NXS鋁懸架的開(kāi)發(fā)

1、NXS鋁懸架的開(kāi)發(fā)主要內(nèi)容作為提高汽車(chē)行駛性能的手段，必須要車(chē)體的輕量化，跑車(chē)對(duì)行駛性能的要求特別高。NSX為了追求作為跑車(chē)的性能，目標(biāo)是徹底的輕量化，盡可能地適用鋁材料。本篇論文對(duì)懸架系統(tǒng)鋁制的零部件，特別重點(diǎn)報(bào)告以下的內(nèi)容。各零部件的強(qiáng)度要求特性的解析和按照特性要求選定零部件的制造方法。在保證市場(chǎng)的可靠性上，把握底盤(pán)零部件不可欠缺的市場(chǎng)環(huán)境上的材料強(qiáng)度劣化情況。實(shí)用高品質(zhì)大型的薄型鑄件的制造的新鑄造法以冷鍛造為主體的鋁鍛造技術(shù)。首言近年隨著客戶(hù)需求的多樣化，跑車(chē)從只是單單追求行駛的車(chē)，逐漸地轉(zhuǎn)變到追求包括安全性能·操縱性能·舒適性能，還有經(jīng)濟(jì)性能的高性能且整體取得良好的

2、平衡的車(chē)。在這樣的狀況中，跑車(chē)NSX的動(dòng)力性能當(dāng)然不用說(shuō)了，兼具的其他所有性能都作為著眼點(diǎn)來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。動(dòng)力性能、操縱性能都是作為提高輕量化的手段，輕量化最有效果的方法可考慮置換材料、簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)、縮小尺寸等等多種的研究方法。NSX在強(qiáng)度、剛度、實(shí)績(jī)可靠性等等的層面上最為優(yōu)秀，不損壞 基本的功能，置換材料為鋁的材料可以達(dá)到車(chē)輛重量的輕量化。本論文除了車(chē)輛重量的輕量化以外，對(duì)提高操縱穩(wěn)定性也有效果的懸架系統(tǒng)零部件的鋁化技術(shù)也進(jìn)行了報(bào)告。圖1 NSX鋁懸架的零部件2 鋁制的零部件NSX的懸架構(gòu)造采用跑車(chē)懸架代表性的雙叉臂形式。為了充分發(fā)揮設(shè)計(jì)·構(gòu)造上卓越的特性，包括副車(chē)架在內(nèi)的懸架系統(tǒng)的零部件

3、幾乎都設(shè)法適用鋁材料。在圖1中表示的是NSX使用鋁制懸架的主要零部件。鋁制懸架的總重量，包含在圖1中所顯示的零部件，底盤(pán)整體的重量約為100kg。3 鋁制的效果接下來(lái)敘述懸架系統(tǒng)的零部件鋁化的輕量化設(shè)計(jì)、輕量化的重量。3.1 輕量化設(shè)計(jì)的思維方式底盤(pán)系統(tǒng)零部件的鋁化在進(jìn)行輕量化上，重要的是要確保強(qiáng)度和剛度。通過(guò)鋁化達(dá)到的輕量化率和強(qiáng)度·剛度的相關(guān)數(shù)據(jù)在表1以及圖2中表示。這些鐵制的零部件置換成鋁合金時(shí)，各個(gè)的楊氏模量、強(qiáng)度、密度按照以下的假定，算出的結(jié)果。1）形狀：相似的形狀2）入力：彎曲、固定的力矩3）剛度：統(tǒng)一鐵制以及鋁合金制的零部件的楊氏模量*截面2次力矩4）強(qiáng)度：剛度相等時(shí)需

