フォード・モーター・カンパニーは、WMG、ワーウィック大学、Gestamp、GRMコンサルティングと提携し、英国のCクラスを革新するための軽量複合リアサスペンションナックルを開発しました。
炭素繊維のユニークな展開と、最適化された技術とカスタマイズされた生産プロセスの使用により、複合リアサスペンションナックルは、現在製造されているスチールコンポーネントと比較して最大50％削減できます。
高度な処理技術とGRM Consultingのシミュレーション技術が統合されたアプリケーションを使用して、同チームは同クラスで初めての設計を開発しました。
コンポーネントの設計は完璧ですが、現在、大量生産プロセスの開発を目的として、コンポーネントの製造とテストが進行中です。
コンポジットナックルテザープロトタイプ
スチール製ナックル - タイロッド
はじめに
ますます厳しくなる排出規制と電気自動車の範囲を拡大するための顧客の要求を満たすために、世界の自動車産業は減量目標を達成するための取り組みを強化しています。
フォード・モーター・カンパニーは、大量生産のスチールサスペンション部品を設計可能なコンポジット用の軽量部品にするために開発サイクルを開始しました。
選択された部品は、「最小剛性および最大剛性」、「座屈指数および強度指数」の相反する要件を示す。
この特別な非バネ支持部品の軽量化は、バネとダンパの相対的な有効性を高め、乗員の快適性および運転者操作性を改善する。
この新開発複合部品は、高性能Cクラス車に適していることが証明されています。
材料選択とプロセス選択の間の繊細で完璧なバランスは、総生産サイクル時間を5分と短くします。
協力は不可欠です
この成功事例は、Innovate UKが資金を提供し、Ford Motor Company、Gestamp、WMG、Warwick University、GRM Consultingなどの団体が実施した2年間のプロジェクトの結果です。
プロジェクトの名称は「複合軽量自動車サスペンションシステム（「クラス」と呼ばれる）です。
コンポジット技術は、学術研究や航空業界からの主流の自動車エンジニアリングプラクティスに不可欠であり、電気自律車両の固有重量の増加を相殺しています。
主流の自動車産業全体にとって、コンポジット性能の複雑さは、克服すべき挑戦的な問題のままである。
産業レベルと学問レベルの両方から複合材料を理解することに多大な研究が費やされてきたが、複合材料の性能を予測する芸術はまだ初期段階にある。
GRMコンサルティングは、レーシングカーの炭素繊維構造の予測ツールを開発した数十年の経験を持ち、伝統的な方法を避け、必要な機械的試験の数を減らすことでこのプロジェクトに大きく貢献しました。
VR＆D Genesis有限要素解析と設計最適化ソフトウェアを使用して、GRM Consultingは最適化ベースのアプローチを採用して、コストを削減し、パフォーマンスを損なうことなくエンジニアリング時間を短縮しました。
強度、剛性と座屈負荷要件の繊維配向の組み合わせの無限の数を満たすために、組織は、障害点を理解する必要がある。このためには、WMGは、ウォリック大学と最も先進的な製造装置の材料行動の彼らの広範な理解を適用することにより、車両のシャーシ製造の世界的リーダーであるGestampは、必要な機能要件を満たすコンポーネントの設計において重要な役割を果たしました。
設計方法
プロジェクトの2年間の開発中に、単一の材料部品から複数の材料設計まで、そのような複合部品の設計は、製造および最適化チームに課題を提示しました。
予備情報が実装単一の材料シートモールディングコンパウンド（SMC）であってもよい、すなわち、本、軽量複合ステアリングコンセプト部から理解示します。
しかし、長期的な工学スケジュールにより、最終的に設計エンジニアリングチームは様々な材料システムに移行しました。プリプレグ層は、必要な平面的な機械的特性を付与し、SMCのオーバーモールドは複雑な幾何学的な詳細や表面を可能にします。外部剛性。
SMCと組み合わせたこの一軸および二軸プリプレグは、複合部品が機械的強度、剛性および座屈の目標を達成できることを意味する。
他の設計課題は、製造に影響を与えずにこの設計の概要を維持しながら、より多くの革新を導入しなければならないことを示しています。
大規模なシミュレーションとテスト作業の後、設計は完了しました。これにより、OEMの耐久性とNVHの目標を満たすように設計が最適化され、洗練されました。
プロジェクトの最終的な減量効果は、同じ機能で最低減量が30％、最大減量が50％であることです。
革新的な製造技術
このような高強度・複雑形状のサスペンションナックルを大量生産できる成形プロセスが開発され、2017年第2四半期にはデモンストレーション部品の製造と機械試験が実施されました。
材料は三菱レイヨンによって提供されています。
この複合ナックルタイロッドの製造開始前に、CLASSの候補炭素繊維材料は、最大の機械的特性および形状のためのプロセスパラメータを最適化するために、米国DearbornのFord's R＆D Innovation Centerで成形された。 Precisionはヘルプを提供します。
経験の要約
GRMコンサルティングと全参加企業の共同努力により、プロジェクトは構造的および重量削減の目標を達成しました。
このプロセスで得られた経験は、複数のマテリアルデザインで最適なバランスを達成する方法を理解するのに役立ちました。
プロジェクトが進行するにつれて、VR＆D Genesisの最適化手法が改善され、厳格な要件を満たす設計エンジニアや製造エンジニアのための材料選択方法が改善されました。
フォードのプロジェクトチームは、「非常に複雑な頑丈なコンポーネントを提供する」という課題を受け入れました。これは、他の多くの自動車部品を提供するのが比較的簡単であることを示しています。 。