一款重卡驾驶室后悬置支架结构的优化设计

齐淼，党龙，王兰，申建乎，赵长城，李荣梅

（陕西万方汽车零部件有限公司，陕西 西安 710200）

前言

重型卡车驾驶室悬置的主要功能是通过前、后悬置支架与车架、驾驶室本体连接来支撑起驾驶室，利用弹性元件和减震器起到缓冲震动的作用，通过结构中的弹性元件实现防止车身在转向等行驶工况下发生的侧向倾斜。

随着汽车工业的不断完善与发展，重型卡车驾驶员对卡车舒适性、安全性和可靠性等要求不断提高。另外随着国民经济发展，面对国外高品质重卡的市场冲击，国内重卡主机厂愈加重视舒适性、安全性、可靠性。本文以某重型卡车驾驶室后悬置为研究对象，以实际工况结构分析，利用 Hyper Works软件平台建立有限元静态分析模型，通过与原结构的对比分析，证明优化改进后的支架结构的可行性与有效性，及在驾驶室悬置系统性能要求方面的提升。

1 优化设计需求来源

该重卡卡车驾驶室后悬置结构简单，利于整车布置，左右支撑内部空间最大化。但是该结构抗左右偏摆能力较差，未采用横向减震器，导致横向摆动幅度较大，抗驾驶室侧倾的能力较差，目前表现为驾驶室舒适性差，易导致后悬置液压锁、减震器损坏率的上升。

对该后悬置支架进行台架试验，实验方法如下：

1.1 针对液压锁、减震器及支架系统

（1）单侧固定，另一侧在锁销中心横向向内分别加载37.6KG、70KG、100KG的载荷，测量锁销中心点的位移。

（2）单侧固定，另一侧在锁销中心横向向外分别加载37.6KG、70KG、100KG的载荷，测量锁销中心点的位移。

1.2 单侧支架

单侧支架总成固定，在液压锁锁销中心向外分别加载37.6KG、70KG、100KG的载荷，测量锁销中心点的位移。

实验所得结果如下图：

图1 台架试验位移曲线

横向向内加载：当受 75kg的力时，锁止部位位移为11mm；等效刚度为66.8N/mm。

横向向外加载：当受 75kg的力时，锁止部位位移为11mm；等效刚度为66.8N/mm。

单测液压锁向外加载：当受75kg的力时，锁止部位位移为13mm；等效刚度为56.5N/mm。

实验数据显示，该支架横向刚度较小，在转弯等横向力较大时会引起较大位移，即该后悬置抗侧倾性能较差。

2 改进方案及结构性能分析

针对该重卡后悬置支架抗侧倾能力较差的问题，需对该支架进行优化改进设计，以提高悬置系统抗侧倾能力，提升驾驶室舒适性及安全性。

该支架为拼焊总成，焊接结构存在焊接过程中易变形、焊接过程内应力较高、焊缝影响外观及可靠性等缺点。铸钢件则在避免以上问题的同时，还可通过不同的热处理工艺在较大的范围内选择力学性能和使用性能，并可有效减少加工切削量。基于上述原因，确定更改方案为铸件结构替代焊接结构。

图2 位移分析结果

保证减震器、液压锁及与车架连接方案不变的前提下，在原拼焊结构支架的基础上完成铸件三维数模绘制。并进行铸造工艺性、加工可行性分析。按照上文实验方法，利用HyperWorks软件对原支架后悬置总成及优化支架后的后悬置总成模型进行静力学分析，将支架在载荷为75KG时的最大应力、载荷加载点最大位移的分析结果进行对比。

表1 静力学分析位移结果对比

在加载载荷、约束等外部条件完全一致的情况下，原结构与改进后结构在HyperWorks软件中的分析结果如下：

图3 受力分析结果

表2 静力学分析应力结果对比

3 优化改进方案与原方案对比

根据以上实验数据及 HyperWorks软件分析结果，改进后铸件支架悬置总成在受力、支架刚度等方面比原焊接结构有大幅提升。

图4 支架原模型与优化后模型对比

3.1 降低零件生产成本

原结构为钣金拼焊件，五个零件焊接组成支架总成，改进后支架为单一零件，工时成本、库存成本、管理成本、转运成本等都可大幅降低。

3.2 减少风险点

原结构加工过程较多，会造成加工过程中误差累计的增加，改进后为铸件结构，仅需机加工处理，零件质量控制、焊接过程控制等风险点可以大大减少。

3.3 抗偏摆性能提高

相比于原结构的钣金拼焊结构，改进后的精铸件结构在抗左右偏摆能力上有很大提升。

4 结论

本文针对某款抗侧倾能力较差的驾驶室后悬置总成进行分析研究，通过改进其支架结构的方式实现该悬置的性能提升。在不影响相关零部件装配、使用的前提下，将原支架钣金拼焊结构更改为精铸件结构。HyperWorks软件分析结果表明，改进后的支架，最大位移减小约18%，最大应力减小约00.0.45%，静态承载安全系数同步大幅提高，加工过程风险因素有效减少。