Hutchinson, ein Zulieferer für industrielle Transportsysteme, hat für den neuen Peugeot 208 FE Vorder- und Hinterachsen aus glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen entwickelt, die angeblich nur 1,9 Liter Benzin pro 100 Kilometer von einem konventionellen Metall verbrauchen Das Achsen- / Federungssystem wurde auf ein Verbundsystem umgestellt, das das Gewicht um 20,4 kg oder um etwa 40% reduzierte.Peugeot arbeitete mit Total, Paris, Frankreich und Hutchinson zusammen, um das Auto zu entwerfen Es soll ein praktikabler Ansatz für die Erfüllung der strengen europäischen Vorschriften für Emissionen von weniger als 90 g / km CO2 pro Kilometer bis zum Jahr 2020 entwickelt werden. Es ist klar, dass 208 FE diesen Bericht laut Berichten leicht erreicht haben Km der CO2-Emissionen sind 49g, was für ein reines (nicht einsteckbares) Hybrid-Elektrofahrzeug einen herausragenden Weltrekord darstellt.
Hutchinson Composite Vorderachse Suspension Blade Schematische
Hutchinson nutzte seine Erfahrung für die Entwicklung von 208 FE-Achsen als Werkstoffhersteller und Hersteller von Schwingungstechnik für die Automobil-, Schienenverkehrs- und Luftfahrtindustrie. Hutchinson bezeichnet den strukturellen Verbundkern dieser Wellen als ein ' Blade "aufgrund seiner Konstruktionsmerkmale: Vier Hauptmerkmale in einer Komponente integriert - Federung, Lenkung, Vibration / Lärm und Anti-Roll. Während des Entwicklungsprozesses integriert / eliminiert Design-Ingenieure 12 Komponenten, einschließlich: Feder, Federsitz, Stabilisator, Stabilisator Zubehör, Stabilisator Verbindungsstange und Gabelarm (Lenkung) Komponenten.
Peugeot 208 FE, ein Hybrid-Konzeptfahrzeug mit Vorder- und Hinterachse aus etwa 50% unidirektionaler Epoxid- / Glasfaser (Foto von Peugeot)
Das Composite verfügt über eine Blattkonstruktion, die das Gewicht von 20,4 kg (etwa 40%) im Vergleich zu einer Metallfederung reduziert, wobei Konstrukteure 12 Teile integrieren oder eliminieren können (Foto von Peugeot)
Die neue Aufhängung stammt ursprünglich von einem Bauteil, den Hutchinson vor 20 Jahren für einen anderen europäischen Automobilhersteller produziert hat, erinnert sich Bertrand Florentz, technischer Leiter des Hutchinson Composite Technology Center ("CTeC"). Bereit in die Produktion zu gehen, aber aufgrund der Vorliebe für traditionelle Stahlfederung wurde der Produktionsplan schließlich abgebrochen. Da 2020 strengere Emissionsstandards bevorstehen, wird die Nichteinhaltung des Unternehmens mit Strafen konfrontiert, so dass die heutigen Autohersteller Ist mit enormen Veränderungen in der Marktsituation konfrontiert.Zur gleichen Zeit, Hutchinson frühen Anhäufung von Suspension Anwendungserfahrung, aber auch schnell reagieren auf den Peugeot 208 FE neue, einzigartige Design-Entwicklungsanforderungen.
Bei der Konstruktion einer Pkw-Aufhängung muss zunächst berücksichtigt werden, dass diese Teileanordnung sowohl der statischen Belastung (festes Gewicht des Fahrzeugs) als auch der dynamischen Belastung (im Betrieb erzeugt) standhalten muss, die der auf alle drei Raumschächte verteilten Zugkraft entspricht , Druck-und Querkräfte, dh longitudinale, vertikale und transversale Belastungen.Während der Fahrt kann es dynamische Belastung bis zum 5-fachen der statischen Belastung des Autos, also in den wichtigsten strukturellen Dimensionen und Gesamtgestaltung des Teils standhalten Dynamische Belastung ist eine wichtige Überlegung.
Als Antwort auf diese multiaxialen Lasten war Hutchinsons ursprüngliches "großes" Design die Simulation der Hauptaufhängungsstruktur mit einem orthotropen Modell mit gleichmäßiger Strahlverteilung, was den Ingenieuren als Fazit diente Für lokale starre Merkmale, die notwendig sind, um die grundlegenden Anforderungen an die statische Belastung des Fahrzeugs zu erfüllen.