4、要的強(qiáng)度5）重量：截面面積*載荷支點(diǎn)距離*密度根據(jù)這些，把鐵制的零部件換成鋁合金制作，因?yàn)锳356-T6材料的疲勞強(qiáng)度，設(shè)計(jì)相等的強(qiáng)度，可確保超過(guò)鐵制零部件的剛度。而且，這時(shí)的最大輕量化率（在確保與鐵制零部件同等的強(qiáng)度·剛度基礎(chǔ)上的輕量化率）為39%。鍛造6061也同樣達(dá)到31%的輕量化率。但是，實(shí)際的產(chǎn)品鋁合金化后，結(jié)果由于截面形狀被擴(kuò)大，受到制造方法的制約變少，根據(jù)各部位的功能可設(shè)計(jì)出最合適的零部件，得到了輕量化。具體使用FEM解析，對(duì)各種輕量化形狀，預(yù)先測(cè)定實(shí)車(chē)的入力，比較各部件的變化、應(yīng)力的平衡，在允許的極限內(nèi)算出形狀。在圖3、4中顯示用模型解析出來(lái)的結(jié)果。圖中的箭頭為入力點(diǎn)

5、，外形線(xiàn)是表示入力前后的轉(zhuǎn)向節(jié)的各個(gè)形狀。表1 鐵制零部件與鋁制零部件的比較例圖2 最大輕量化曲線(xiàn)3.2 輕量化在表2中表示的是NSX實(shí)施了鋁化后的懸架系統(tǒng)零部件的制作方法·材料以及重量。這些零部件以前用鋼鐵材料制造時(shí)的重量和這次使用鋁材料的輕量化的重量·比率同時(shí)在表2中顯示。同鋼鐵材料比較，重量約50kg，比率達(dá)到了49.5%的輕量化。圖3 前轉(zhuǎn)向節(jié)的NASTRAN解析 圖4 前轉(zhuǎn)向節(jié)的NASTRAN解析 （A L 輕量化品） （現(xiàn)有的Fe零部件）表2 NSX懸架系統(tǒng)零部件鋁化的輕量化效果和材料·制造方法4、 鋁懸架系統(tǒng)零部件的材料以及制造方法4.1 材料

6、83;制造方法的選定在表3里表示底盤(pán)系統(tǒng)零部件的要求特性和這次采用的材料·制造方法的優(yōu)劣性比較。材料使用在耐腐蝕性、強(qiáng)度、韌性上有良好的配合的A356(鑄造材料)、6061（鍛造材料）、5182（沖壓材料）。每個(gè)零部件的材料·制造方法在表2中表示。表3 適用于鋁制底盤(pán)零部件的材料·制造方法的特征4.2 材料強(qiáng)度的長(zhǎng)期可靠性 底盤(pán)系統(tǒng)的零部件，特別應(yīng)該考慮的一個(gè)材料特性是在有腐蝕和破裂傷痕等等的使用環(huán)境下，強(qiáng)度會(huì)下降。由于是一直都在高應(yīng)力下使用的零部件，所以要從長(zhǎng)期可靠性方面充分確認(rèn)材料的強(qiáng)度。在圖5里模擬A356材料和6061材料的市場(chǎng)環(huán)境，在腐蝕和破裂傷痕的雙重

7、條件下，表示材料強(qiáng)度的劣化特性。根據(jù)這個(gè)結(jié)果，作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)、劣化后的強(qiáng)度基準(zhǔn)。圖5 根據(jù)市場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)比較在腐蝕和裂痕的雙重破壞下的疲勞以及靜態(tài)的強(qiáng)度低下接下來(lái)在圖6中表示鑄鐵材料和這次采用的鋁材料在腐蝕的環(huán)境下的疲勞強(qiáng)度特性。鑄鐵材料經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的腐蝕，強(qiáng)度持續(xù)低下，但鋁的兩個(gè)材料跟鑄鐵材料比較都容易保證長(zhǎng)期的可靠性。圖6 根據(jù)市場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)比較在腐蝕和破裂傷痕的雙重破壞下的疲勞強(qiáng)度特性4.3 程序控制模具重力的鑄造法 （PGM-GDC） 鋁的鑄造重點(diǎn)是要防止鑄造的缺陷（縮孔、氣孔等）和結(jié)晶粒徑極細(xì)小。為此，無(wú)論對(duì)于哪種形狀，指向性凝固和迅速冷卻都是必須的，開(kāi)發(fā)了比原來(lái)的方式更加高的再現(xiàn)性，可管理的

