单纵臂式悬架主体结构形式的研究

周 华

（柳州五菱汽车工业有限公司，广西 柳州 545007）

单纵臂式悬架主体结构形式的研究

周 华

（柳州五菱汽车工业有限公司，广西 柳州 545007）

提出了单纵臂式悬架的两种主体结构形式，以CAE手段分析了其应力及结合制造工艺性和成本来综合评估，并通过样件静态和动态实测来进行验证，确定了较优的结构形式。

悬架；单纵臂；主体结构形式；

汽车的悬架，分为独立式悬架和非独立式悬架，因独立式悬架的簧下质量小、汽车行驶平顺性和行驶稳定性好、轮胎接地性能好、能减少车辆的倾斜和振动，是不少汽车的优先选择。

目前汽车的独立式后悬架形式主要有双横臂式、单纵臂式、单斜臂式、麦弗逊式式、滑柱摆臂式，而单纵臂式悬架具有占用的横向和纵向空间小、轮距不随车轮跳动而变化、结构简单、成本低等优点，主要应用于后悬架。

某车型拟将单纵臂式悬架用于后悬架，而目前单纵臂式悬架的应用较少，在这方面的研究不多，为保证车辆的行驶性能和安全性，有必要对单纵臂式悬架的主体结构形式进行全面研究。

本文提出了单纵臂式悬架的两种主体结构形式，通过采用CAE手段分析了它们的应力，及结合制造工艺性和成本来综合评估，并通过样件静态和动态实测来进行验证，确定了较优的结构形式。

1 纵臂主体结构形式

针对车型的实际情况，提出了纵臂的两种主体结构形式：钣金冲压焊接式、钢管焊接式。

钣金冲压焊接式，是以上下两件钣金冲压件和套管焊接而成，其中钣金冲压件承受了大部分的载荷；

钢管焊接式，是以若干段方管、加强板和套管焊接而成，其中方管和加强板须组成一个较强结构，才能承受大的载荷。

图1 钣金冲压焊接式的简图

图2 钢管焊接式的简图

2 CAE分析

通过UG建立了三维模型，然后采用了专业的CAE分析软件，根据整车提供的载荷、轮距、安装点等信息，对如下3种工况下两种结构的应力分布情况进行了CAE分析：

（1）满载垂直载荷作用下，即相当于满载静态；

（2）2.2倍满载垂直载荷作用，即相当于动态满载受冲击；

（3）1.5倍满载垂直载荷+侧向力（0.6倍满载垂直载荷）+等效扭矩，即相当于动态满载侧滑。

通过对比，确定在3种工况下工况（2）的应力最大，并且均为钣金冲压焊接式比钢管焊接式的应力小。

图3是工况2的应力分布图，图中引出线所指区域，为应力数值较大的区域，钣金冲压焊接式只有1处区域应力数值超过80MPa，钢管焊接式则有2处区域应力数值超过80MPa。

图3 工况2的应力分布图

3 制造工艺性及成本分析

3.1 制造工艺性分析

制造工艺性分析如表1所列，分析表明钣金冲压焊接式比钢管焊接式的制造工艺性好。

表1 制造工艺性分析表

3.2 成本分析

成本分析如表2所列，分析表明钣金冲压焊接式比钢管焊接式的成本低。

表2 成本分析表（元/件）

说明：

（1）市场上冲压钢板普遍比矩形电焊钢管价格低；

（2）钣金冲压焊接式的焊缝少，须拼接的零件数量少；钢管焊接式的焊缝多，须拼接的零件数量多，所以工时消耗较多。

（3）零件数量多，会导致管理品种多和管理成本高。

4 样件实测

4.1 测试准备

根据CAE分析结果，在应力较大区域贴应变片，通过传感器和仪器来记录结果，见图4、图5。

图4 钣金冲压焊接式样件测试图

图5 钢管焊接式样件测试图

4.2 静态测试

静态测试分空载和满载两种载荷状态来测试。

测试结果表明，钢管焊接式在满载状态下的应力最大（见表3）。

表3 静态测试数据表

4.3 动态测试

动态测试也分空载和满载两种载荷状态来测试。每种载荷状态都做以下多种工况的应力测试：

（1）平路匀速行驶；

（2）坏路行驶；

（3）60 km/h制动；

（4）40 km/h平路转弯；

（5）0～80 km/h平路加速行驶。

测试结果表明，钢管焊接式在满载状态下，工况（2）的应力最大（见表 4）。

表4 动态测试数据表

5 结束语

综合以上分析及实测，钣金冲压焊接式比钢管焊接式的应力低，制造工艺性好，成本低，是一种较优的单纵臂的主体结构形式。

[1]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[2]张 旗.汽车工程手册·设计篇[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]耶尔森.赖姆帕尔.汽车底盘基础[M].北京：科学普及出版社，1992.

The Research of Main Body Structure of Trailing-arm Suspension

ZHOUHua
(Liuzhou Wuling Automobile Industry Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi545007,China)

Two kinds of main body structure of trailing-arm suspension are brought forward。By analyzing their stress with CAE，evaluating their manufacturing process and cost，validating with test of sample parts at static state and dynamic state，the better kind of main body structure is confirmed。

suspension；trailing-arm；main body structure

U463.3

A

1672-545X（2011）09-0014-03

2011-06-05

周 华（1973—），男，广西南宁人，工程师，学士学位，主要研究方向为汽车产品设计、工艺工装开发及项目管理。