复合材料轻型车辆的底盘设计和部件测试



复合材料轻型车辆的底盘设计和部件测试

复合材料轻型车辆研发项目包含了一个广泛的系统，其包括：动力系统、车身结构、底盘、电气结构和车辆内饰设计等。复合材料轻型车辆底盘包括铝制前后副车架、控制臂、连接杆、碳纤维制成的轮辋，采用大的高宽比设计橡胶轮胎、空心钢制横向稳定杆及空心钢制螺旋弹簧。这些底盘部件由卡斯马国际公司设计，在设计时采用了最好的材料和加工工艺，以在满足部件性能要求的同时减轻底盘总体质量。在设计这些底盘部件时采用了CAE分析，以满足强度和疲劳耐久性的要求。

本文评估了几种为轻型汽车开发的底盘部件技术性能，以及这些部件质量对汽车轻量化的贡献程度，这些部件包括用复合材料制成的中空钢质螺旋弹簧、碳纤维制成的轮辋、采用大高宽比设计的轮胎、空心的横向稳定杆、铝制副车架、控制臂和连杆等。

在满足原始部件制造商设定的刚度和疲劳耐久性能要求的前提下，通过质量优化设计可以使得这些底盘部件减轻37％的质量。该复合材料轻型车的前后摇杆采用铝制材料设计，并运用电弧焊技术将铝铸件和铝型材焊接在一起。后悬架连杆和控制臂的铝制件采用了锻造和挤压技术。采用上述设计方案后，整车在原有基础上可以减轻40％的总质量。对3组采用不同材料设计的大高宽比轮胎进行了性能评估，这3组轮胎的结构基于155/70R19尺寸轮胎设计，且质量均为7.7kg。用碳纤维轮辋取代铝制轮辋，可以进一步减轻汽车的质量。通过试验室试验和实车测试评估以进行车轮总成的优选。玻璃纤维增强型前弹簧和空心钢制后螺旋弹簧可以分别减轻59％和37％的质量。采用内喷丸工艺处理的空心钢制前、后横向稳定杆可以分别减轻39％和59％的质量。

Jeff L. Conklin et al. SAE 2015-01-1237.

编译：黄潭