Хатчинсон, поставщик промышленных транспортных систем, разработал передние и задние мосты из армированных стекловолокном композитов для нового Peugeot 208 FE, который потребляет всего 1,9 литра бензина на 100 км, Система оси / подвески была преобразована в композитную систему, которая уменьшала вес на 20,4 кг или примерно на 40%. Peugeot работал с Total, Paris, France, Hutchinson, чтобы спроектировать автомобиль Изучить жизнеспособный подход к соблюдению строгих европейских нормативных требований по выбросам менее 90 г / км CO2 на километр к 2020 году. Ясно, что 208 FE легко достигли этого стандарта, согласно сообщениям, каждый из которых Км выбросов CO2 составляет 49 г, что для чистых (не подключаемых) гибридных электрических транспортных средств является выдающимся мировым рекордом.
Хатчинсон композитный передний мост подвеска схема
Хатчинсон использовал свой опыт для проектирования 208 FE-осей в качестве компании, разрабатывающей материалы и производителя технологии управления вибрацией для автомобильной, железнодорожной и аэрокосмической промышленности. Хатчинсон относится к структурному составному ядру этих шахт как " Blade "благодаря своим конструктивным особенностям: четыре ключевых функции, встроенные в один компонент - подвеска, рулевое управление, вибрация / шум и анти-рулон. В процессе разработки инженеры-разработчики интегрировали / устранили 12 Компоненты, в том числе: пружина, сиденье с пружиной, стабилизатор поперечной устойчивости, аксессуары для стабилизатора поперечной устойчивости, элементы шатуна с поперечной рулевой тягой и компоненты рулевой колонки.
Peugeot 208 FE, гибридный концепт-кар, оснащенный передней и задней осями из примерно 50% однонаправленного эпоксидного / стекловолокна (фото Peugeot)
Композит имеет конструкцию лезвия, которая уменьшает вес 20,4 кг (около 40%) по сравнению с металлической подвеской, когда инженеры-конструкторы могут интегрировать или исключить 12 частей (фотография из Peugeot)
Новая подвеска фактически возникла из компонента Hutchinson, выпущенного для еще одного европейского автопроизводителя 20 лет назад, вспоминает Бертран Флоранц, технический директор Технологического центра Hutchinson Composite Technology Center («CTeC») Готовы к производству, но из-за предпочтения традиционной стальной подвески, производственный план был в конечном итоге отменен. В 2020 году неизбежны ужесточение стандартов выбросов, несоблюдение компанией будет сопряжено с наказаниями, так что сегодня производители автомобилей Это сталкивается с огромными изменениями в ситуации на рынке. В то же время Хатчинсон рано накапливает опыт применения приложений подвески, но также быстро реагирует на новые уникальные требования к разработке дизайна Peugeot 208 FE.
При проектировании подвески автомобиля первое соображение состоит в том, что эта сборка деталей должна выдерживать как статическую нагрузку (фиксированный вес автомобиля), так и динамическую нагрузку (генерируемую во время работы), соответствующую растягивающей силе, распределенной по всем трем пространственным валам , Сжимающие и сдвиговые усилия, т. Е. Продольные, вертикальные и поперечные нагрузки, которые могут выдерживать в пять раз большую динамическую нагрузку автомобиля во время движения и, следовательно, в критических конструктивных размерах и общей конструкции детали Динамическая нагрузка является важным фактором.
В ответ на эти многоосные нагрузки начальная «грандиозная» конструкция Хатчинсона заключалась в том, чтобы имитировать основную структуру подвески с ортотропной моделью с равномерным распределением пучка, что в качестве нижней линии позволило инженерам Для местных жестких функций, необходимых для удовлетворения основных требований к статической нагрузке автомобиля.
Если механические свойства и тепловые свойства материала уникальны и независимы в трех взаимно перпендикулярных направлениях, это ортотропный материал. Напротив, свойства изотропного материала находятся во всех направлениях Кроме того, материал может иметь гомогенные (однородные) или неоднородные (неоднородные) микроструктуры. Материал, такой как прокатанная сталь, является естественной орторомбической анизотропией и однородностью (Однородность.) Конструкция однородного ортотропного композиционного материала, ключ заключается в использовании той же «микроструктуры» (то есть материала, здесь эпоксидной смолы) и большей части однонаправленного стекловолокна , Слоистая структура, которая изменяется по толщине и ориентации для создания слоистой структуры, которая позволит проектировщикам моделировать деталь с использованием анализа конечных элементов (FEA) путем добавления или вычитания конкретных Область армирующего материала для обработки различных трех независимых деформаций оси и проблем с нагрузкой.
Поэтому вторым шагом в процессе проектирования было проведение детального моделирования конечных элементов подвески в Исследовательском центре Хатчинсона, где имитации использовались для имитации жесткости композитных лопастей и обеспечения подробной структуры слоистого материала, включая Ориентация ткани и локальная толщина. В результате получается конструкция лезвия с 3-мя ламинированными структурами: слоистая структура 1, где шаровой шарнир находится здесь с колонной (более толстая и, более конкретно, С высокой степенью продольной жесткости, чтобы гарантировать, что колесная направляющая) фаза, ламинированная структура установлена на кронштейне из резиновой стальной оси, соединенной с серединой двух сторон, слоистая структура три, стент (тонкий и особенно специальный Обеспечивается вертикальная жесткость подвески) между средней частью.
