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(guó)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

中圖分類號(hào) TB4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）16-0071-02

1 需求與現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)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(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，市場(chǎng)更關(guān)注低碳化、輕量化、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(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品中可靠性較高，但重量無(wú)優(yōu)勢(shì)，比國(guó)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(shí)別輕量化對(duì)象，制定具體的輕量化措施。重點(diǎn)對(duì)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(shí)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(zhǎng)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(duì)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(duì)象。

首先識(shí)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(chǎng)2#路極限載荷識(shí)別：某輕型車驗(yàn)證中最惡劣工況為某試驗(yàn)場(chǎng)2#路，基于前期對(duì)整車測(cè)量的2#路整車載荷譜，識(shí)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。基于以上載荷，對(duì)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，F(xiàn)t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(duì)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(chǎng)一萬(wàn)公里壞路試驗(yàn)。

6 成果與總結(jié)

通過對(duì)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(shí)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。

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