Hutchinson, um fornecedor de sistemas de transporte industrial, desenvolveu eixos dianteiros e traseiros feitos de compósitos reforçados com fibra de vidro para o novo Peugeot 208 FE, que é dito que consome apenas 1,9 litros de gasolina por 100 km de um metal convencional O sistema de eixo / suspensão foi transformado em um sistema composto que reduziu o peso em 20,4 kg, ou em cerca de 40%. O Peugeot trabalhou com o Total, Paris, França, Hutchinson para projetar o carro Para explorar uma abordagem viável para atender aos rigorosos requisitos regulamentares europeus para emissões de menos de 90 g / km de CO2 por quilometro até 2020. É claro que 208 FE alcançaram facilmente esse padrão, de acordo com relatórios, cada um dos quais Km das emissões de CO2 é de 49g, que para um veículo elétrico híbrido puro (não plug-in), é um recorde mundial proeminente.
Esquema de lâmina de suspensão do eixo dianteiro composto Hutchinson
Hutchinson usou sua experiência para projetar eixos 208 FE como uma empresa de formulação de materiais e um fabricante de tecnologia de controle de vibração para as indústrias de transporte automotivo, ferroviário e aeroespacial Hutchinson refere-se ao núcleo estrutural composto desses eixos como um " Blade 'por causa de suas características de design: quatro recursos principais integrados em um componente - Suspensão, direção, vibração / ruído e anti-roll. Durante o processo de desenvolvimento, engenheiros de projeto integrados / eliminados 12 Componentes, incluindo: mola, assento de mola, barra anti-rolo, acessórios de barra anti-rolo, componentes da biela de barra antibrão e da forquilha (componente de direção).
Peugeot 208 FE, um automóvel conceito híbrido equipado com eixos dianteiros e traseiros feitos de fibra de vidro epoxi / fibra unidirecional de aproximadamente 50% (foto da Peugeot)
O compósito tem um design de lâmina que reduz o peso de 20,4 kg (cerca de 40%) em comparação com uma suspensão de metal, onde os engenheiros de projeto podem integrar ou eliminar 12 partes (foto da Peugeot)
A nova suspensão originou-se de um componente que Hutchinson produziu para outro fabricante de automóveis europeu há 20 anos, lembra Bertrand Florentz, diretor técnico do Huttinson Composite Technology Center ("CTeC") Pronto para entrar em produção, mas devido à preferência pela suspensão de aço tradicional, o plano de produção foi eventualmente cancelado. Com o futuro, as normas de emissão mais duras são iminentes, o incumprimento da empresa enfrentará penalidades, de modo que os fabricantes de automóveis de hoje Está enfrentando enormes mudanças na situação do mercado. Ao mesmo tempo, a acumulação antecipada da experiência de aplicação de suspensão da Hutchinson, mas também faz com que responda rapidamente aos novos e novos requisitos de desenvolvimento de design da Peugeot 208 FE.
Ao projetar uma suspensão de carro, a primeira consideração é que esta peça de montagem precisa suportar tanto a carga estática (peso fixo do carro) como a carga dinâmica (gerada durante a operação), correspondente à força de tração distribuída nos três eixos espaciais Forças de compressão e cisalhamento, isto é, cargas longitudinais, verticais e transversais. Ao conduzir, ele pode suportar carga dinâmica até 5 vezes a carga estática no carro, portanto, nas dimensões estruturais chave e design geral da peça A carga dinâmica é uma consideração importante.
Em resposta a essas cargas multi-axiais, o design inicial 'grand' da Hutchinson foi simular a estrutura de suspensão principal com um modelo ortotrópico com distribuição uniforme do feixe, que, como resultado, permitiu engenheiros Para características locais rígidas necessárias para atender aos requisitos básicos de carga estática do carro.
Se as propriedades mecânicas e as propriedades térmicas do material são únicas e independentes em três direções mutuamente perpendiculares, é um material ortotrópico. Em contraste, as propriedades do material isotrópico estão em todas as direções Além disso, um material pode ter microestruturas homogêneas (uniformes) ou não homogêneas (não uniformes). Um material, como o aço laminado, é uma anisotropia e homogeneidade ortorrômica natural (Uniformity.) A chave para projetar um compósito ortotrópico homogêneo é usar a mesma "microestrutura" (ou seja, o material, aqui um epóxi) e a maior parte da fibra de vidro unidirecional , Uma estrutura laminada que varia em espessura e orientação para criar uma estrutura laminada que permita aos engenheiros de projeto modelar a peça usando análise de elementos finitos (FEA), adicionando ou subtraindo especificações Região de material de reforço para lidar com uma variedade de três deformação de eixos independentes e problemas de carga.
Portanto, o segundo passo no processo de design é realizar uma simulação detalhada de elementos finitos da suspensão no Hutchinson Research Center, onde as simulações são usadas para modelar a rigidez das lâminas compostas e fornecer uma estrutura de laminado detalhada, incluindo A orientação do tecido e a espessura local. Como resultado, obtém-se um projeto de lâmina com 3 estruturas laminadas: uma estrutura laminada 1 em que a junta esférica está aqui e a coluna (mais espessa, mais particularmente, Com um alto grau de rigidez longitudinal para garantir que a guia da roda), a estrutura laminada é instalada no suporte de aço de borracha de aço conectado ao meio dos dois lados, estrutura laminada três, stent (fino e especialmente especial É assegurado que a rigidez vertical da suspensão) entre a parte do meio.