8、程序控制模具重力鑄造法，也將這方法實(shí)用了。這個(gè)控制法像是正確地描繪出從預(yù)先準(zhǔn)備的試驗(yàn)中得到的最適合的冷卻曲線(xiàn)那樣由放置在模具內(nèi)的熱電偶發(fā)出的信號(hào)連續(xù)地控制管理冷卻媒的流量。這個(gè)控制根據(jù)零部件形狀、注入的金屬熔液量等1處多處同時(shí)進(jìn)行，零部件分別設(shè)定最適合的冷卻曲線(xiàn)。在圖7中表示自然冷卻法、強(qiáng)制冷卻法（ON/OF控制）以及程序控制法的時(shí)間和模具溫度變化的比較。用其他的冷卻方式容易成為問(wèn)題，由于金屬熔液溫度、注入金屬熔液時(shí)的模具溫度、冷卻水溫等多種溫度而發(fā)生冷卻速度混亂的情況，此控制方式原理上不會(huì)發(fā)生此類(lèi)問(wèn)題。通過(guò)此控制做出的結(jié)晶粒都很細(xì)微，鑄件整體都具有均等的高強(qiáng)度高韌性。把使用同樣的模具進(jìn)行程序

9、控制和不進(jìn)行程序控制做出來(lái)的產(chǎn)品切割出來(lái)做試驗(yàn)，比較材料的特性如圖8和圖9所示。提高特性和減少偏差在所有的項(xiàng)目都已經(jīng)被承認(rèn)。圖7 各階段的模具溫度比較圖8 PGM-GDC的材料特性圖9 PGM-GDC的疲勞強(qiáng)度用此鑄造方法的代表性的零部件如圖1012所示。圖10強(qiáng)度、品質(zhì)可靠性要求高的KNUCKLE、圖11 是大型薄型的REAR BEAM、然后，圖12是復(fù)雜骨架結(jié)構(gòu)的FRONT CROSS BEAM BRACKET。4.4 鍛造NSX使用的鋁鍛造零部件是通過(guò)熱鍛造和冷鍛造制造出來(lái)的。一般的這兩個(gè)過(guò)程的特征在表4中有表示。從這個(gè)表中可以知道，復(fù)雜形狀的，懸架臂類(lèi)的中大型的零部件采用熱鍛造，橡膠襯

10、套的內(nèi)襯 /外襯的金屬類(lèi)等等的小零件是采用冷鍛造。NSX臂類(lèi)的零部件目的是盡可能輕量化，采用的是復(fù)雜的骨架結(jié)構(gòu)?？紤]在讓輕量化和生產(chǎn)性均能成立的基礎(chǔ)上，減少像表5那樣的成型變形，改善成品率等各種方法手段。表4 熱鍛和冷鍛的特性比表5 熱鍛的改良技術(shù)以前用熱鍛造需要非常復(fù)雜工程的零部件現(xiàn)在通過(guò)核實(shí)的形狀設(shè)計(jì)和采用冷鍛造，可大幅度地削減工程。如圖13所顯示的例子。通過(guò)這樣，BASE和 SHAFT可一體成型，可以廢止焊接加工，這樣的話(huà)角度精度提高了10倍，強(qiáng)度也提高了約20%。制造零部件的例子如圖1416中所示。圖14是熱鍛造的后LOWERARM，圖15是冷鍛造的BRACKETB PIVOT COMPLIANCE，圖16是通過(guò)冷鍛造減少加工的橡膠襯套的內(nèi)襯/外襯的金屬類(lèi)。5 后記 NSX的懸架系統(tǒng)零部件的鋁制化，簡(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)，在前言也敘述過(guò)，除了懸架以外，所有的部位都使用鋁。結(jié)果車(chē)整體達(dá)到了200kg的輕量化，加速性能、轉(zhuǎn)向性能等，作為跑車(chē)的特性得到了大幅度地提高。證明了通過(guò)鋁可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化。圖13 通過(guò)冷鍛造縮短工程的例子（BRACKET B PIVOT COMPLIANCE）然而，由于NSX屬于跟大眾車(chē)有些不同的特殊車(chē)輛，對(duì)于今后鋁的適用擴(kuò)