汽車駕駛的樂趣——底盤緊固點(diǎn)奧秘

什么是汽車的駕駛樂趣？

在開篇之前，讓我們先聊一個(gè)概念：駕駛樂趣。

你腦海中對于汽車駕駛樂趣的定義是什么？一點(diǎn)加速踏板便飛馳如風(fēng)的澎湃動力？在激烈駕駛中，依然如臂使指的精準(zhǔn)操控？還是在賽道劈彎時(shí)，車身底盤的韌性？

其實(shí)，對于不同需求的用戶，駕駛樂趣的含義并不相同。

舉個(gè)例子：

或許頂級跑車操控性極佳，在賽道的激烈駕駛中仍能保持良好的車身姿態(tài)，但如果你想在市區(qū)通勤，即便是一個(gè)小小的減速帶，都可能把你震得“懷疑人生”；而價(jià)值數(shù)百萬的行政級豪車，雖然濾震性能優(yōu)異，但要跑山過彎或許會“力不從心”。

綜合來看，用戶對于駕駛樂趣的需求，應(yīng)該從兩個(gè)大方向進(jìn)行考量：

操控性：

包括車輛穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、精準(zhǔn)性等維度，也就是：好不好開；

舒適性：

舒適性：則是從隔振感、振動控制及衰減、沖擊等角度進(jìn)行判斷，也就是：舒不舒服。

根據(jù)不同車型的產(chǎn)品定位與性能需求，其懸架的結(jié)構(gòu)也各不相同，家用車主流的前懸架有麥弗遜、雙叉臂、多連桿三種，其中多連桿尤以五連桿為代表。

麥弗遜懸架

麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)簡單，螺旋彈簧與減振器安裝在同一軸上，僅靠下擺臂固定車軸的位置；雙叉臂安裝有下叉臂和上叉臂，成雙臂結(jié)構(gòu)；五連桿則由五根組合桿件一起控制車輪的位置，使車輪更準(zhǔn)確的繞軸線擺動。

五連桿

前后五連桿懸架，能夠像五個(gè)手指一樣控制住車輪， 大幅減少來自路面的前后方向力，提升操控性能和運(yùn)動感。與此同時(shí)，工程師還可以針對每個(gè)“指關(guān)節(jié)”的硬度、方向進(jìn)行調(diào)整，從而擁有更加寬廣的調(diào)校自由度， 最大程度挖掘車型的底盤潛力。

當(dāng)然，駕駛樂趣的真正達(dá)成，是一門深奧的大學(xué)問。除了底盤以外，還涉及到包括動力系統(tǒng)、四驅(qū)系統(tǒng)、輪胎等各類零部件的選型、整合、匹配，甚至連方向盤手感、踏板腳感都要經(jīng)歷數(shù)輪微調(diào)，才能達(dá)到最優(yōu)的綜合表現(xiàn)，這些優(yōu)秀的表現(xiàn)，跟底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大的關(guān)系，當(dāng)然較好的底盤體驗(yàn)更離不開底盤緊固點(diǎn)的開發(fā)，下面我們就一起了解一下，關(guān)于底盤緊固點(diǎn)開發(fā)的有關(guān)知識。

01 螺紋緊固點(diǎn)的概覽

1、緊固點(diǎn)系統(tǒng)概念

首先，系統(tǒng)組成的是由連接件和緊固件組成的，那緊固件唯一的作用就是為連接件來服務(wù)，緊固件打緊以后，被有效地拉伸，通過它的拉伸能夠使連接件被有效地夾緊，這是一個(gè)基本的緊固原理。

2、連接分類

硬連接件特點(diǎn)：

金屬件之間的連接，連接件的剛度較高，扭矩和預(yù)緊力的衰減較??；

軟連接件特點(diǎn)：

連接件或連接件與緊固件之間有膠、海綿、橡膠等物質(zhì)，剛度較低，易衰減；

懸空連接件特點(diǎn)：

由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致性能偏于軟連接件，緊固件由于懸空結(jié)構(gòu)，無法做到有效拉伸；

一般對于重要的緊固點(diǎn)或者連接點(diǎn)，我們通常用剛度比來定義它的剛度，一般剛度比建議4~8，保證緊固件的有效拉伸。

3、連接件的夾緊形式

底盤緊固點(diǎn)常用以下4種夾緊形式：

平面夾緊：

連接件夾緊面是一個(gè)平面，被層層夾緊，拉伸力轉(zhuǎn)化為夾緊力；

抱箍夾緊：

通過打緊螺栓，產(chǎn)生抱箍夾緊力，夾緊對應(yīng)的零件；

大錐度夾緊：

一般指60°、90°、120°的錐度，通過拉伸力產(chǎn)生夾緊力，除本身的摩擦力外還可以通過錐度壓力抵御外載；

小錐度夾緊：

一般指1：5，1：6，1：8的錐度比的夾緊方式，通過螺栓的拉伸力轉(zhuǎn)化為錐面的過盈變形，通過過盈配合產(chǎn)生有效的夾緊。

關(guān)鍵點(diǎn)在于拉伸力轉(zhuǎn)化為夾緊力的轉(zhuǎn)化率≥90%，以支持連接件功能的實(shí)現(xiàn)。

4、緊固工藝

常用的緊固工藝為扭矩法和扭矩轉(zhuǎn)角法發(fā)，扭矩法拉伸力離散度±35%，扭矩轉(zhuǎn)角法，彈性段TAE拉伸力離散度±22%，屈服段TAY拉伸力離散度±13%。

