動(dòng)盤(pán)通常用于汽車(chē)工業(yè)，并且需要更好地了解制動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的熱和機(jī)械現(xiàn)象。制動(dòng)時(shí)的高熱機(jī)械負(fù)荷來(lái)自制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)襯片之間的相互作用。摩擦加熱通常以帶狀或熱點(diǎn)形式產(chǎn)生具有不均勻空間分布的高溫，這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致材料疲勞和磨損，并可能導(dǎo)致開(kāi)裂，先進(jìn)的校準(zhǔn)材料模型的使用是重要的。

在本研究中，采用了Gurson-Tvergaard-Needleman型的材料模型，該模型考慮了拉伸和壓縮的不對(duì)稱(chēng)屈服、運(yùn)動(dòng)硬化效應(yīng)、粘塑性響應(yīng)和溫度依賴(lài)性。使用單軸循環(huán)加載下測(cè)試的樣本對(duì)材料模型進(jìn)行校準(zhǔn)，溫度范圍從室溫到650C。遵循特殊的測(cè)試協(xié)議，旨在激活材料模型的不同特征。通過(guò)使用拉伸試驗(yàn)和熱機(jī)械實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證模型。使用商業(yè)有限元代碼Abaqus分析制動(dòng)盤(pán)的扇區(qū)。

采用了基于Seifert和Riedel以及Metzger和Seifert先前工作的材料模型，并且它解釋了非線性彈性、塑性、粘塑性、運(yùn)動(dòng)硬化、產(chǎn)生拉伸和壓縮的不對(duì)稱(chēng)以及由空隙成核引入的孔隙率。該模型通過(guò)使用從非標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)，所述非標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變歷史被設(shè)計(jì)為包括具有不同應(yīng)變幅度和不同應(yīng)變的循環(huán)速率以及不同應(yīng)變時(shí)期（停留時(shí)間）。目的是激活材料模型的不同特征。此外，材料模型使用受控的單軸試樣的熱機(jī)械疲勞（TMF）測(cè)試來(lái)驗(yàn)證溫度與受控機(jī)械應(yīng)變。該模型在Fortran中實(shí)現(xiàn)，并可以鏈接到商業(yè)有限元（FE）軟件Abaqus。

目前工作的目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)材料模型，可以模擬灰鑄鐵在熱機(jī)械加載下的循環(huán)行為。用于校準(zhǔn)修改后的GTN材料模型的等溫應(yīng)變控制測(cè)試旨在激活模型的不同特征。對(duì)于0.3%的應(yīng)變，該協(xié)議被認(rèn)為是良好的，最高達(dá)500℃，對(duì)于0.2%的應(yīng)變，該協(xié)議可滿(mǎn)足650℃。

實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于溫度低于300°C的較短制動(dòng)，可忽略粘性影響。使用TMF測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證表明，材料模型可以令人滿(mǎn)意地預(yù)測(cè)高達(dá)0.3%的機(jī)械應(yīng)變應(yīng)力。盡管事實(shí)上TMF實(shí)驗(yàn)是在50℃和700℃之間循環(huán)進(jìn)行的，而校準(zhǔn)只進(jìn)行到650℃，外推材料參數(shù)高達(dá)700℃。結(jié)果表明，對(duì)現(xiàn)有模型提出的模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。

3.3 KTH概念車(chē)的輕質(zhì)懸架系統(tǒng)與材料測(cè)試[6]

該項(xiàng)目為皇家技術(shù)研究所概念車(chē)（KTH-RCV）設(shè)計(jì)彈簧、阻尼器和懸架的可能性系統(tǒng)。該項(xiàng)目還研究未來(lái)在車(chē)輛中使用該系統(tǒng)的可能性。

這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是設(shè)計(jì)和構(gòu)建一個(gè)工作組合，包括用于KTH-RCV的減振器和懸架系統(tǒng)，在本文中稱(chēng)為橫向板簧。該項(xiàng)目的另一個(gè)目標(biāo)是利用構(gòu)建KTHRCV系統(tǒng)所獲得的知識(shí)，預(yù)測(cè)汽車(chē)行業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)中復(fù)合懸架系統(tǒng)的未來(lái)使用情況。