Типы нагрузок, учитываемых при моделировании FE, - вертикальная нагрузка (симметричная и асимметричная), продольная нагрузка, боковая нагрузка, угловая нагрузка, боковая ударная нагрузка и усталостная нагрузка. Моделирование обеспечивает жесткость, смещение и Кинематики, а также локальные напряжения и напряжения в смоле и волокне, а затем сравнить напряжение и деформацию с материалами, полученными из лабораторных материалов, включая необходимый фактор «отказа материала».
В параллельном процессе разработки исследователи провели всестороннюю характеристику материалов с использованием как ламинированных образцов, так и девственных смол с конкретными параметрами процесса, такими как формование с переносом смолы (RTM), общая теплота реакции, Термическое расширение и термическое сжатие (во всех трех осевых направлениях), а также концентрация волокон и т. Д. Вычисляются на основе измерений, полученных методом дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), измерения контактного угла и динамического механического анализа (DMA) Эти данные были использованы для создания вязкоупругой модели лопасти подвески, а затем были импортированы в программное обеспечение для анализа конечных элементов ABAQUS (Dassault Systèmes, Waltham, Mass.). Термодинамический анализ использовался для определения нагрева во время процесса формования И для расчета и прогнозирования деформации и остаточных напряжений, вызванных механической обработкой, в течение цикла отверждения, чтобы оптимизировать условия обработки после завершения разработки детали, гарантируя, что детали непрерывно формируются на обычно изготовленных формах и оборудовании.
Несмотря на то, что Хатчинсон сконструировал композитные передние и задние оси для Peugeot 208 FE, передняя ось более сложна из-за увеличенных элементов рулевого управления. Окончательная конструкция подвески состоит из основной конструкции из лука в форме армированных стекловолокном лопастей с диапазоном толщины Между 12 и 15 мм объемное содержание волокон превышает 50%. Длина лезвия составляет около 1,2 м с номинальной шириной 140 мм и глубиной лука около 315 мм. При устранении всех вышеперечисленных компонентов композитная конструкция вала / подвески Он включает в себя все особенности традиционной металлической подвески, такие как: Носовая лопастная подвеска прикрепляется к транспортному средству в его предварительно сжатой форме во время сборки и действует как одна пружина поперек ширины передней части транспортного средства для пути поглощения Вибрационные составные лопасти каждый шарнирно соединены (один вертикальный, один продольный) с корпусом автомобиля (BIW) с каждой стороны композитного лезвия. Когда клинок согнут или сжат в ответ на вибрации дороги, Удлинение по поперечной оси между креплениями. Чтобы разместить это поперечное удлинение, резиновое основание обеспечивает необходимую боковую упругость смещения, в то время как они дополнительно фильтруют вибрацию и шум в дороге. Эти петли Инкапсулированные в пару стальных лезвий на каждой стороне нижней части корпуса.
Каждый наконечник соединен со стальным шаром, который, в свою очередь, соединен с шатунами (стержнями), которые загружаются на транспортное средство через амортизаторы вибрации, и в этих точках клинки подвергаются максимальной нагрузке и, следовательно, , Дополнительное усиление в этой области было выполнено в конструкции лопастей, заменив стабилизатор поперечной устойчивости на функцию анти-прокатки, из-за присущей ей изгибной жесткости и фиксированной симметрии. Фактически, основываясь на симметрии деформации, правое колесо также поднимается вверх, когда левое колесо движется вверх, что на самом деле является определением антипрокрутки. Рулевое управление условно и отдельно от лезвия, при этом тележка, связанная с колесом, проходит через левую, Правый шатун и поверните его прямо.
Флоренц говорит, что проектирование и строительство составного вала / подвески требует как минимум в пять раз инженерных усилий для проектирования тех же металлических деталей, но в некотором смысле это требует дополнительного времени, потому что сталь В качестве традиционного материала с большим количеством тестовых данных и квалифицированных данных, но для составных частей окончательная характеристика материала должна быть получена после поэтапного старения, моделирования и последующей обработки. Если использование композитного материала в аналогичных приложениях Материалы, можно с уверенностью предположить, что большая часть дополнительного времени разработки инженерной разработки может быть устранена из-за прохождения сертификации материалов, тестирования и моделирования из одного проекта в другой.
На JEC 2015 в Париже, Франция, подвеска стала изюминкой стенда Хатчинсона
В JEC 2015 посетители смогли четко увидеть на выставке подвесной системы, как конструкция подвески отделяет структуру пружинного лезвия от функции рулевого управления передней подвески
Несмотря на то, что эта технология по-прежнему считается концептуальной, это приложение заслуживает нашего внимания и потенциала. Долгое время композиты долгое время считались непригодными для структурных применений коммерческих автомобилей. Поэтому сложная промышленность сделала много трудностей Чтобы доказать потенциал композитных материалов для замены металлов и считаем, что производители автомобилей и потребители могут сделать свои собственные суждения, взяв главный шаг Хатчинсона в этом направлении.