無論是采用哪種擰緊工藝，都得需要重點(diǎn)考慮拉伸力離散度對應(yīng)的下限是否能夠滿足夾緊件被有效夾緊。

02 緊固點(diǎn)開發(fā)流程

緊固點(diǎn)的開發(fā)一般包含以上8個(gè)步驟，通常我們在整車底盤緊固點(diǎn)開發(fā)過程中需要遵守的開發(fā)流程。

03 緊固點(diǎn)設(shè)計(jì)校核原理

1、載荷的輸入

一般是整車耐久團(tuán)隊(duì)給設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)輸入，主要有多體動力學(xué)提載，CAE建模提載和實(shí)車路譜的載荷，整體載荷會轉(zhuǎn)化為緊固點(diǎn)的剪切載荷FQ、軸向載荷FA。

2、剪切載荷需求的預(yù)緊力

預(yù)緊力需求的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求如上圖所示

3、四種結(jié)構(gòu)對應(yīng)的剪切力計(jì)算

FKQ——預(yù)緊力，F(xiàn)Q——剪切力，qF ——滑移面數(shù)量，μTmin——滑移面靜摩擦系數(shù)（滑移系數(shù)）。

3.1 平面夾緊&抱箍夾緊

3.2 大小錐度球銷夾緊

通過上述模型校核，使設(shè)計(jì)更加穩(wěn)健。

4、總預(yù)緊力的計(jì)算

總預(yù)緊力包括剪切載荷與軸向載荷，要共同去考慮這兩種載荷，才能獲得總的預(yù)緊力，如果連接件的剛度越高，那么FA與FPA的比例就會越來越接近。

5、緊固件規(guī)格的選擇

如選取的FM=35KN，具體選擇范圍和規(guī)則也參考上表，基于載荷類型，進(jìn)一步優(yōu)化緊固件規(guī)格范圍和設(shè)計(jì)的需求，鎖定具體的規(guī)格。

6、緊固點(diǎn)尺寸設(shè)計(jì)推薦

除了被緊固零件的尺寸，還需要考慮以下因素：

① 需求的余留長度

充分考慮零件尺寸、尺寸鏈、維修空間等方面的影響，避免在裝配和維修的過程中出現(xiàn)頂住或者干涉的現(xiàn)象。

L1——螺栓最后一圈螺紋末端和內(nèi)螺紋最后一圈螺紋末端間距。

L2——螺栓末端和孔末端間距。

L3——螺母第一圈內(nèi)螺紋和螺栓第一圈內(nèi)螺紋之間的間距。

a ——螺栓和螺母伸出的高度，我們一般是要大于兩倍的這個(gè)螺距

② 鋁材質(zhì)或者鋁鑄件的內(nèi)螺紋

除了我們剛才提到的余留長度以外，對整個(gè)內(nèi)螺紋本體柱體尺寸我們也有一個(gè)推薦，柱體的壁厚尺寸能夠大于 0. 5d，這樣使得它的整個(gè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

③ 嚙合長度

我們首先會關(guān)注剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的比例，比如鑄造鋁的0.5，鍛造鋁的0.6，鑄鐵的是0.8等等，

當(dāng)抗拉強(qiáng)度≥280Mpa的鋁材質(zhì)時(shí)，嚙合長度為2.5D

當(dāng)抗拉強(qiáng)度＜280Mpa時(shí)，嚙合長度要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算。

7、緊固點(diǎn)的潛在失效

我們通常會從上述4個(gè)方面進(jìn)行排查和評估緊固點(diǎn)的潛在失效。

8、底盤緊固點(diǎn)的典型失效模式

通過以上知識的分享，我們對底盤關(guān)鍵緊固點(diǎn)有了初步的了解，對一輛汽車來說，汽車底盤系統(tǒng)不光承載著車身和動力機(jī)構(gòu)，也為汽車其他重要系統(tǒng)提供了有機(jī)組合的空間和條件，它涉及到汽車的結(jié)構(gòu)性、承載性、安全性、穩(wěn)定性、運(yùn)動特性和舒適性等因素，底盤不單單指的是汽車底部車架，也不單單指的是懸掛輪胎系統(tǒng)。

它包括大家普遍認(rèn)可的四大組合系統(tǒng)：行駛系、制動系、傳動系和轉(zhuǎn)向系，所以底盤的重要性也就包含這四大系里每個(gè)子系統(tǒng)單元相關(guān)的設(shè)計(jì)、組合、性能發(fā)揮及穩(wěn)定耐用的特性。

汽車底盤上的螺絲主要是懸掛系統(tǒng)，只要有外力或振動，螺栓就會松動，但大小不同。汽車底盤螺栓也可能松動，一般有以下幾種情況：

比如你每天跑爛路，那么懸掛系統(tǒng)會頻繁受到高強(qiáng)度的沖擊和振動，螺栓松動的概率會更大。

比如車輛發(fā)生碰撞時(shí)，懸掛螺栓的接頭承受過大的沖擊力，可能導(dǎo)致兩個(gè)連接部位的接觸面變形。此時(shí)螺栓本身并沒有松動，但是接觸面的損壞會導(dǎo)致螺栓無法完全緊固接觸部位。

所以底盤關(guān)鍵緊固點(diǎn)設(shè)計(jì)和校核很關(guān)鍵，影響到我們?nèi)粘Ｐ熊嚢踩?，除了設(shè)計(jì)保證以外，如果經(jīng)常在路況較差的環(huán)境中行駛，還是建議定期做好相關(guān)的檢查工作，預(yù)防可能出現(xiàn)的失效。