副車架設(shè)計(jì)規(guī)范-新能源汽車

XXXXXXX有限公司副車架設(shè)計(jì)規(guī)范編制：校對：審核：批準(zhǔn)：2017-09-15發(fā)布2017-09-20實(shí)施XXXXXXX有限公司發(fā)布前言本規(guī)范的主要目的用于副車架開發(fā)設(shè)計(jì)基本要求。范圍本規(guī)范規(guī)定了新能源汽車副車架開發(fā)設(shè)計(jì)基本要求。2、規(guī)范性引用文件無3、術(shù)語和定義3.1副車架功能定義副車架可以看成是前后車橋的骨架,是前后車橋的組成部分。副車架并非完整的車架，只是支承前后車橋、懸掛的支架，使車橋、懸掛通過它再與“正車架”相連，習(xí)慣上稱為“副車架”。副車架作用一是阻隔地面及動力總成的振動和噪音，減少其直接進(jìn)入車廂；二是使裝配模塊化(前懸模塊主要集成動力總成及其附件、前懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向器總成、左/右制動器裝配總成等)，既方便又省時(shí)。3.2副車架基本類型非框架式前副車架、剛性連接框架式前副車架、柔性連接框架式前副車架、非框架式后副車架、框架式后副車架4、副車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1副車架基本形式的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)車型前期的懸架形式定位，選擇副車架的基本形式。為降低開發(fā)成本及風(fēng)險(xiǎn)，副車架設(shè)計(jì)基本分為2種情況，情況一為完全重新設(shè)計(jì)，基本形式在標(biāo)桿車基礎(chǔ)上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，情況二為在現(xiàn)有平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行改款升級，一般形式與基礎(chǔ)車型相同。4.2副車架的硬點(diǎn)的確定副車架硬點(diǎn)包括安裝硬點(diǎn)、定位硬點(diǎn)、運(yùn)動硬點(diǎn)三種。前副車架安裝硬點(diǎn)包括自身安裝硬點(diǎn)、轉(zhuǎn)向器安裝點(diǎn)、橫向穩(wěn)定桿安裝點(diǎn)、擺臂安裝點(diǎn)、后懸置安裝點(diǎn)等，后副車架安裝硬點(diǎn)包括自身安裝硬點(diǎn)、橫向穩(wěn)定桿安裝點(diǎn)、各控制臂安裝點(diǎn)、后主減速器總成前后安裝點(diǎn)等。定位硬點(diǎn)為副車架整體主、副定位點(diǎn)。運(yùn)動硬點(diǎn)為各控制臂、橫向穩(wěn)定桿的彈性中心，彈性中心決定了各運(yùn)動零部件的安裝點(diǎn)位置。副車架硬點(diǎn)需根據(jù)整車預(yù)研方案的要求在標(biāo)桿車基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，需配合如軸距、輪距加大、置換動力總成等方案進(jìn)行修改，各安裝硬點(diǎn)、定位硬點(diǎn)初步確定后，需與各專業(yè)（主要是車身專業(yè)）進(jìn)行交流，然后根據(jù)反饋意見進(jìn)行調(diào)整，并將此問題反饋進(jìn)行預(yù)研方案調(diào)整，運(yùn)動硬點(diǎn)確定后需根據(jù)動力學(xué)分析部門的懸架動力學(xué)分析結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。4.3副車架與車身安裝點(diǎn)、定位點(diǎn)設(shè)計(jì)副車架與車身安裝點(diǎn)一般為4個(gè)或者6個(gè)，且左右兩側(cè)相互對稱，，4個(gè)安裝點(diǎn)設(shè)計(jì)位置一般位于副車架的4個(gè)邊角處，如圖1-3、1-4、1-5所示，6個(gè)安裝點(diǎn)設(shè)計(jì)方式相對4個(gè)安裝點(diǎn)方案一般在下擺臂安裝點(diǎn)之間采用焊接支架的形式增加2個(gè)對稱的安裝點(diǎn)，如圖1、2所示，安裝點(diǎn)設(shè)計(jì)完成后需進(jìn)行裝配可行性、可維修性校核，特別是位于下擺臂之間的副車架安裝點(diǎn)，擺臂設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對其安裝點(diǎn)進(jìn)行避讓，且此安裝點(diǎn)裝配可行性校核時(shí)需將下擺臂跳動到下極限狀態(tài)進(jìn)行校核，如圖1-1所示。