重型汽車底盤懸架部件輕量化設計方法與研究

司永超

[摘 要]此次研究根據重型汽車底盤懸架結構設計的特點，分析了重型汽車底盤懸架部件輕量化設計的方式，探討了重型汽車底盤懸架部件輕量化的舉措，希望以此為廣大讀者提供參考。

[關鍵詞]重型汽車底盤；懸架部件；輕量化設計；方法

中圖分類號：G916 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）30-0022-01

伴隨著國家新的法律規章制度的實行和重型汽車市場競爭力的增強，公路汽車用戶對于底盤輕量化的需要提出了高要求，因此汽車輕量化技術受到了很多商用車的關注。并且汽車領域對于能源節省與燃油經濟性規定的逐步提升，零部件研發過程的輕量化要求迫切，在這之中汽車底盤懸架系統是汽車重量的核心部分，對于能源節省有很大的影響與作用。因此，以下就針對重型汽車底盤懸架部件輕量化展開了分析論述。

一、重型汽車底盤懸架結構設計特點

重型汽車底盤懸架結構設計具備電子化特點。人類在汽車底盤的幾大構成系統中研發了不一樣的電子控制系統。這部分電子控制系統根據汽車動向可劃分成幾個類型：橫向轉向與橫擺力矩控制、縱向制動與驅動控制、垂向控制。現如今，重型汽車底盤電控系統多數是根據某一個功能進行研發，同時經過輪胎和地面的接觸力產生通。好比制動防抱死裝備，經過控制縱向力，讓重型汽車在制動的過程中憑借輪胎使用路面附著系數，減短制動間距，將汽車安全性能大大提升。主動懸架，經過垂向力的控制，實現對汽車垂向運動與車身姿態俯仰運動控制的目標，將汽車舒適性提升了。再者，汽車底盤懸架結構設計具備了輕量化特點。為解決能源匱乏問題，在并未尋找到渠道燃料的情況下，不管是對以往的燃油汽車，還是新能源汽車，汽車輕量化均是一種基礎技術，并且，全球各個大型汽車生產企業均把汽車輕量化當成了研發產品的關鍵部分。輕量化設計能夠減少燃油損耗，將燃油經濟性提升，對節省能源有很重要的作用。

二、重型汽車底盤懸架部件輕量化設計方式分析

首先，更新系統技術。在充分滿足法律規章制度與用戶運用的要求下，打破以往的懸架系統方式，采用懸架系統先進技術，設置系統全面優化方案，比如運用橡膠懸架與空氣復合懸架、空氣懸架與提升懸架、橡膠復合與復合材料板簧等懸架系統技術，可以達到懸架系統在相等的承受能力中，將重量刪減到20%左右的目的，從而減少成本費用的投入。

其次，等邊界設計方式。按照不一樣的輕質型材料的機械功能與工藝成型特征，比如塑料、鋁合金、復合型材料等，在確保零部件相互之間不產生干擾的狀況下，將原本的結構作為基礎，融合零部件和四周相連部件之間的靜態裝配與運動關系，強度等邊界束縛情況下的結構優化設計方式。與此同時確保重型汽車底盤懸架系統通用化設計。

再次，集成化設計的方式。重型汽車底盤懸架部件輕量化集成化設計方式，是一種分工細化的系統設計，每一個系統的零部件兼容性較小。特別是各種支架件，互相之間的界限非常明顯。打個比方，鋼板彈簧與轉向機支架，雖布設的空間尤其相似，可是卻是很多個零部件。在設計輕量化這一觀念中，從布設中思考需要將多個支架集成化一個零部件。接著經過優化，讓集成化零部件的重量小于分布布設的零部件。

最后，等應力設計的方式。事實上等應力設計方式的原理就是在材料科學布置與結構形貌優化的基礎之上，經過減輕強度冗余與局部增強方式，把控零部件不相同位置的結構應力在定義的限制范疇中，實現設計效果提升的目標。運用拓撲優化等方法，優化設計零部件，讓零部件每一個部位的應力值相似，也就是每一個部位的壁厚不同，受力較小的位置減輕料厚，進而將零部件的重量減小。

三、重型汽車底盤懸架部件輕量化實踐研究

（一）優化重型汽車底盤懸架支架結構

進行優化結構設計是對重型汽車與零部件構架展開研究與分析，經過優化結構，在確保安全使用功能功能的基礎之上，達到重型汽車結構與零部件精簡化與輕量化的目的。重型汽車結構優化的方式就是：形狀優化法、拓撲優化方法、尺寸優化法。其中，形狀優化方式就是按照零部件的關鍵受力部位，對零部件的形狀展開改善與優化，讓零部件受力變得更為均衡。拓撲優化方式在重型汽車結構的概念設計環節使用得比較多，在給定的重型汽車結構設計區域中經過算法優化，在充分滿足束縛條件的條件下，達到結構材料的最好布局形式目的，提升材料使用率，確保結構的多種功能在安全系數范疇內。比如采用Hyperworks等分析軟件，優化某一個重卡推力桿支架結構。

（二）運用復合性材料及鋁合金輕質材料

通過研究與分析外國著名的重卡與懸架零部件供應商，始終致力于探究取代的輕質型材料來替代金屬材料。比如說VOLVO研發使用鋁合金氣囊托架與推力桿等。在中國，一汽解放與博戈橡膠在多年以前就已經投入到了開發復合型材料板簧，以此來選擇全新的減輕重量的方法。將某重卡當作彈簧壓板基礎，采用等邊界設計方式，把符合材料使用在彈簧壓板設計研發過程中去，在這之中和四周的零部件接觸位置使用金屬嵌套設計，承載能力小的位置使用尼龍骨架進行設計，在充分滿足承載能力的情況下，達到減輕懸架部件重量的目的，減輕重量是68%。

（三）采用高強度彈簧鋼

一般來說，鋼板彈簧重量和設計應力的平方是反比關系，提升鋼板彈簧工作應力可以將重型汽車底盤懸架部件重量減輕。現如今在中國彈簧行業運用最大的材料就是51CrV4，這種材料的抗拉強度是1350兆帕，而工作應力通常開工至550兆帕之內。舉例言之，引進部分應力高的板簧材料，將抗拉強度提升1000兆帕，而將工作應力維持在600兆帕以上，以此來達到輕量化與使用時間延長的目的。例如，以某重卡前板簧作為例子，通過高強度彈簧鋼性能與重量優化比較：51CrV4的抗拉強度是1350到1650兆帕，屈服強度大于等于1200兆帕，斷后伸縮率大于等于6%，重量是76千克。52CrMoV4的抗拉強度是1450到1750兆帕，其屈服強度大于等于1300兆帕，斷后伸縮率大于等于6%，重量為61千克。由此可知，使用高強度的彈簧鋼材料，減輕了19%的重量。

結束語

經過探索對我國重型汽車領域輕量化技術線路，整理且歸納出懸架系統輕量化設計的具體思路與輕量化設計方式，同時將工程實踐研發作為例子，給重型汽車底盤懸架系統輕量化設計提供借鑒。此次研究還存在著很多的不足，還需要相關研究人員持續探索汽車底盤懸架部件輕量化技術，為我國重型汽車輕量化的實現貢獻出一份力量。

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