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2013-01-1437
发布于04/08/2013
版权所有copy;2013 SAE International
DOI：10.4271/2013-01-1437
saepcmech.saejournals.org
悬架类型和调整对车辆耐久性的影响
Dae-Un Sung, Eun-Joo Kim, June-Yeop Kim, Chun Woo Shin and Won Wook Jung
现代起亚汽车
摘要：
作为一款基于普通车辆平台的新车，底盘部件的耐久性问题在研发阶段中正在逐步减少，然而车身结构是通过外部设计改变的，底盘和悬架是由车辆性能指标调整，开发新车辆的主要问题是满足车身结构和调谐悬挂部件的耐久性目标，在耐久性行驶试验中，除了进行汽车常规可靠性试验所需仪器外，还需要测量汽车整车、总成及零部件疲劳损坏的专用仪器及设备，耐久性计算机辅助工程分析的准确性是主要取决于输入载荷的精度和悬架系统的边界条件。输入负载应该是准确估计，这些可以通过车辆规格，如车辆重量，轴距等来改变，它也受悬架类型和调整参数的改变的影响。
本文介绍了使用道路荷载数据分析技术的实验参数研究结果。 以往的研究表明车辆参数对车重，轮距，车轮踏面，车辆中心重力，轮胎尺寸，轮胎气压等都有影响。 在此研究悬架类型和调整参数，如横梁进行安装研究。 阐述了影响悬架构件输入载荷和行为的主要因素。
引用：Sung, D., Kim, E., Kim, J., Shin, C. et al.,'悬架类型和调整对车辆耐久性的影响，”SAE国际J. passeng。汽车-机械。系统。6（1）：2013，DOI: 10.4271/2013-01-1437
介绍
最近一个新的车辆基于一个共同的汽车平台是使用常见的底部结构。然而，车辆的上层将被改变的车辆类型，如轿车，运动型多用途车和交叉多用途车。此外，悬架系统是根据车辆性能指标调整的。例如，A1车辆是舱口，A2型车辆将是基于同一平台的交叉型公用车辆。悬架将由目标区域和客户改变。B1车是中型轿车和B2车辆是基于同一平台的全尺寸轿车。随着科技进步和市场的变化，一个型号的产品生命周期越来越短，大批量生产方式逐渐变得不能适应竞争。，产生了一种称为“汽车平台”的概念，“汽车平台”是由汽车制造厂商设计的，几个车型共用的产品平台。汽车平台与车辆的基本结构相关，出自于同一平台的不同车辆具有相同的结构要素，例如车门立柱、翼子板、车顶轮廓等。同一平台的车型的轴距一般情况下是相同的，同时一些配件是通用的。通过悬挂调谐将B2车辆的平顺性、操纵性、噪声、振动和粗糙度提高。
基于普通车辆平台的新车发展时间缩短一半。 通过提高原型车辆的设计质量水平可以实现车辆的耐用性目标。 提高计算机辅助工程分析和耐久性预测技术的准确性非常重要[1]。 在这项研究中，描述了耐久性评估的程序。 车身结构的耐久性受悬架类型的影响。 此外，它也受到一些悬架调谐的影响[2]。 通过悬架的道路载荷数据分析这些变化的影响。
首先分析悬架调谐参数的影响。 在这种情况下，本研究选择了横梁安装类型。汽车横梁的作用： 当车辆发生碰撞时，前保险杠防撞横梁可以将任何形式的偏置和正面碰撞产生的能量尽可能均匀地分布到两个吸能支架上，使能量最大限度均匀地被吸能支架所吸收，并将碰撞力均匀地传递到其他吸能部位。而当汽车在市区道路发生的低速追尾等碰撞时，前保险杠防撞横梁对保护翼子板、散热器、发动机罩和灯具等部件起着一定作用。后保险杠防撞横梁则可以减少行李舱、尾门、后灯组等部位的损害。 有两种类型的安装。 一个是固定安装，另一个是橡胶衬套安装。 带衬套安装的横梁的疲劳寿命比固体安装的短。 通过比较输入载荷和横梁的变形来研究这种现象的原因。 车辆轮流安装每个横梁。 准静态方法用于比较。 全车道路模拟器用于这种准静态分析。
其次，分析了悬挂类型的影响。 在这种情况下，考虑了后悬挂类型。 一个是扭转梁悬架，另一个是多连杆悬架。 制造了具有这两种后悬架的相同车体。扭力梁式后悬架结构简单，不占用空间，多连杆独立悬挂提高了车辆的控制性能，减少转向不足的情况，但是 多连杆后悬架结构的疲劳寿命比连杆扭转梁后悬架的疲劳寿命要短。 主要原因是通过道路载荷数据分析进行调查和解释。在这个分析中，比较了每个悬架的动态特性。 这种方法可以解释每种悬挂类型的差异。
方法
耐久性预测
由于在普通车辆平台上开发的新车辆没有原型车，所以重要的是车辆的耐用性目标应该在早期阶段实现。 因此耐久性预测程序在此开发过程中起着重要作用。 这个过程可以在图1中描述。
方法讨论
参数DB的负荷预测
部件试验疲劳寿命
新的车辆设计规格
耐久力预测
输入负载
疲劳寿命
CAE方法
VPG的负荷预测
有限元分析疲劳寿命
耐用性验证
图1.早期开发阶段的耐久性预测程序
首先，一个新的车辆设计规格应该在早期审查。 可以在早期就有两种预测技术。 一个是使用实验方法，另一个是计算机辅助工程方法。计算机辅助设计与计算机辅助制造（Comp等新技术得以十分迅猛的发展， 耐久性参数研究的数据库可用于估计悬架类型和调整车辆耐久性的效果。