圖1-1安裝點(diǎn)裝配可行性校核副車架的定位點(diǎn)一般由主定位點(diǎn)（圓孔）和輔助定位點(diǎn)（長圓孔）組成，一般位于副車架的后部安裝點(diǎn)附近，定位點(diǎn)設(shè)計(jì)過程中需考慮定位銷的平面接觸面積，此處推薦定位銷接觸面?zhèn)榷ㄎ豢祝ㄝo助定位孔）距圓角邊大于8mm，如圖1-2所示。圖1-2定位銷接觸面校核4.4縱梁總成設(shè)計(jì)輸入條件：1、布置完成的動力總成數(shù)據(jù)；2、平臺所有車型最大的輪胎包絡(luò)；標(biāo)準(zhǔn)要求：1、副車架與動力總成間隙大于等于20mm；2、副車架與輪胎包絡(luò)間隙大于等于10mm；縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會遇到與動力總成間隙不滿足要求的情況，如某車型前副車架設(shè)計(jì)之初副車架與動力總成間隙僅為4.6mm不滿足設(shè)計(jì)要求，如圖1-3中水紅色與綠色所示，為保證縱梁總成擁有足夠的剛度，在斷面Z向下降后應(yīng)增加斷面Y向尺寸，保證修改后截面積與修改前相近，修改后斷面如圖1-3中淺黃色與藍(lán)色所示。圖1-3縱梁修改方案4.5碰撞潰縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了提高碰撞星級，在框架式副車架縱梁中需設(shè)計(jì)碰撞潰縮結(jié)構(gòu)，與車身碰撞潰縮結(jié)構(gòu)相似，副車架縱梁碰撞潰縮結(jié)構(gòu)也存在著變形區(qū)和剛性區(qū)，變形區(qū)主要通過局部結(jié)構(gòu)弱化加以實(shí)現(xiàn)，理想碰撞過程中，受力初期吸能盒潰縮，隨著受力加大縱梁向下彎折，動力總向下運(yùn)動，從而減少動力總成對駕駛艙的侵入量，實(shí)現(xiàn)對駕駛員、乘客的保護(hù)。副車架典型碰撞潰縮結(jié)構(gòu)可分為2種：S形縱梁結(jié)構(gòu)、V形突變縱梁結(jié)構(gòu)；S形縱梁結(jié)構(gòu)一般在S形彎曲處對縱梁截面進(jìn)行縮小弱化，如圖1-4所示某副車架結(jié)構(gòu)，V形突變縱梁結(jié)構(gòu)是直接對縱梁彎折區(qū)域進(jìn)行V形結(jié)構(gòu)弱化，如圖1-5所示某副車架結(jié)構(gòu)，此兩種結(jié)構(gòu)并沒有明顯的界限，很多車型同時(shí)出現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)，如某車型。圖1-4縱梁S形碰撞潰縮結(jié)構(gòu)圖1-5縱梁V形碰撞潰縮結(jié)構(gòu)在縱梁結(jié)構(gòu)弱化后，為保證副車架的正常行車時(shí)的縱向剛度，一般在弱化區(qū)域增加加強(qiáng)板，如圖1-5所示。4.6轉(zhuǎn)向器安裝點(diǎn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器安裝點(diǎn)盡量采用對稱設(shè)計(jì)，以保證轉(zhuǎn)向器本體受力的均衡性；轉(zhuǎn)向器安裝點(diǎn)一般選在副車架剛度較大處，并采用焊接安裝套管形式進(jìn)行Z向剛度加強(qiáng)；考慮副車架的平臺化，一般在設(shè)計(jì)安裝點(diǎn)時(shí)需考慮左右舵通用，如圖1-6所示。圖1-6副車架轉(zhuǎn)向器安裝點(diǎn)（左舵上，右舵下）4.7后懸置安裝點(diǎn)設(shè)計(jì)后懸置安裝點(diǎn)需根據(jù)同平臺所有動力總成后懸置點(diǎn)位置進(jìn)行居中選定，以保證副車架后懸置安裝點(diǎn)的平臺化；后懸置安裝點(diǎn)主要承受來自后懸置的X向力，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需注意將其X向力均勻傳遞至副車架整體后橫梁總成，避免應(yīng)力集中風(fēng)險(xiǎn)，如圖1-7所示。后懸置安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式可歸納為2類，第一種結(jié)構(gòu)為在后橫梁本體上焊接安裝支架，如圖1-7所示，第二種結(jié)構(gòu)為直接安裝在后橫梁上下板之間，中間采用支撐板加強(qiáng)，如圖1-8所示。