Wenn die mechanischen Eigenschaften und thermischen Eigenschaften des Materials in drei zueinander senkrechten Richtungen einzigartig und unabhängig sind, stellt es ein orthotropes Material dar. Im Gegensatz dazu sind die Eigenschaften des isotropen Materials in allen Richtungen Außerdem kann ein Material homogene (gleichmäßige) oder inhomogene (ungleichmäßige) Mikrostrukturen aufweisen. Ein Material, wie Walzstahl, ist eine natürliche orthorhombische Anisotropie und Homogenität (Uniformität.) Das Design eines homogenen orthotropen Verbundwerkstoffs, ist der Schlüssel zur Verwendung der gleichen "Mikrostruktur" (dh Material, hier ein Epoxidharz) und die meisten der unidirektionalen Glasfaser , Eine Laminatstruktur, die in Dicke und Ausrichtung variiert, um eine Laminatstruktur zu erstellen, mit der Konstrukteure das Bauteil mithilfe der Finite-Elemente-Analyse (FEA) modellieren können, indem sie spezifische hinzufügen oder abziehen Bereich des Verstärkungsmaterials, um eine Vielzahl von drei unabhängigen Achsenverformungs- und Belastungsproblemen zu behandeln.
Daher bestand der zweite Schritt im Designprozess darin, eine detaillierte Finite-Elemente-Simulation der Suspension im Hutchinson Research Center durchzuführen, wo die Simulationen verwendet wurden, um die Steifigkeit der Verbundlamellen nachzuahmen und eine detaillierte Laminatstruktur einschließlich Die Ausrichtung des Gewebes und die lokale Dicke. Als Ergebnis wird eine Blattkonstruktion mit 3 laminierten Strukturen erhalten: eine laminierte Struktur 1, bei der das Kugelgelenk hier mit der Säule ist (dicker und insbesondere Mit einem hohen Grad der longitudinalen Starrheit, um sicherzustellen, dass die Radführung) Phase, laminierte Struktur ist auf dem Gummi Stahl Welle Halterung in der Mitte der beiden Seiten installiert, laminierte Struktur drei, Stent (dünn und besonders spezielle Es ist sichergestellt, dass die vertikale Steifigkeit der Aufhängung) zwischen dem mittleren Teil.
Payload-Typ betrachten in der Finite-Elemente-Simulation ist die vertikale Last (symmetrisch und asymmetrisch), Längsbelastung, seitliche Belastung, der Lastwinkel, die Seitenstoßbelastung und Dauerlastsimulationsausgabe ist eine Steifigkeit der Klinge in alle Richtungen, Verschiebung, und Kinematik sowie lokale Spannungen und Dehnungen in Harz und Faser, und vergleichen Sie dann die Belastung und Dehnung mit Labor-abgeleiteten Materialzulagen, einschließlich des notwendigen "Materialversagens" Faktor.
In einem parallelen Entwicklungsprozess führten die Forscher eine umfassende Charakterisierung der Materialien unter Verwendung von laminierten Proben und neuen Harzen durch, mit spezifischen Prozessparametern wie Resin Transfer Molding (RTM), Gesamtreaktionswärme, thermische Ausdehnung und thermische Schrumpfung (in all drei-Achsenrichtung) und die Konzentration der anderen Fasern, durch die Differentialscanning-Kalorimetrie berechnet werden (a DSC) gemessener Wert der Kontaktwinkelmessung und dynamischer mechanischer Analyse (DMA), erhielt aus Diese Daten werden verwendet, um ein Messerkontaktaufhängungs viskoelastischen Modell, zu erzeugen und in die ABAQUS Finite-Elemente-Analyse-Software (Dassault Systèmes, Waltham, Massachusetts) importiert werden. thermodynamischen Analyse verwendet wurde die Wärmeformverfahren, um zu bestimmen die ‚hot spots‘ und in der normalen Produktion Werkzeuge und Ausrüstungen erhalten, aus der Verarbeitung resultierenden während des Härtungszyklus Verformung und die Restspannung vorherzusagen, wenn sich das Objekt an die Verarbeitungsbedingungen nach dem Abschluss der Entwurfskomponenten zu optimieren, während ein kontinuierliches Formteil sicherzustellen, zu berechnen und zu.
