一种外联式断开平衡悬架的开发及应用

2022-05-10邹兴辉李海波

汽车实用技术 2022年8期

关键词：横梁整车悬架

邹兴辉，李海波

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601）

汽车作为一种高效的运输工具，随着技术的不断进步，市场对汽车的各方面性能要求进一步提高，轻量化作为重型商用车的重要发展方向，成为当前各主机厂着力研究的重要内容。

承载系统在整车的自重中占有较大的比重，其本身的轻量化工作是重中之重。目前，承载系统的零部件结构多为铸造和冲压结构，存在较大的设计冗余或设计不尽合理，无法实现材料的充分利用，造成承载系统自重较大，难以实现整车的轻量化设计。

1 断开式平衡轴应用现状

1.1 应用现状

人们对货运车辆舒适性、经济性等提出更高的要求，重卡市场上断开式平衡轴应用越来越普遍，断开式平衡轴存在两种技术状态：内联式和外联式。福田、一汽主要采用的是内联式平衡轴，陕汽、重汽、东风主要采用外联式平衡轴。我公司在跨越平台上开发了内联断开式平衡轴并已得到了批量应用。

内联式和外联式平衡轴产品性能差异不大，最大的区别是产品的安装形式不同，两种产品的相关对比如表1所示。

表1 产品性能对比表

1.2 存在问题

（1）装配过程复杂，装配时间长。内联断开式平衡轴装配时需要将车架尾梁拆除，从车架尾部将平衡轴吊入车架内，且部分紧固螺栓被后钢板弹簧遮挡，无法用风枪打紧，螺栓安装困难。

（2）装配过程刮伤零件表面涂层。平衡轴吊装过程中难免会和车架表面产生摩擦、磕碰，造成零件表面涂层损伤，影响整车的防腐性能。

（3）平衡轴部分紧固螺栓无法定扭矩。平衡轴的装配为关键工序，其紧固螺栓的扭矩需得到有效控制，但内联式平衡轴部分紧固螺栓受到钢板弹簧的遮挡，无法检测扭矩，且该螺栓只能手动拧紧，扭矩无法控制。

综上所述，结合内联式平衡轴在我公司的应用情况，故拟开发外联断开式平衡轴并在现有产品上进行批量应用。

2 断开式平衡轴开发

本文通过对标设计方法，基于当前商用车主流竞品的应用情况，通过对断开式平衡轴的结构对比、材料分析、工艺对比等技术手段，确保产品的技术可行性，最后通过CAE分析，对平衡轴的结构进行优化分析，从而实现商用车设计轻量化的目标，保证整车的使用安全。

2.1 标杆分析

平衡悬架系统是牵引车底盘的关键组成部分，由于轻量化及行驶稳定性的需求，重卡市场上悬架系统中断开式平衡轴在牵引车上应用越来越普遍，目前，断开式平衡轴从安装方式上分主要有两种技术状态内联式和外联式。

其中，福田、一汽解放等牵引车，以及我公司轻量化牵引车等，主要采用内联式平衡轴，结构如图1所示，平衡轴装配在车间内侧翼面上。

图1 内联式平衡轴结构图

陕汽、重汽、东风、柳汽以及解放轻量化牵引车型等主要采用外联式平衡轴，平衡轴支架安装在车架总成的外侧腹面及车间横梁的下翼面上，如图2所示。

图2 外联式平衡轴结构

通过对竞品的调研分析发现，目前重卡平衡轴结构逐步由内联式结构向外联式结构发展，这主要是由于外联式平衡轴装配工艺性好，并且有利于平衡轴总成重量的降低，有利于进一步实现整车的轻量化。

2.2 性能确定

我司6×4轻量化牵引车主要匹配的是内联式断开平衡轴悬架装置，内联式和外联式平衡轴产品性能差异不大，最大的区别是产品的安装形式不同，两种产品的相关对比如表2所示。

表2 内联式、外联式结构对比图

2.3 设计开发

通过对竞品的调研分析，确定外联式断开平衡轴设计方案，考虑现有生产工艺，为实现钢板弹簧的组合件上线，对标解放、东风结构开发。

2.3.1 结构开发

平衡轴总成是外联式断开平衡悬架的基础，通过对竞品的分析，确定平衡轴总成结构，平衡轴总成采用免维护结构，平衡轴支架与竞品东风天龙重卡启航版平衡轴支架结构相同，以保证平衡轴与钢板弹簧组合件上线装配的工艺性要求，为保证轻量化需求，采用高强度球墨铸铁QT800-5；板簧座参照现有平衡轴结构，以保证钢板弹簧的装配一致性。断开式平衡轴总成具体结构如图3所示。

图3 平衡轴总成结构图

铸造横梁结构开发，为保证平衡悬架系统的设计需要，平衡悬架上推力杆采用V型推力杆结构，通过对竞品的分析对比，设计新结构铸造横梁替代原有冲压横梁，如图4、图5所示，在保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷在保证可靠性要求下，实现降重25 kg。

图4 冲压横梁图

图5 铸造横梁图

2.3.2 CAE分析

通过建立底盘的CAE分析模型，通过模拟车架总成在安装有驾驶室、动力总成、牵引器负荷等工况下的加载，对项目设计的平衡轴总成及铸造横梁进行分析，保证整车安全性需要，如图6所示。

图6 CAE分析

表3 平衡轴支架分析结果

表4 铸造横梁分析结果

平衡轴支架CAE分析结果如表3所示，安全系数均满足要求。

铸造横梁安全系数如表4所示，均满足要求。

通过CAE的分析，平衡轴及铸造横梁的安全系数满足要求。

2.3.3 匹配设计

平衡轴的设计需要基于模块化、通用化的设计考虑，满足不同驱动桥的装配需求，在设计过程中充分考虑零部件的通用性，减少专用件设计开发，外联式断开平衡轴悬架系统各零部件开发也是在基于现有零部件的基础上进行变动，如表5所示。

表5 平衡悬架系统零部件开发关系表

2.3.4 验证阶段

（1）试装验证。通过编制试制策划书、试制计划、试制装配工艺流程、下发领料单，并与试制车间物料组和重卡班紧密对接，保证首台样车试制的顺利进行。联合重卡厂、工艺研究所、质量管理部、供应商管理部对外联式断开平衡悬架经过多次试装，对吊具、装配工艺等进行了验证，对重卡悬架平衡轴的装配工艺进行了分析验证，如图7所示。针对试制问题，严格按照试制反馈流程将试制问题报告下发到各设计模块，认真分析问题原因，并及时给出解决方案，保证试制问题闭环率达到100%。

图7 生产线验证

（2）试验开发及验证。为达成整车产品的开发指标，针对应用外联式断开平衡悬架的产品，编制试验大纲，并借助外部试验资源，策划了整车性能试验和整车可靠性试验两方面的实验开发内容，充分发现产品的设计、零部件质量方面的问题并改进。试验大纲主要由以下两部分组成：整车性能试验大纲、整车可靠性试验大纲。如表6所示。