后懸置安裝腔體設(shè)計(jì)完成后需進(jìn)行后懸置前點(diǎn)沿彈性中心Z向±15mm（此值根據(jù)懸置解耦的不同進(jìn)行調(diào)整）跳動包絡(luò)校核，最小間隙需大于15mm。圖1-7后懸置安裝點(diǎn)斷面圖1-8后懸置點(diǎn)斷面4.8液壓彎管梁設(shè)計(jì)液壓管梁因結(jié)構(gòu)簡單、力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于框架式副車架的橫梁、縱梁；因液壓成型工藝要求，管梁當(dāng)量直徑需略大于管材的直徑，當(dāng)量直徑變化率（控制在2%-5%）范圍之內(nèi)，最大不超過7%，同時(shí)要求過渡圓滑，避免出現(xiàn)尖角或圓角過小的情況。截面截面周長（mm）當(dāng)量直徑（mm）變化率（%）截面1198.463.153.58截面2198.563.18截面3205.565.41圖1-9液壓管梁成型分析4.9四輪定位參數(shù)調(diào)整點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受零部件制造工藝精度水平限制，部分車型需在標(biāo)桿車前束調(diào)整點(diǎn)基礎(chǔ)上增加外傾調(diào)整點(diǎn)結(jié)構(gòu)，四輪定位調(diào)整結(jié)構(gòu)主要是滿足偏心螺栓的限位要求，一般以下2種結(jié)構(gòu)較為常用，結(jié)構(gòu)一為在鈑金平面上直接沖壓對稱的限位突起，如圖1-10所示，結(jié)構(gòu)二為焊接限位小支架，如圖1-11所示；圖1-10沖壓突起限位結(jié)構(gòu)圖1-11限位支架結(jié)構(gòu)副車架增加外傾調(diào)整點(diǎn)后，需充分考慮外傾調(diào)整過程中控制臂包絡(luò)的增加量，并與之保持合理間隙，如某車型增加外傾調(diào)整點(diǎn)后，上控制臂調(diào)整包聯(lián)絡(luò)與副車架縱梁翻邊干涉，副車架縱梁進(jìn)行避讓修改，以保證10mm以上間隙。上控制臂安裝點(diǎn)增加外傾調(diào)整點(diǎn)上控制臂安裝點(diǎn)增加外傾調(diào)整點(diǎn)解決方案：將縱梁向內(nèi)側(cè)移動10mm，下部翻邊開避讓缺口上控制臂包絡(luò)制作過程中應(yīng)考慮偏心螺栓運(yùn)動干涉圖1-12四輪定位參數(shù)調(diào)整點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.10漏液孔設(shè)計(jì)在副車架設(shè)計(jì)過程中，涉及到空腔結(jié)構(gòu)或者“坑”狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定考慮漏液孔的設(shè)計(jì)，避免實(shí)車狀態(tài)因結(jié)構(gòu)積水引起副車架銹蝕，如圖1-13所示某車型前副車架的漏液孔設(shè)計(jì)，孔徑大小根據(jù)空間確定，一般推薦φ12mm。圖1-13漏夜孔設(shè)計(jì)4.11套管類零部件設(shè)計(jì)套管類零部件一般可分為內(nèi)部支撐套管（不凸出）、外部安裝套管（凸出）兩類，當(dāng)內(nèi)部支撐套管起定位作用時(shí)，套管直徑小于鈑金孔直徑，套管與一側(cè)貼合焊接，與另一側(cè)留調(diào)整間隙，當(dāng)內(nèi)部支撐套管不起定位作用時(shí)，套管直徑大于鈑金孔直徑，套管與上下板面貼合無間隙，且為單側(cè)焊接，如圖1-14所示。圖1-14內(nèi)部支撐套管為便于簡化后期焊接工藝，外部安裝套管類零部件設(shè)計(jì)過程中，一定要保證在上下顛倒焊接時(shí)可互換通用，一般需注意上下表面公差要求相同、兩端倒角相同等，且凸出高度推薦大于6mm，套管與鈑金件留有（0-0.5）mm間隙。圖1-15某車型外部安裝套管4.12副車架平臺化設(shè)計(jì)副車架設(shè)計(jì)之初就應(yīng)考慮需搭載此副車架的所有車型的平臺化設(shè)計(jì)，前副車架主要考慮不同動力總成、兩四驅(qū)、左右舵等因素影響，如某車型共搭載4款動力總成，在此基礎(chǔ)上需同步開發(fā)兩四驅(qū)、左右舵車型，在副車架設(shè)計(jì)過程中，需考慮滿足所有動力總成的最大包絡(luò)要求、右舵轉(zhuǎn)向器、四驅(qū)分動器等零部件的安裝要求。