Obwohl die bisherige Konstruktion Hutchinson Verbund Peugeot 208 FE, die Hinterachse, aber die Zugabe der Lenkung Vorderachse Element komplexer. Die endgültige Suspension mit einem Glasfaserbogenförmige Blatthauptverstärkungsstruktur und weist einen Dickenbereich zwischen 12 ~ 15 mm, der Faservolumengehalt von mehr als 50% der Schaufellänge von etwa 1,2 m, Nennweite von 140 mm, ca. 315 mm tief Bogen. im Prozess der alle oben genannten Komponenten eliminiert, wobei die Welle / Suspendierungsdesign des Verbund Es enthält alle Merkmale einer traditionellen Metallfederung wie: Die bügelförmige Federungsklinge wird während der Montage in ihrer vorgepressten Form am Fahrzeug montiert und wirkt als einzelne Feder über die Breite der Vorderseite des Fahrzeugs für den Absorptionsweg Vibration Die Verbundklingen sind jeweils gelenkig (eine vertikale, eine longitudinale) an der Karosserie eines Wagens (BIW) auf jeder Seite der zusammengesetzten Schaufel. Wenn die Schaufel als Reaktion auf Straßenvibrationen gebogen oder zusammengedrückt wird, Um in der Querachse zwischen den Befestigungen zu verlängern. Um diese seitliche Ausdehnung unterzubringen, stellt die Gummibasis die notwendige seitliche Verschiebungselastizität zur Verfügung, während sie zusätzlich die Straßenvibration und -geräusche filtern. Diese Scharniere sind Verkapselt in ein Paar von Stahlklingen auf jeder Seite des unteren Gehäuseteils.
Jede Spitze ist mit einer Stahlkugel verbunden, die wiederum mit Verbindungsstangen (Stäben) verbunden ist, die durch Schwingungstilger auf das Fahrzeug geladen werden, und an diesen Stellen werden die Schaufeln einer maximalen Belastung ausgesetzt Eine zusätzliche Verbesserung in diesem Bereich wurde in der Blattkonstruktion erreicht, indem der Querstabilisator aufgrund seiner innewohnenden Biegesteifigkeit und festen Symmetrie durch die Funktion des Querstabilisators selbst ersetzt wurde. tatsächlich basiert auf der Symmetrie der Verformung, wenn das linke Rad nach oben bewegt, wird das rechte Rad bewegt auch nach oben, die eigentlich zu einer definierten Anti-Roll-Steuerung verbunden ist, und die Klinge wird aus üblichen abgetrennt wird ein Drehgestell Rad durch das linke verbunden ist, Rechtes Pleuel und direkt drehen.
Florentz sagt, dass das Konstruieren und das Bauen einer Verbundstoffwelle / -suspension mindestens das fünffache des technischen Aufwands erfordert, um die gleichen Metallteile zu entwerfen, aber in gewissem Sinne braucht es zusätzliche Zeit, weil Stahl Als traditionelles Material mit einer großen Menge von Testdaten und qualifizierten Daten, aber für Composite-Teile, muss die endgültige Charakterisierung des Materials nach der Schicht-für-Schicht-Alterung, Simulation und Nachbearbeitung erhalten werden. Wenn die Verwendung von Composite in ähnlichen Anwendungen Materialien, es ist davon auszugehen, dass der Großteil der zusätzlichen Engineering-Entwicklungszeiten aufgrund von bestandener Materialzertifizierung, Tests und Simulationen von einem Projekt zum anderen entfallen kann.
Auf der JEC 2015 in Paris war die Aussetzung der Höhepunkt des Hutchinson-Standes
Auf der JEC 2015 konnten die Besucher am ausgestellten Fahrwerk deutlich sehen, wie die Federung die Federblattstruktur von der Lenkfunktion der Vorderachse trennt
Obwohl diese Technologie immer noch als konzeptuell betrachtet wird, verdient diese Anwendung unsere Aufmerksamkeit und unser Potenzial.Für lange Zeit wurden Verbundwerkstoffe lange Zeit als nicht geeignet fürdie strukturellen Anwendungen von Nutzfahrzeugen angesehen.Daher hat die Verbundwerkstoffindustrie viele Nöte gemacht Das Potenzial von Verbundwerkstoffen, Metalle zu ersetzen, zu beweisen und zu glauben, dass Fahrzeughersteller und Verbraucher ihre eigenen Urteile fällen können, indem sie den großen Schritt von Hutchinson in diese Richtung unternehmen.