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SUV的全稱是Sport Utility Vehicle，即運動型多用途車，SUV的特點是動力強、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車型對底盤性能的要求更高，產(chǎn)品設(shè)計必須考慮用戶使用的特殊工況對底盤結(jié)構(gòu)性能進行預(yù)測與把控，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度性能，以及底盤系統(tǒng)零部件強度安全系數(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題，本文以某SUV車型前懸架系統(tǒng)極限工況強度分析為例，研究底盤各零部件在極限工況下的強度問題、及各零部件的強度安全系數(shù)的分配問題。
精準的分析結(jié)果依賴于精準的分析模型，為了得到高精準度的分析結(jié)果，建立了CAE分析底盤前懸架系統(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，焊點用fastener模擬，本分析模型見圖所示。
本分析主要考慮用戶急轉(zhuǎn)彎、急剎車及顛簸工況，各個極限工況邊界條件定義。
前懸系統(tǒng)中，通過安全系數(shù)對系統(tǒng)中各個零部件進行強度及安全性能的把控，其中鑄造件安全系數(shù)按照材料的屈服強度進行評判，飯金材料安全系數(shù)按照材料的抗拉強度進行評判。通過前懸架系統(tǒng)極限工況強度分析發(fā)現(xiàn)，在4G制動工況及3G轉(zhuǎn)向工況下，轉(zhuǎn)向節(jié)安全系數(shù)最低。
為了驗證分析的準確性，按照制動及轉(zhuǎn)向工況分析的邊界條件進行了試驗驗證，驗證結(jié)果顯示轉(zhuǎn)向節(jié)發(fā)生斷裂，與CAE分析結(jié)果吻合，需要對轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，避免用戶使用中發(fā)生安全事故。
針對轉(zhuǎn)向節(jié)在系統(tǒng)中安全系數(shù)最小問題對轉(zhuǎn)向節(jié)進行結(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度，直接拉直并保證制動軟管安裝面的厚度。如圖3所示：藍色為基礎(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，極限工況下不會出現(xiàn)斷裂而導(dǎo)致功能失效問題，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)見表所示。
為了驗證優(yōu)化方案的有效性及前懸架系統(tǒng)極限工況強度分析的合理性，對前懸架系統(tǒng)進行了相應(yīng)的試驗驗證，試驗結(jié)果顯示優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向節(jié)沒有斷裂、但擺臂發(fā)生大的塑性變形，同時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。試驗結(jié)果與優(yōu)化后各零部件CAE強度安全系數(shù)的分布及大小吻合地很好，從而驗證了優(yōu)化方案有效性及分析的合理性。
本論文通過有限元方法，模擬用戶使用過程中前懸架的極限工況，對某SUV車型前懸架系統(tǒng)進行了強度分析，并通過前懸架系統(tǒng)各零部件強度安全系數(shù)的大小排序及各零部件在整車中的功能進行了分析，為了驗證分析的準確性，對前懸架系統(tǒng)優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)進行了整車中的極限工況試驗驗證，驗證結(jié)果證實了分析的準確性及合理性。但為全面把控各零部件的強度性能及綜合制造成本，需要在以下兩方面做進一步的工作：
(1)積累平臺車型底盤零部件失效數(shù)據(jù)庫，根據(jù)失效狀況及對整車性能的影響情況，將零部件進行分類；
(2)對分類后的零部件強度安全系數(shù)制定失效的先后次序及相應(yīng)的評價標準。
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