該方法包括為解決復(fù)合懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造而構(gòu)建初始多個(gè)解決方案。使用“要求和限制”部分中的系統(tǒng)定義對(duì)解決方案進(jìn)行分析和評(píng)估。進(jìn)行的分析和數(shù)值（FEM）計(jì)算是為了驗(yàn)證解決方案是否符合實(shí)際考慮。對(duì)于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，使用表格材料特性和測(cè)試材料特性來(lái)構(gòu)建假設(shè)的穩(wěn)健性。

由于該項(xiàng)目的重點(diǎn)在于車(chē)輛的懸架系統(tǒng)，因此有必要熟悉當(dāng)今車(chē)輛中存在的不同懸架系統(tǒng)。有許多不同的解決方案可以使駕駛室更加舒適和安全。KTH-RCV目前使用雙橫臂懸掛系統(tǒng)，對(duì)使用推桿彈簧和阻尼器連接進(jìn)行了修改。

車(chē)輛懸架的一個(gè)重要部分是使用橫向穩(wěn)定桿。橫向穩(wěn)定桿傳統(tǒng)上是一種金屬管，安裝在汽車(chē)左右兩側(cè)。它的工作原理是，如果懸架的一側(cè)被壓縮，則桿將載荷傳遞到車(chē)輛的另一側(cè)，從而基本上使得壓縮的懸架側(cè)更硬并且禁止側(cè)傾。如果兩個(gè)車(chē)輪同時(shí)被壓縮，防側(cè)傾桿不會(huì)增加剛度。

市場(chǎng)上和今天的研究都是使用復(fù)合材料的懸架系統(tǒng)材料替代傳統(tǒng)螺旋彈簧。不同的懸架組件可以用復(fù)合材料制造，主要是按順序以減少車(chē)輛的質(zhì)量。特別在減輕重量的賽車(chē)運(yùn)動(dòng)中（Preston，2010）尤為突出，其中大部分懸架系統(tǒng)部件均由復(fù)合材料制成。在公共汽車(chē)行業(yè)中，沒(méi)有任何復(fù)合材料部件被用于承載懸架部件。然而，包含復(fù)合彈簧技術(shù)的不同懸架系統(tǒng)正在開(kāi)發(fā)和使用中。一些解決方案結(jié)合了常規(guī)螺旋彈簧的復(fù)合替代（Composite World，2014）。其他結(jié)合下面進(jìn)一步介紹的復(fù)合板簧的不同解決方案。

從1963年開(kāi)始，通用的雪佛蘭克爾維特使用橫向復(fù)合材料葉片彈簧，最初是后部，后來(lái)是前部和后部懸架，沃爾沃960旅行車(chē)中可以找到復(fù)合橫向鋼板彈簧系統(tǒng)。

復(fù)合材料葉片彈簧有許多優(yōu)點(diǎn)，首先該系統(tǒng)重量更輕，重量減少將近70%。減少重量不僅降低了車(chē)輛的整體重量，而且還降低了懸架系統(tǒng)的非簧載質(zhì)量，從而導(dǎo)致更加靈敏的駕駛。此外，復(fù)合材料本身具有高度耐腐蝕性，其耐久性是史無(wú)前例的。這意味著彈簧不會(huì)像傳統(tǒng)的螺旋彈簧一樣磨損;實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，復(fù)合材料鋼板彈簧的壽命超過(guò)了800萬(wàn)次，從最大偏轉(zhuǎn)到最小偏轉(zhuǎn)，而鋼卷相當(dāng)于75000次（Car Bibles，2013）。彈簧的包裝允許較低的重心以及空間保守，允許變成較小汽車(chē)。橫向彈簧裝置的另一大優(yōu)點(diǎn)是，在轉(zhuǎn)彎時(shí)，當(dāng)外輪要壓縮懸架并且內(nèi)輪要拉伸懸架時(shí)。橫向彈簧的作用在一定程度上禁止橫向穩(wěn)定桿產(chǎn)生相同的動(dòng)作。橫向彈簧不一定會(huì)承受所有這些滾動(dòng)力，但會(huì)限制常規(guī)系統(tǒng)的橫向穩(wěn)定桿所需的尺寸，從而進(jìn)一步減輕重量。