5、副車架工藝設(shè)計(jì)5.1基本工藝要求結(jié)構(gòu)可靠，主體斷面或結(jié)構(gòu)有標(biāo)桿車參考；焊接工藝簡單快捷，焊接定位能保證總成尺寸；焊接件數(shù)模的焊接方式、焊接位置、焊接尺寸以及焊接間隙要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求,兩零部件面接觸的CO2保護(hù)焊，兩面應(yīng)貼合無間隙；兩零部件線接觸的CO2保護(hù)焊，兩者之間應(yīng)隨零件形狀變化，焊接間隙應(yīng)基本均勻一致，并在0.5～1.0mm之間，特殊局部最大允許間隙1.5mm；如圖1-16所示；圖1-16某車型后副車架焊接間隙數(shù)模焊接和調(diào)整部位應(yīng)預(yù)留焊接調(diào)整間隙。如圖1-17所示前安裝板焊接過程中，考慮多個(gè)面與后橫梁搭接且需要保證后橫臂安裝點(diǎn)精度，前安裝板與后橫梁留有0.5mm焊接調(diào)整間隙。圖1-17焊接調(diào)整間隙焊槍的接近性要合理，檢查焊槍的運(yùn)動空間要足夠（一般焊槍直徑25mm）；焊接件搭接寬度應(yīng)大于5mm，如有U形件因變形而使得搭接邊變小時(shí)，搭接邊應(yīng)大于7mm。設(shè)計(jì)搭接在選在平面處，這樣有利于布置焊點(diǎn)，同時(shí)搭接面避免覆蓋倒角。圖1-18搭接邊寬度兩板貼合焊接折彎處應(yīng)留有間隙，保證內(nèi)R1≥外R2+2mm的原則。圖1-19副車架焊接折彎間隙兩板焊接有同軸孔設(shè)計(jì)應(yīng)避免“雙眼皮”，設(shè)計(jì)“一孔大一孔小”消除焊接誤差不同心。圖1-20焊接同軸孔孔徑設(shè)計(jì)副車架注意與周邊件的運(yùn)動包絡(luò)無干涉，間隙在10mm以上。副車架的鈑金件設(shè)計(jì)避免制件形狀復(fù)雜，不利成型定位，要設(shè)計(jì)定位工藝孔，同時(shí)要分析避免有局部變薄嚴(yán)重開裂現(xiàn)象。副車架的鈑金件設(shè)計(jì)避免制件出現(xiàn)多余小尖角，造成修邊困難，增加模具成本。零部件設(shè)計(jì)無拔模負(fù)角，深度沖壓的零部件有吸皺結(jié)構(gòu)。副車架上表面應(yīng)適當(dāng)?shù)募右恍┘訌?qiáng)筋，同時(shí)局部圓角要盡量加大，以防止起皺，開裂等現(xiàn)象。5.2焊接流程圖制作根據(jù)標(biāo)桿車型焊接流程的分析制作初版焊接流程圖，隨著副車架設(shè)計(jì)的深入，對焊接流程圖進(jìn)行調(diào)整并交流至工藝部門進(jìn)行焊接流程工藝可行性分析，工藝部門反饋相應(yīng)工藝問題，焊接流程圖將進(jìn)一步修改至雙方達(dá)成一致意見。圖1-21某車型焊接流程圖6、副車架相關(guān)分析6.1副車架分析項(xiàng)目表1-1分析項(xiàng)目列表序號分析項(xiàng)目分析部門分析時(shí)間1前/后副車架模態(tài)剛度分析車輛安全工程研究院NC階段2前/后副車架及安裝點(diǎn)強(qiáng)度分析車輛安全工程研究院NC階段3設(shè)計(jì)車操縱穩(wěn)定性仿真分析動力學(xué)性能分析部NC階段4設(shè)計(jì)車懸架系統(tǒng)仿真分析動力學(xué)性能分析部NC階段5前后懸架系統(tǒng)疲勞分析可靠性工程研究院NC階段6前后懸架系統(tǒng)焊點(diǎn)及焊縫疲勞分析可靠性工程研究院NC階段6.2副車架CAE分析所需輸入1、副車架設(shè)計(jì)數(shù)模及懸架系統(tǒng)數(shù)據(jù)；2、各鈑金件材質(zhì)明細(xì)清單；3、懸架系統(tǒng)運(yùn)動硬點(diǎn)列表；4、懸架系統(tǒng)所有彈性元件（包括副車架襯套等）剛度曲線；5、最新副車架數(shù)據(jù)相對上版數(shù)據(jù)具體變更點(diǎn)。6.3副車架分析項(xiàng)目評價(jià)指標(biāo)1、副車架及安裝點(diǎn)強(qiáng)度分析評價(jià)指標(biāo)在顛簸、制動、轉(zhuǎn)向、加速工況下，強(qiáng)度分析結(jié)果一般與標(biāo)桿車結(jié)果進(jìn)行對比，應(yīng)力趨勢應(yīng)與標(biāo)桿車相符，且副車架各零部件最大應(yīng)力必須小于所用材料的屈服極限。