某轻型车驾驶室前悬置支架轻量化设计

1、    某轻型车驾驶室前悬置支架轻量化设计    王青春+刘平平摘 要 为满足国家关于蓝牌轻卡的法规要求，某轻型车需进行整车轻量化工作，分解至驾驶室悬置要求实现降重6kg。通过将铸铁支架改为冲压件、支架优化等措施，降重达到10kg，同时降成本约60元，并通过了验证。关键词 轻型车；悬置支架；轻量化tb4 a 2095-6363（2017）16-0071-021 需求与现状近年来，国家对蓝牌轻型卡车监管的日益严格，设计满足“自重合规”要求的轻型车产品日益重要。目前，某轻型车整车不满足法规要求，重量超标近10%，存在较大的市场风险。同时，市场更关注低碳化、轻

2、量化、舒适性等，用户希望降低产品自重，提升装载重量，提高收益。某轻卡系列产品悬置方案开发时没有明确的重量指标输入，设计初期为适应当时的开发需求，快速的通过法规认证，支撑产品开发，未特意进行轻量化设计。采用的球墨铸铁材料的铸件支架，在国内同类产品中可靠性较高，但重量无优势，比国内主流轻型车偏重10%20%。轻量化设计流程方面没有形成有效的轻量化流程和规范，设计方法也不够系统。2 目标按照项目输入，驾驶室悬置降重目标为10%，约为6kg。具体设定目标为驾驶室悬置整体降重目标不小于6kg；降重后悬置系统的功能、性能不降低；降重后悬置满足正碰法规要求。同时通过悬置支架轻量化工作，形成轻卡悬置系统轻量化

3、设计的方法和流程。3 技术路线根据项目要求和现状，以某轻型车现生产2t平台为依托，进行悬置系统轻量化工作，识别轻量化对象，制定具体的轻量化措施。重点对结构件和承载类部件进行轻量化，轻量化方案必须满足正常路况下的安全行驶及正碰法规的要求。主要包括：1）识别出悬置系统在正常路况下的极限载荷、在碰撞过程中的最大冲击载荷；2）根据不同工况下的载荷计算支架的最小截面（断面）；3）支架采用伸长率更高的材料，增加碰撞后支架的变形量。4 结构设计对组成悬置零件重量进行分布排名，排名前10位的零件重量占比达83%，确定悬置支架为降重对象。首先识别驾驶室悬置在两种工况下的极限载荷、冲击载荷。某试验场2#路极限载荷

4、识别：某轻型车验证中最恶劣工况为某试验场2#路，基于前期对整车测量的2#路整车载荷谱，识别出左、右悬置在不同方向上的极限载荷，取左、右载荷中较大值作为输入。分析碰撞模型和碰撞过程，计算冲击载荷：前碰试验中，已知摆锤质量m=1 500kg，碰撞能量e=29.4kj，则碰撞速度计算可得为v=6.26m/s。取碰撞时间t=40ms，则碰撞极限力f=234kn，則前悬置单侧冲击载荷为117kn。基于以上载荷，对悬置支架关键断面尺寸计算。以右侧前悬置支架为例，其受力模型见图1。fx、fy和fz为前悬置处正常行驶工况下的极限载荷，ft为摆锤碰撞时的冲击载荷。支架在fx、fy和fz作用下不能发生屈服变形。根

5、据前面确定的前悬置极限载荷，计算得：典型断面中，一般取，则该断面对fx、fy的抗弯截面系数分别为：则根据工况，将悬置支架常用材料性能参数参与计算，得到不同工况下的断面壁厚，如表2，表3所示。根据计算结果，在相同结构的情况下，采用355l时壁厚最小，重量最轻。同时考虑到碰撞时支架受力远大于正常行驶工况，初步确定前悬置支架采用355l，厚度采用6mm和5mm两种厚度钢板。5 分析与验证轻量化悬置方案静强度及疲劳强度满足设计要求，通过cae试验。并且通过120小时mts整车可靠性验证。实车碰撞试验显示轻量化悬置方案符合gb 26512-2011商用车驾驶室乘员保护（试验a）的要求。2016年悬置方案通过某试验场一万公里坏路试验。6 成果与总结通过对前悬置的轻量化优化，在保证悬置性能不降低前提下，2t平台实现降重10.2kg，降重17%，降成本约60元；3t平台实现降重13kg，降重20%，降成本约80元。同时实车碰撞合格，达到项目设定目标。确保了轻量化目标的达成：在前悬置轻量化过程中，采用材料替换的方法使前悬置重量有了大幅度降低，确保了降重目标的达成。在悬置设计前期增加载荷识别和关键断面的分析过程，为结构设计提供了理论支撑，提升了工程设计能力。参考文献1刘文华，何天明.高强度钢在汽车轻量化中的应用d.武汉：武汉理工大学，2008.2黄天泽，黄金陵.