Os tipos de cargas consideradas na simulação FE são a carga vertical (simétrica e assimétrica), a carga longitudinal, a carga lateral, a carga de canto, a carga de impacto lateral e a carga de fadiga. A simulação produz a rigidez da lâmina, deslocamento e Cinemática, bem como tensões e estirpes locais na resina e fibra e, em seguida, compare o estresse e a tensão com os subsídios de material derivado de laboratório, incluindo o fator necessário de "falha material".
Em um processo de desenvolvimento paralelo, os pesquisadores realizaram uma caracterização abrangente de materiais usando amostras laminadas e resinas virgens, com parâmetros de processo específicos, como moldagem por transferência de resina (RTM), calor de reação total, A expansão térmica e a contração térmica (nas três direções axiais) e a concentração de fibras, etc. são calculadas a partir das medidas obtidas por calorimetria de varredura diferencial (DSC), medição de ângulo de contato e análise mecânica dinâmica (DMA) Esses dados foram utilizados para gerar um modelo viscoelástico de uma lâmina de suspensão e depois importados para o software de análise de elementos finitos da ABAQUS (Dassault Systèmes, Waltham, Mass.). A análise termodinâmica foi utilizada para determinar o aquecimento E para calcular e prever a deformação induzida por usinagem e os estresses residuais durante o ciclo de cura, a fim de otimizar as condições de usinagem após a conclusão do projeto da peça, assegurando que as peças sejam formadas continuamente nos moldes e equipamentos produzidos normalmente.
Embora o Hutchinson tenha projetado os eixos dianteiros e traseiros compósitos para o Peugeot 208 FE, o eixo dianteiro é mais complicado devido ao aumento dos elementos de direção. O projeto de suspensão final consiste em uma estrutura principal em forma de arco de lâminas reforçadas com fibra de vidro com uma faixa de espessura Entre 12 e 15 mm, o teor de volume das fibras excede 50%. O comprimento da lâmina é de cerca de 1,2 m com uma largura nominal de 140 mm e uma profundidade de arco de cerca de 315 mm. Ao eliminar todos os componentes acima, o projeto do eixo composto / suspensão Incorpora todas as características de uma suspensão metálica tradicional, tais como: A lâmina de suspensão em forma de arco é montada no veículo em sua forma pré-pressionada durante a montagem e atua como uma única mola em toda a largura da frente do veículo para o caminho de absorção Vibração. As lâminas compostas são articuladas (uma vertical, uma longitudinal) ao corpo de um carro (BIW) em cada lado da lâmina composta. Quando a lâmina é dobrada ou comprimida em resposta às vibrações da estrada, Para ser alongado no eixo transversal entre as fixações. Para acomodar esta extensão lateral, a base de borracha proporciona a resiliência de deslocamento lateral necessária enquanto elas também filtram a vibração e o ruído da estrada. Essas dobradiças são Encapsulado num par de lâminas de aço sobre cada um dos lados da caixa inferior.
Cada dica está conectada a uma bola de aço, que por sua vez está conectada a hastes de conexão (hastes) que são carregadas no veículo através de amortecedores de vibração e, nesses pontos, as lâminas são submetidas a carga máxima e, portanto, Um aprimoramento extra para esta área foi feito no design da lâmina, substituindo a barra anti-roll com a função de anti-rolamento próprio, devido à sua rigidez de flexão inerente e simetria fixa. Na verdade, com base na simetria da deformação, a roda direita também se move quando a roda esquerda se move para cima, o que é realmente uma definição da conexão anti-roll. A direção é convencional e separada das lâminas, com um bogie conectado à roda passando pela esquerda, Bielha direita e gire diretamente.
Florentz diz que projetar e construir um eixo / suspensão composto requer pelo menos cinco vezes o esforço de engenharia para projetar as mesmas peças metálicas, mas, em certo sentido, leva tempo extra porque o aço Como material tradicional com uma grande quantidade de dados de teste e dados qualificados, mas para peças compostas, a caracterização final do material deve ser obtida após o envelhecimento, simulação e pós-processamento camada por camada. Se o uso de compósitos em aplicações similares Materiais, é seguro assumir que a maior parte do tempo adicional de desenvolvimento de engenharia pode ser eliminada devido à certificação, teste e simulação de material de um projeto para outro.
No JEC 2015 em Paris, França, a suspensão foi o destaque do estande de Hutchinson
No JEC 2015, os visitantes puderam ver claramente no sistema de suspensão exibido como o projeto da suspensão separa a estrutura da lâmina de mola da função de direção da suspensão dianteira
Embora esta tecnologia ainda seja considerada conceitual, esta aplicação merece nossa atenção e potencial. Por um longo tempo, os materiais compostos já foram considerados não adequados às aplicações estruturais dos veículos comerciais. Portanto, a indústria compósita sofreu muitas dificuldades Para provar o potencial dos materiais compósitos para substituir os metais e acredito que os fabricantes de veículos e os consumidores podem fazer seus próprios julgamentos graças ao passo significativo da Hutchinson nessa direção.