越野車用分段式縱梁車架結構研究

關鍵詞：車架;分段式縱梁;載荷譜測試

0引言

某型號越野車裝配了大行程獨立懸架、門式橋、自動充放氣等總成系統，車輛具有較高的機動性能及越野性能;車架作為整車的基體，連接各大總成，承載著全部的簧上質量，并承受著路面傳遞的沖擊載荷，車架受力狀況極其復雜，為此不僅需要車架具有高強度同時也需具有高剛度。

本文依據設計原則及布置需求，進行了分段式越野車車架的研究與應用，利用有限元計算等輔助設計解決分段式車架設計難題，并通過道路載荷譜測試、整車可靠性試驗等驗證了方案的可行性。

1分段式車架結構方案探究

1.1方案構想

越野車由于懸架上下跳動行程、整車高度及人員布置等因素限制，車架常設計為前后翹曲結構。該種車架結構對于中型及以上越野車的縱梁成型困難，且不利于系列化開發。

本文基于此，進行了分段式縱梁車架結構的研究開發，將車架縱梁設計為三段式結構，如圖2（4x4車架）、圖3（6x6車架）所示，前段縱梁截面在高度、寬度方向均變化，局部結構為盒型斷面，以滿足懸架系統跳動行程要求及車架本身扭轉剛度需求;中段縱梁設計為直槽形結構，便于變換軸距的變型車開發;后段縱梁同步考慮4x4、6x6兩種車型的縱梁開發，橋位置縱梁外形結構相同。車架前后共布置5根（6x6車6根）橫梁：車架前部及后部布置2根橫梁，保證車架總成的扭轉剛度及方便前、后拖鉤的安裝，各段縱梁搭接處布置1根橫梁，以保證各段縱梁連接強度，中段縱梁中間位置布置一根橫梁總成，以提高扭轉強度及剛度，6x6車架在二、三橋之間布置中橋橫梁，以保證車架寬度，便于橋總成的安裝。

1.2開發目標值

1.2.1動剛度目標值

為避免共振，車架動態剛度開發目標值應大于車輛行駛時路面激振頻率（約5～7Hz）并避開發動機的怠速振動頻率（約37Hz），結合現有車架參數，設定動剛度開發目標如表1所示。

1.2.2靜剛度目標值

為保證越野性能，車架應有較高的靜剛度值，因此設定軸間彎曲剛度最小目標值為9x10N/㎡，扭轉剛度最小目標值為9x10N·㎡/rad。

1.2.3靜強度目標值

靜強度開發目標值設定為安全系數大于1。

1.3可行性分析

1.3.1工藝性分析

縱梁分段后成形性更好。

1.3.2計算分析

（1）動剛度分析

利用HyperMesh軟件對車架總成進行自由狀態下模態分析，分析結果如表2所示。

從計算結果看，車架模態值滿足設計目標值。但從車架整體振形圖可以看出兩段縱梁搭接處尤其中、后段縱梁搭接處振形不平緩，此種振形會在不平緩處存在局部應力集中及剛度突變。更改后對車架進行模態計算，計算結果模態值變化不大，但振型變得平緩，動態剛度符合目標值。

（2）靜剛度分析

軸間彎曲剛度公式為

扭轉剛度計算公式為

GI=TI/e

（2）

式中T為扭矩，I為軸距，e為轉角。

根據公式（1）與（2）進行車架靜態剛度計算，結果如表3所示，滿足目標開發值。

（3）靜強度分析

對車架進行垂直彎曲及扭轉工況計算：

從計算結果可以看出4x4車車架第三車身懸置孔邊處（圖3標注位置）前后段縱梁圓角處為應力較大，為此在第三懸置位置增加墊板，并加大前、后縱梁變截面處的圓角半徑，以消除應力集中，改進后計算結果如表4所示。

垂直工況車身懸置位置連接螺栓邊緣（圖4標注位置）應力較大（694MPa），扭轉工況后段縱梁變寬度圓角處（圖5標注位置）應力較高（657MPa），為此在車身懸置孔處增加墊板，同時優化車架后段縱梁變截面結構，改后計算結果如表5所示。從計算結果看，車架強度滿足使用要求。

2驗證

2.1道路載荷譜測試

在定遠汽車試驗場對6x6整車進行道路載荷譜測試工作，測試路況分為強化壞路及越野路。在6x6車架選取10個測量點，使用三向應變片進行動應力測試。在強化路及越野路多次測量，消除奇異值后，大應力測點時間歷程信號如圖。6、7所示。

從圖中看出扭轉工況測點的應力值最大，越野路工況測點總體應力值高于強化路工況應力值，顯示扭轉工況是引起高應力的主要原因。

測量值結果如圖8所示。可以看出，測量點S7（懸置孔邊緣位置）應力值最大，為297MPa，小于材料屈服極限。測量結果與有限元計算結果在趨勢上基本吻合。車架強度能夠滿足使用要求。

2.2可靠性試驗

對3輛4x4車型和3輛6x6車型進行了30000km可靠性試驗，路試項目包括12000km強化路、6000km越野路段、6000km高速環路，以及6000km山區道路，6輛樣車的車架均通過可靠性試驗，無故障發生。

3結束語

本文針對越野車分段式縱梁車架結構進行了研究分析并進行了驗證，解決了設計過程中的技術難點，該種分段式縱梁車架結構車型滿足越野車使用要求。該種車架縱梁結構便于系列化車型開發，較大的減少了研發成本，縮短開發周期，可為越野車車架設計提供參考。