汽車懸架控制臂的案例
【技術帖】基于架構開發的汽車懸架控制臂優化設計
1 架構項目控制臂開發簡介
懸架系統為汽車底盤的重要組成部分，其與車身和車輪相連，汽車行駛時，承受來自車身的振動和路面激勵等多重載荷。后懸架下控制臂是多連桿后懸架的重要受力部件，一般位于后懸架下方后側，連接輪邊和副車架，并承載減振器、彈簧和穩定桿等調試件，主要作用是承載垂向載荷并控制車輪運動時后輪前束和外傾的變化，因其布置空間受限，且受力復雜，路試中極易失效，其性能直接影響整車的安全性和可靠性。考慮架構平臺的擴展能力，架構開發中多車型共用控制臂，但不同車型的調試件如彈簧、穩定桿等參數不同，底盤性能調試提出了穩定桿庫、彈簧族的設計理念，較大地拓寬了底盤調試件的調試范圍，而架構的調試帶寬直接影響后懸架下控制臂的耐久性能，因此后下控制臂的設計需基于整個架構帶寬，滿足強度、剛度、耐久等零件設計要求，同時做到輕量化和低成本。
2 后下控制臂模型設計
本項目懸架形式為刀鋒臂式四連桿后懸架，圖1示出后懸架下控制臂裝配關系圖。后懸架下控制臂布置在副車架和車輪支架之間，同時為彈簧、減震器、穩定桿提供安裝接口，為確定其設計邊界，在CATIA 里建立了后懸架的運動學DMU 模型，并帶入周邊件。以下控制臂為參考，輸出周邊件相對下控制臂的運動包絡，如圖2 所示。進而在CATIA 裝配模塊下重新以下控制臂作為固定零件，將所獲得的運動包絡依次裝配形成新的懸架模型，構成了下控制臂的空間包絡約束。
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1.模型的建立
建模忽略實際車輛的不對稱性，懸架左右側所有硬點、部件質量屬性和彈簧、減震器及襯套性能參數均認識完全一致。利用懸架模型導入整理后的硬點數據文件，定義部件和連接關系后建立的麥弗遜前懸架模型如下圖所示：
圖1 麥弗遜前懸架模型
模型主要由車輪、轉向節、轉向橫拉桿、下控制臂、減震器、螺旋彈簧、柔性穩定桿、橡膠襯套及轉向系組成。下控制臂內端通過前、后兩個襯套與車體相連，外端通過球副與轉向節相連；減震器下支柱與轉向節固定，上支柱通過襯套與車體相連，上下支柱通過圓柱副和彈簧相連；轉向橫拉桿外端與轉向節通過球副相連，內端通過萬向節副與轉向系相連。
在實際工程中，汽車前懸架下控制臂存在前后襯套的軸向力過大而拔出，外端球頭的拔脫力及擠壓力過大而拔脫或擠壓破壞的情況等，這些都將影響汽車的行車安全和正常行駛。因此，本文將在不同典型工況下對這些關健零部件進行受力分析。
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