表1-2某車型前懸架數(shù)據(jù)與標(biāo)桿車各零部件最大應(yīng)力數(shù)據(jù)匯總表（MPa）2、副車架疲勞分析評價(jià)指標(biāo)計(jì)算的疲勞分析結(jié)果包括副車架各個(gè)零部件的疲勞壽命和危險(xiǎn)位置，計(jì)算得到的副車架疲勞壽命應(yīng)該與標(biāo)桿車設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行對比，大于標(biāo)桿車設(shè)計(jì)壽命視為合格。3、副車架模態(tài)分析(1)螺栓連接工況評價(jià)：副車架第一階模態(tài)頻率前橫梁不小于200Hz，后懸置安裝橫梁不小于250Hz，具體數(shù)值根據(jù)車型定位，參照Benchmark及公司數(shù)據(jù)庫進(jìn)行目標(biāo)分析及評價(jià)，如表1-3所示。表1-3各車型模態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（2)襯套連接工況評價(jià)：設(shè)計(jì)車模態(tài)值應(yīng)滿足：a）響應(yīng)階次頻率間隔不小于3Hz，以避免耦合；b）各階次頻率與車身扭轉(zhuǎn)、彎曲、機(jī)艙橫擺頻率相互避讓3Hz，避免共振現(xiàn)象發(fā)生；c）第一階模態(tài)頻率應(yīng)大于路面激勵及怠速開空調(diào)的激振頻率；d）在滿足上述條件下，根據(jù)車型定位，參考Benchmark及公司數(shù)據(jù)庫制定設(shè)計(jì)車模態(tài)目標(biāo)值。4、副車架剛度分析（1）靜剛度：約束副車架與車身連接位置X、Y、Z平動及轉(zhuǎn)動六個(gè)方向自由度，分別在擺臂、轉(zhuǎn)向器、各懸置安裝點(diǎn)加載X、Y、Z方向1000N的載荷，加載模型如圖1-22所示，靜剛度分析結(jié)果不得小于設(shè)計(jì)目標(biāo)值（設(shè)計(jì)目標(biāo)值根據(jù)標(biāo)桿車型確定）。圖1-22某車型焊接流程圖表1-4某車型前副車架安裝點(diǎn)靜剛度（N/mm）（2）動剛度：在20-200Hz范圍內(nèi)，動剛度分析結(jié)果不得小于設(shè)計(jì)目標(biāo)值（設(shè)計(jì)目標(biāo)值根據(jù)標(biāo)桿車型確定）。表1-5某車型前副車架安裝點(diǎn)平均動剛度20-200Hz（N/mm）6.4副車架性能分析修改隨著設(shè)計(jì)工作的深入，輕量化設(shè)計(jì)的理念越來越多的影響到整車的性能，所以在后期接受CAE方面的修改建議時(shí)應(yīng)按照以下優(yōu)先順序?qū)ζ溥M(jìn)行選擇，甚至駁回；1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化；如某車型前副車架后橫梁上板在制動工況下最大應(yīng)力為347MPa，接近材料（SAPH440/2.0mm）的屈服強(qiáng)度，存在失效風(fēng)險(xiǎn)，并且在后懸置安裝點(diǎn)周圍存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，性能分析部門建議將后橫梁上板修改為一個(gè)平面，后橫梁最大應(yīng)力降低至159MPa，低于材料的屈服極限強(qiáng)度，如圖1-23所示。改前改前改后改后圖1-23后橫梁上板結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級材料；如某車型前安裝板顛簸工況最大應(yīng)力為307MPa，不滿足強(qiáng)度要求，性能分析部門建議將其材料有BR440/590HE變更為BR600/780HE，此應(yīng)力低于更改后材料的屈服極限強(qiáng)度，如圖1-24所示。圖1-24前安裝板材料升級2、增加焊道；如某車型左縱梁與后橫梁搭接處明顯應(yīng)力集中，最大應(yīng)力為311MPa，性能分析部門建議縱梁內(nèi)側(cè)向下延伸，增加搭接處焊道長度，修改后最大應(yīng)力為210MPa，滿足要求。圖1-25前安裝板材料升級3、增加厚度；4、增加中間支撐板、加強(qiáng)板。如某車型前后安裝板為U形結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度較弱，考慮后期平臺某車型，性能分析部門建議