某輕型車駕駛室前懸置支架輕量化設(shè)計(jì)

1、    某輕型車駕駛室前懸置支架輕量化設(shè)計(jì)    王青春+劉平平摘 要 為滿足國家關(guān)于藍(lán)牌輕卡的法規(guī)要求，某輕型車需進(jìn)行整車輕量化工作，分解至駕駛室懸置要求實(shí)現(xiàn)降重6kg。通過將鑄鐵支架改為沖壓件、支架優(yōu)化等措施，降重達(dá)到10kg，同時(shí)降成本約60元，并通過了驗(yàn)證。關(guān)鍵詞 輕型車；懸置支架；輕量化tb4 a 2095-6363（2017）16-0071-021 需求與現(xiàn)狀近年來，國家對藍(lán)牌輕型卡車監(jiān)管的日益嚴(yán)格，設(shè)計(jì)滿足“自重合規(guī)”要求的輕型車產(chǎn)品日益重要。目前，某輕型車整車不滿足法規(guī)要求，重量超標(biāo)近10%，存在較大的市場風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，市場更關(guān)注低碳化、輕

2、量化、舒適性等，用戶希望降低產(chǎn)品自重，提升裝載重量，提高收益。某輕卡系列產(chǎn)品懸置方案開發(fā)時(shí)沒有明確的重量指標(biāo)輸入，設(shè)計(jì)初期為適應(yīng)當(dāng)時(shí)的開發(fā)需求，快速的通過法規(guī)認(rèn)證，支撐產(chǎn)品開發(fā)，未特意進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。采用的球墨鑄鐵材料的鑄件支架，在國內(nèi)同類產(chǎn)品中可靠性較高，但重量無優(yōu)勢，比國內(nèi)主流輕型車偏重10%20%。輕量化設(shè)計(jì)流程方面沒有形成有效的輕量化流程和規(guī)范，設(shè)計(jì)方法也不夠系統(tǒng)。2 目標(biāo)按照項(xiàng)目輸入，駕駛室懸置降重目標(biāo)為10%，約為6kg。具體設(shè)定目標(biāo)為駕駛室懸置整體降重目標(biāo)不小于6kg；降重后懸置系統(tǒng)的功能、性能不降低；降重后懸置滿足正碰法規(guī)要求。同時(shí)通過懸置支架輕量化工作，形成輕卡懸置系統(tǒng)輕量化

3、設(shè)計(jì)的方法和流程。3 技術(shù)路線根據(jù)項(xiàng)目要求和現(xiàn)狀，以某輕型車現(xiàn)生產(chǎn)2t平臺(tái)為依托，進(jìn)行懸置系統(tǒng)輕量化工作，識別輕量化對象，制定具體的輕量化措施。重點(diǎn)對結(jié)構(gòu)件和承載類部件進(jìn)行輕量化，輕量化方案必須滿足正常路況下的安全行駛及正碰法規(guī)的要求。主要包括：1）識別出懸置系統(tǒng)在正常路況下的極限載荷、在碰撞過程中的最大沖擊載荷；2）根據(jù)不同工況下的載荷計(jì)算支架的最小截面（斷面）；3）支架采用伸長率更高的材料，增加碰撞后支架的變形量。4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對組成懸置零件重量進(jìn)行分布排名，排名前10位的零件重量占比達(dá)83%，確定懸置支架為降重對象。首先識別駕駛室懸置在兩種工況下的極限載荷、沖擊載荷。某試驗(yàn)場2#路極限載荷

4、識別：某輕型車驗(yàn)證中最惡劣工況為某試驗(yàn)場2#路，基于前期對整車測量的2#路整車載荷譜，識別出左、右懸置在不同方向上的極限載荷，取左、右載荷中較大值作為輸入。分析碰撞模型和碰撞過程，計(jì)算沖擊載荷：前碰試驗(yàn)中，已知擺錘質(zhì)量m=1 500kg，碰撞能量e=29.4kj，則碰撞速度計(jì)算可得為v=6.26m/s。取碰撞時(shí)間t=40ms，則碰撞極限力f=234kn，則前懸置單側(cè)沖擊載荷為117kn?；谝陨陷d荷，對懸置支架關(guān)鍵斷面尺寸計(jì)算。以右側(cè)前懸置支架為例，其受力模型見圖1。fx、fy和fz為前懸置處正常行駛工況下的極限載荷，ft為擺錘碰撞時(shí)的沖擊載荷。支架在fx、fy和fz作用下不能發(fā)生屈服變形。根

5、據(jù)前面確定的前懸置極限載荷，計(jì)算得：典型斷面中，一般取，則該斷面對fx、fy的抗彎截面系數(shù)分別為：則根據(jù)工況，將懸置支架常用材料性能參數(shù)參與計(jì)算，得到不同工況下的斷面壁厚，如表2，表3所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在相同結(jié)構(gòu)的情況下，采用355l時(shí)壁厚最小，重量最輕。同時(shí)考慮到碰撞時(shí)支架受力遠(yuǎn)大于正常行駛工況，初步確定前懸置支架采用355l，厚度采用6mm和5mm兩種厚度鋼板。5 分析與驗(yàn)證輕量化懸置方案靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，通過cae試驗(yàn)。并且通過120小時(shí)mts整車可靠性驗(yàn)證。實(shí)車碰撞試驗(yàn)顯示輕量化懸置方案符合gb 26512-2011商用車駕駛室乘員保護(hù)（試驗(yàn)a）的要求。2016年懸置方案通過某試驗(yàn)場一萬公里壞路試驗(yàn)。6 成果與總結(jié)通過對前懸置的輕量化優(yōu)化，在保證懸置性能不降低前提下，2t平臺(tái)實(shí)現(xiàn)降重10.2kg，降重17%，降成本約60元；3t平臺(tái)實(shí)現(xiàn)降重13kg，降重20%，降成本約80元。同時(shí)實(shí)車碰撞合格，達(dá)到項(xiàng)目設(shè)定目標(biāo)。確保了輕量化目標(biāo)的達(dá)成：在前懸置輕量化過程中，采用材料替換的方法使前懸置重量有了大幅度降低，確保了降重目標(biāo)的達(dá)成。在懸置設(shè)計(jì)前期增加載荷識別和關(guān)鍵斷面的分析過程，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論支撐，提升了工程設(shè)計(jì)能力。參考文獻(xiàn)1劉文華，何天明.高強(qiáng)度鋼在汽車輕量化中的應(yīng)用d.武漢：武漢理工大學(xué)，2008.2黃天澤，黃金陵.