KTH-RCV的橫向穩(wěn)定桿

KTH-RCV在懸掛系統(tǒng)中沒(méi)有配備橫向穩(wěn)定桿，而是將懸掛系統(tǒng)調(diào)整得稍微硬一些，以防止車(chē)輛側(cè)傾。模擬KTH-RCV的防側(cè)傾桿，以協(xié)助處理汽車(chē)的整體特性。單輪壓縮剛度增加16.5%將有非常積極的結(jié)果，在轉(zhuǎn)彎時(shí)可減少1.5°，并且平衡性更好。如果橫向穩(wěn)定桿的剛度增加，＞16.5%，則懸架特性會(huì)進(jìn)一步改善。對(duì)于后懸架，不需要橫向穩(wěn)定桿（Nybacka，ADAMS在KTH-RCV的橫向穩(wěn)定桿研究中，2014）。由于橫向鋼板彈簧本身具有抗側(cè)傾特性，如3.4.4橫向復(fù)合鋼板彈簧-橫向穩(wěn)定桿特性所述，在設(shè)計(jì)中加入防傾桿特性是很自然的。為前懸架選擇20%橫向穩(wěn)定桿的目標(biāo)，為后部選擇0%橫向穩(wěn)定桿。

KTH-RCV中的粘性阻尼

目前汽車(chē)減振器的溫度依賴(lài)性是可以忽略的。因此，此次不會(huì)調(diào)研材料的粘性阻尼的溫度依賴(lài)性。然而，時(shí)間效應(yīng)對(duì)于未來(lái)聚合材料阻尼器的設(shè)計(jì)非常重要。應(yīng)該調(diào)查蠕變，松弛和老化，但由于時(shí)間限制不包括在這個(gè)項(xiàng)目中。在該項(xiàng)目中，為了符合KTHRCV的所需阻尼特性，將研究加載頻率（和伴隨應(yīng)變率）。此外，還將研究材料可能的預(yù)加載特性。

粘彈性材料的測(cè)試

測(cè)試三種不同的粘彈性材料的拉伸和剪切粘彈性特點(diǎn)。測(cè)試的主要目的是找到彈性（拉伸和拉伸）剪切）在有限元模擬中使用的材料的模量。應(yīng)變（和應(yīng)力）所用的拉伸試驗(yàn)機(jī)是Instron5567帶5kN稱(chēng)重傳感器。

測(cè)試材料是：

·天然橡膠含量高的軟橡膠（Para橡膠）

·硬天然橡膠

·粘彈性（慢恢復(fù)SR 60）泡沫，SR 60特性不是

可以在網(wǎng)上查詢(xún)，參見(jiàn)（SR 65中）。

復(fù)合材料

分析概念中使用的材料是完全各向同性的。使用各向同性材料對(duì)于橫向彈簧性能不一定是最佳的，但是在初始分析計(jì)算中為簡(jiǎn)單起見(jiàn)而選擇。在FEM設(shè)計(jì)計(jì)算中，選擇正交異性材料特性以進(jìn)行更徹底的模擬。

粘彈性材料

選擇用于KTH-1型橫向板簧設(shè)計(jì)的粘彈性材料，RCV是硬質(zhì)橡膠，橡膠的材料特性可以從中找到材料測(cè)試的定義粘彈性材料的測(cè)試結(jié)果。

3.4 基于模型的輕型車(chē)輛分體式車(chē)輪懸架設(shè)計(jì)[7]

