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SUV的全稱是Sport Utility Vehicle，即運(yùn)動(dòng)型多用途車，SUV的特點(diǎn)是動(dòng)力強(qiáng)、越野性好、寬敞舒適及良好的載物和載客功能。由于SUV車型功能的特殊性，在用戶使用過(guò)程中更容易出現(xiàn)急剎車、急轉(zhuǎn)彎、以及展現(xiàn)越野功能的顛簸等極限工況，因此區(qū)別于乘用車而言SUV車型對(duì)底盤(pán)性能的要求更高，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須考慮用戶使用的特殊工況對(duì)底盤(pán)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)與把控，既要考慮到普通使用工況的結(jié)構(gòu)疲勞性能又要考慮到極限工況下的強(qiáng)度性能，以及底盤(pán)系統(tǒng)零部件強(qiáng)度安全系數(shù)的合理分配，即在極限工況下不能出現(xiàn)安全零部件的功能失效問(wèn)題，本文以某SUV車型前懸架系統(tǒng)極限工況強(qiáng)度分析為例，研究底盤(pán)各零部件在極限工況下的強(qiáng)度問(wèn)題、及各零部件的強(qiáng)度安全系數(shù)的分配問(wèn)題。
精準(zhǔn)的分析結(jié)果依賴于精準(zhǔn)的分析模型，為了得到高精準(zhǔn)度的分析結(jié)果，建立了CAE分析底盤(pán)前懸架系統(tǒng)模型，分析模型包括：副車架、擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、減震器(緩沖塊十彈簧十減震套筒)、穩(wěn)定桿、穩(wěn)定桿縱桿、轉(zhuǎn)向內(nèi)拉桿、轉(zhuǎn)向外拉桿、轉(zhuǎn)向器橫向拉桿，模型中各零部件的連接關(guān)系以及減震器及緩沖塊的剛度特性用ABAQUS中相應(yīng)的connector單元模擬，例如減震器緩沖塊的剛度特性建模方式如下圖所示；轉(zhuǎn)向節(jié)及桿類零件用四面體建模、飯金類及焊縫用殼單元建模，單元尺寸為3X3，焊點(diǎn)用fastener模擬，本分析模型見(jiàn)圖所示。
本分析主要考慮用戶急轉(zhuǎn)彎、急剎車及顛簸工況，各個(gè)極限工況邊界條件定義。
前懸系統(tǒng)中，通過(guò)安全系數(shù)對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)零部件進(jìn)行強(qiáng)度及安全性能的把控，其中鑄造件安全系數(shù)按照材料的屈服強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)判，飯金材料安全系數(shù)按照材料的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)判。通過(guò)前懸架系統(tǒng)極限工況強(qiáng)度分析發(fā)現(xiàn)，在4G制動(dòng)工況及3G轉(zhuǎn)向工況下，轉(zhuǎn)向節(jié)安全系數(shù)最低。
為了驗(yàn)證分析的準(zhǔn)確性，按照制動(dòng)及轉(zhuǎn)向工況分析的邊界條件進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果顯示轉(zhuǎn)向節(jié)發(fā)生斷裂，與CAE分析結(jié)果吻合，需要對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，避免用戶使用中發(fā)生安全事故。
針對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)在系統(tǒng)中安全系數(shù)最小問(wèn)題對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，具體優(yōu)化方案為：在轉(zhuǎn)向節(jié)的寬度方向上消除弧度過(guò)度，直接拉直并保證制動(dòng)軟管安裝面的厚度。如圖3所示：藍(lán)色為基礎(chǔ)模型，綠色為優(yōu)化方案。
優(yōu)化后從前懸架系統(tǒng)各零部件的安全系數(shù)可以看出，轉(zhuǎn)向節(jié)及轉(zhuǎn)向拉桿等安全件的安全系數(shù)得到大幅提升，安全系數(shù)最小的變?yōu)閿[臂及支柱，該兩件為飯金件，極限工況下不會(huì)出現(xiàn)斷裂而導(dǎo)致功能失效問(wèn)題，優(yōu)化后安全系數(shù)的分布基本能滿足用戶特殊使用工況的需求。優(yōu)化后各零部件的安全系數(shù)見(jiàn)表所示。
為了驗(yàn)證優(yōu)化方案的有效性及前懸架系統(tǒng)極限工況強(qiáng)度分析的合理性，對(duì)前懸架系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果顯示優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向節(jié)沒(méi)有斷裂、但擺臂發(fā)生大的塑性變形，同時(shí)CAE分析結(jié)果也顯示擺臂安全系數(shù)最小，有最先發(fā)生變形或失效的風(fēng)險(xiǎn)。試驗(yàn)結(jié)果與優(yōu)化后各零部件CAE強(qiáng)度安全系數(shù)的分布及大小吻合地很好，從而驗(yàn)證了優(yōu)化方案有效性及分析的合理性。
本論文通過(guò)有限元方法，模擬用戶使用過(guò)程中前懸架的極限工況，對(duì)某SUV車型前懸架系統(tǒng)進(jìn)行了強(qiáng)度分析，并通過(guò)前懸架系統(tǒng)各零部件強(qiáng)度安全系數(shù)的大小排序及各零部件在整車中的功能進(jìn)行了分析，為了驗(yàn)證分析的準(zhǔn)確性，對(duì)前懸架系統(tǒng)優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整車中的極限工況試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果證實(shí)了分析的準(zhǔn)確性及合理性。但為全面把控各零部件的強(qiáng)度性能及綜合制造成本，需要在以下兩方面做進(jìn)一步的工作：
(1)積累平臺(tái)車型底盤(pán)零部件失效數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)失效狀況及對(duì)整車性能的影響情況，將零部件進(jìn)行分類；
(2)對(duì)分類后的零部件強(qiáng)度安全系數(shù)制定失效的先后次序及相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
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