此外，计算机辅助工程分析可用于估计悬架部件的道路载荷。 负载输入的变化可以通过虚拟测试实验室分析技术来预测[3]，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性，这种方法的缺点是需要有类似车辆的车轮力。随着车辆和悬架类型的变化，误差可能会更大。为了提高许多汽车公司在设计阶段的负载估算精度，开展了虚拟试验场分析技术的研究。
在正式估算了输入负载的变化范围以及哪些边界条件将会发生变化之后，可以确定悬架部件和车身结构是否加强。以此判断悬架元件耐久性，在确定原型阶段之前，组成悬架组件的耐久性可以通过组件测试来验证[4,5,6]。 而对于这些组件测试，应用上述负载预测程序的负载估算结果。
影响车辆耐久性的悬架参数
暂停调整
通过悬架调节实现车辆驾驶和操纵性能目标是正常的程序。 例如，B1车辆是中型轿车和B2车辆将是全尺寸轿车。B2车辆的驾驶和操纵性能应通过悬架调校进行调整。 在这个项目中，调整了前后横梁安装类型。原件是坚固的安装类型。 对于B2车辆，橡胶衬套安装在横梁的车身安装位置。制造了与这两种类型的交叉构件相同的原型车辆。
在换成衬套安装之后，横向构件在车辆耐久性测试中已经破裂。 没有认为疲劳寿命比固体安装寿命短，通过比较两种横梁之间横梁的行为和变形来研究这种现象的原因。
案例1 - 前横梁
第一个案例是前横梁。图2显示了实心安装和衬套安装横梁选用硬度较低、耐磨性较好的材料为轴套或衬套，这样可以减少轴和座的磨损，当轴套或衬套磨损到一定程度进行更换， 通过使用衬套安装横梁，噪声，振动和硬度比固体安装好。尤其是道路噪音水平降低了大约2分贝。在车辆耐久性测试中，套管安装横梁发生裂纹。
坚实的安装 衬套安装
图2.前横梁安装类型
图3显示了裂缝的位置。 道路负荷数据分析调查了原因。 在比利时块等耐久性测试轨道中测量裂纹位置，车轮力和较低控制臂力的应变。
图3.衬套安装前横梁上的裂纹位置处的应变计
如图4所示，比较两种类型的相对严重性值。通过计算每个时间信号的疲劳损伤来计算相对严重性。与固体类型相比，衬套安装类型的轮子输入力减少2至4％。下控制臂的球关节轴向力下降18％。然而，裂纹位置的应变增加到218％。
衬套安装
坚实的安装
时间
图4.车轮力，下控制臂球接头力和套管安装横梁上裂纹点的应变
衬套的阻尼特性可以降低车轮的动态特性。低摩擦阻抗：钢珠可因保持器的正确导向，以极小的摩擦阻抗进行稳定的直线运动 ， 因此它减小了车轮力和较低的控制臂轴向力 但是同时，衬套释放了横梁与车身结构的限制。 这一个作用使得横梁的变形比固体安装时大。 所以横梁应比固体安装横梁更坚硬或加固。 在下一次讨论之后，这一现象将通过可行性试验进行详细解释。
情况2 - 后横梁
下一个案例是后横梁。 图5显示了实心安装和套管安装后横梁。
图5.后横梁安装类型
如图6所示，在车辆耐久性试验中，在套管安装横梁的中心区域发生裂纹。在耐久性试验道中测量下控制臂，上控制臂和后臂的裂纹位置，车轮力和轴向力的应变。
图6.衬套安装后横梁上的裂纹
这些结果如图7所示。与固体类型相比，套管安装型的车轮侧向输入力减少了5％。 纵向和纵向的力量是相似的。下控制臂和上控制臂的轴向力下降10至12％。拖曳臂的力量是相似的。然而，裂纹位置的应变增加到200％。观察到与前横梁情况类似的现象。
图7.车轮力，控制臂的轴向力和套管安装横梁上裂纹点的应变
全车道路模拟器被用来调查这种现象。该模型为MTS 329 6自由度，如图8所示。六个自由度载荷可独立应用于车辆悬架系统。因此，通过比较裂纹应变和载荷输入可以发现主导载荷情况。
通过应用各种负载情况，确定转向力矩和纵向力是本例中的主要失效模式。 在这种模式下，横梁在弯曲模式下变形。横梁的中心是最薄弱的地方。图9显示了转向力矩的弯曲模式。图10显示了纵向力的弯曲模式。
比较转向力矩和纵向力引起的载荷 - 应变曲线。可以看出套管安装型的载荷 - 应变斜率比固体型的斜率大250％至300％。 如上所述，其主要原因是橡胶衬套释放了横梁与车身结构的限制，橡胶衬套使得横梁与车身结构之间更加自由，这使得横梁的变形比固体安装时大。这个现象可以通过这个测试来确定。
道路模拟器
图8. MTS 6-DOF全车道路模拟器
图9.由转向力矩引起的载荷 - 应变曲线的比较
图10.由纵向力引起的载荷 - 应变曲线的比较
暂停类型
CTBA和多链路暂停
下一个参数是悬挂类型的变化。 通常，悬架类型由车辆性能目标确定。 紧凑型车辆在一般情况下通常使用两种后悬架。 一个是耦合扭梁光轴悬架。 另一个是多链路暂停。 这两种类型的后悬架是嵌入同一车辆平台， 如图11所示，制造了两种具有这两种后悬架的原型车。
图11.类似车身的后悬挂类型
如图12所示，车辆耐久性测试中多链悬架车辆后部车身结构出现裂纹。尾门开口结构部件存在严重裂缝。 但是，带有扭转梁式悬架的同一车体满足耐久性目标。 对悬架输入负载和行为对身体结构进行了调查。
图12.后部多连
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