將輕量化的施工方法應(yīng)用于未來(lái)電動(dòng)車(chē)的設(shè)計(jì)中，可減輕車(chē)身和底盤(pán)的重量。但是，與簧下質(zhì)量相比，簧上質(zhì)量的百分比減少的趨勢(shì)更大。因此，可能會(huì)出現(xiàn)在道路接觸和道路控制之間始終需要找到的妥協(xié)的不利后果。這需要額外的安排以達(dá)到最先進(jìn)的傳統(tǒng)車(chē)輛的性能。本文提出了一種可能的設(shè)計(jì)方案。輪架分為兩部分，從而能夠相應(yīng)地調(diào)整頻率響應(yīng)參考車(chē)輛。除了技術(shù)解決方案之外，還介紹了所提出的懸架系統(tǒng)的Modelica建模以及車(chē)輛動(dòng)力學(xué)和平順性評(píng)估。

下面介紹的解決方案是將輪架分成兩部分-輪轂和車(chē)身本身-彼此導(dǎo)向和懸掛（文中Figure4.）。就這樣非懸掛部分下部由車(chē)輪、輪胎、制動(dòng)盤(pán)和支撐輪轂軸承和制動(dòng)鉗的支架組成。拆分簧下質(zhì)量塊的上部包含連接懸掛連桿安裝件和輪轂架其余部分的部件。額外的彈簧元件假定為橡膠襯套元件或襯套元件和輔助件的組合。

Figure 4: Technical Solution of thesplit wheel carrier

為了實(shí)現(xiàn)上述方案，檢查了幾個(gè)技術(shù)解決方案。最后，選擇了具有線性滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的解決方案。它由兩個(gè)密封的直線滑動(dòng)軸承（圖中淺灰色部分）與輪轂（紫色）牢固連接，并通過(guò)支撐輪架結(jié)構(gòu)（米色）引導(dǎo)。這種設(shè)計(jì)類(lèi)似于摩托車(chē)前懸架的傳統(tǒng)伸縮叉的機(jī)構(gòu)。這些優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，密封且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)化部件的設(shè)計(jì)和可用性，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)便宜的生產(chǎn)和組裝。而且，這樣的設(shè)計(jì)提供了抵抗外力和扭矩，剛度較高。

輪架支撐結(jié)構(gòu)在圖中更詳細(xì)地示出。它由具有集成滑動(dòng)軸承的支撐管（圖中的D部分，黃色）和

橡膠密封（E部分，綠色/黑色/橙色）。輪轂（紫色）連同制動(dòng)鉗（圖中未示出）依次連接到浸沒(méi)管僅在輪架的部件之間提供垂直偏轉(zhuǎn)。

分離輪架的垂直運(yùn)動(dòng)通過(guò)橡膠襯套元件（深灰色）與支撐螺旋彈簧（C部分，紅色/橙色）放在一個(gè)管內(nèi)（淺灰色）。負(fù)載彈簧由帶螺紋頭帽（F部分，淺紅色）支撐，便于更換和調(diào)節(jié)彈簧預(yù)緊力。非線性阻尼裝置（B部分，粉紅色）可以選擇性地安裝在其中一個(gè)浸入管中，以改善主軸襯元件的阻尼性能。

提出了一種懸架設(shè)計(jì)方案，以補(bǔ)償輕型電動(dòng)車(chē)輛中對(duì)乘坐舒適性和輪胎/道路接觸的不利影響。該建議的機(jī)械設(shè)計(jì)引入了輪轂與輪架的分離，從而允許兩個(gè)部件之間的垂直相對(duì)運(yùn)動(dòng)。利用兩個(gè)直線滑動(dòng)軸承來(lái)容納輔助懸架元件-類(lèi)似于摩托車(chē)前叉的設(shè)計(jì)。

對(duì)這種懸架設(shè)計(jì)對(duì)乘坐舒適性和輪胎/道路接觸的影響進(jìn)行了全面的研究。仿真結(jié)果表明，乘坐舒適度可以顯著提高，而對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的影響可以忽略不計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)在普通駕駛條件下運(yùn)行時(shí)，引入分離輪架棱柱接頭中的相對(duì)撓度約為幾毫米。

4 小結(jié)

（1）汽車(chē)輕量化潛力巨大，包括復(fù)合材料、鋁框架結(jié)構(gòu)、座椅輕量化。

（2）底盤(pán)輕量化包括輕質(zhì)懸架材料、復(fù)合材料葉片彈簧等零部件。

（3）設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)輕量化潛力巨大。

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