汽車(chē)帶給人類方便和舒適的同時(shí)， 也帶來(lái)了環(huán)境和能源的危機(jī)， 如何降低汽車(chē)尾氣排放成為當(dāng)前汽車(chē)行業(yè)面臨的重要課題。降低汽車(chē)重量可以有效降低油耗。世界鋁業(yè)協(xié)會(huì)報(bào)告表明： 汽車(chē)所有能耗的60%來(lái)自汽車(chē)自重，整車(chē)每減重10%，可降低油耗10%～15%。底盤(pán)系統(tǒng)作為汽車(chē)的重要組成部分， 底盤(pán)系統(tǒng)重量約占汽車(chē)總重量的30%以上，底盤(pán)系統(tǒng)的輕量化不僅可以降低油耗， 還對(duì)整車(chē)舒適性有著重要影響。本文就當(dāng)前汽車(chē)底盤(pán)輕量化技術(shù)的應(yīng)用做簡(jiǎn)要描述。

    1 底盤(pán)輕量化技術(shù)途徑

    一般底盤(pán)零件都為安保件， 對(duì)零件各方面性能的要求十分嚴(yán)格。底盤(pán)零件當(dāng)前實(shí)現(xiàn)輕量化的主要途徑為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、先進(jìn)材料和先進(jìn)制造工藝的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)方面包括零件形狀、尺寸優(yōu)化和使用空心零件結(jié)構(gòu)等途徑實(shí)現(xiàn)減重。材料方面主要有兩種：一是通過(guò)使用鋁合金和鎂合金等輕質(zhì)合金材料代替鋼質(zhì)材料；二是使用更高強(qiáng)度的鋼板，通過(guò)材料強(qiáng)度減薄厚度實(shí)現(xiàn)減重。工藝方面包括使用液壓成形、熱成形等先進(jìn)成形工藝降低零件重量。

    2 底盤(pán)零件輕量化

    副車(chē)架、前下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、扭力梁和穩(wěn)定桿是底盤(pán)重要零件，下面以這些零件為例進(jìn)行分析。

    2.1 副車(chē)架

    副車(chē)架連接和固定懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)等總成零件，對(duì)強(qiáng)度、剛度等性能要求十分嚴(yán)格。副車(chē)架傳統(tǒng)的成形方式為熱軋鋼板沖壓焊接成形，為滿足對(duì)強(qiáng)度、剛度和模態(tài)等性能的要求，鋼板的厚度一般為2~3mm。為了降低副車(chē)架重量，國(guó)外主機(jī)廠使用液壓成形技術(shù)和鋁合金輕質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)了對(duì)副車(chē)架重量的降低， 如圖1 所示。

    液壓成形使用低碳鋼或低合金高強(qiáng)鋼焊接鋼管，利用液體作為傳力介質(zhì)，通過(guò)模具使工件成形的一種塑形加工技術(shù)。液壓成形副車(chē)架的減震效果能達(dá)到30%左右，在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)減少了零件數(shù)量，縮短了焊接和裝配工序，降低了生產(chǎn)成本，在國(guó)內(nèi)外車(chē)型中得到大量應(yīng)用。

    鋁合金材料具有密度小、成形性好、耐腐蝕性能優(yōu)良的特點(diǎn)，鋁合金副車(chē)架的成形工藝較多，鑄造鋁合金和變形鋁合金都有應(yīng)用。鋁合金副車(chē)架成形工藝分析如表1 所示， 多種鋁合金副車(chē)架成形工藝都已得到成熟的應(yīng)用。奧迪、奔馳、寶馬等很多中高端品牌車(chē)型采用鋁合金副車(chē)架實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的輕量化，鋁合金副車(chē)架輕量化效果能達(dá)到40%左右。

    2.2 前下擺臂

    前下擺臂傳統(tǒng)成形工藝為鋼板沖壓焊接成形，常用材料SAPH440、Qste420、FB590 等高強(qiáng)鋼， 厚度一般在3.0mm 以上，材料屈服強(qiáng)度在300MPa 以上，使用氬氣+ 二氧化碳保護(hù)氣體焊接。輕量化前下擺臂如圖2 所示。目前成熟的輕量化方法是單片鋼板沖壓成形和鋁合金鍛造成形。

    在傳統(tǒng)使用的高強(qiáng)鋼基礎(chǔ)上選用更高強(qiáng)度的FB780、CP800 等先進(jìn)高強(qiáng)鋼材料，材料屈服強(qiáng)度提高到600MPa 以上。對(duì)零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將雙片鋼板沖焊成形變?yōu)閱纹瑳_壓成形， 材料厚度不變或稍微增加以滿足零件性能要求， 減少零件生產(chǎn)工序的同時(shí)降低零件成本。日系軒逸、逍客、奇駿，韓系朗動(dòng)，美系愛(ài)唯歐、嘉年華，歐系的速騰、帕薩特等車(chē)型都已應(yīng)用此種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)前下擺臂輕量化。

    鋁合金材料密度低，成形性好，與傳統(tǒng)鋼質(zhì)零件相比，輕量化效果能達(dá)到30%以上，但鋁合金材料成本較高，不適合在低端車(chē)型上應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)外中高端車(chē)型中應(yīng)用較為普遍。鋁合金前下擺臂為滿足零件強(qiáng)度要求主要選用鍛造鋁合金材料，以6000 系變形鋁合金為主，常用牌號(hào)為6061、6082 等，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到350MPa 以上，伸長(zhǎng)率大于10%。

    2.3 轉(zhuǎn)向節(jié)

    轉(zhuǎn)向節(jié)常用成形工藝為球墨鑄鐵鑄造成形和合金結(jié)構(gòu)鋼鍛造成形， 常用材料分別為QT450-10 和40Cr。轉(zhuǎn)向節(jié)成熟應(yīng)用的輕量化方式是用鋁合金材料代替鋼質(zhì)材料，輕量化效果可達(dá)到40%左右。鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)成形工藝如圖3 所示。鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)有鑄造成形和鍛造成形兩種， 后轉(zhuǎn)向節(jié)一般需要與多個(gè)控制臂等零件連接，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，鍛造工藝不易于實(shí)現(xiàn)，通常采用鑄造成形工藝；前轉(zhuǎn)向節(jié)根據(jù)零件性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可選擇鑄造或鍛造成形工藝。鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)不僅在國(guó)內(nèi)外中高端車(chē)型上得到了大量的應(yīng)用，在部分中低端車(chē)型上也有應(yīng)用。鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)鑄造成型工藝一般采用低壓鑄造或重力鑄造，常用材料為AlSi7Mg。鍛造成形鋁合金常用材料為6061 或6082。

    2.4 扭力梁

    扭力梁常用于價(jià)格較低的A 級(jí)車(chē)后橋，傳統(tǒng)扭力梁結(jié)構(gòu)為鋼板沖壓成形， 鋼板厚度一般為4~7mm。為了提高車(chē)型剛度要求，一般需要在扭力梁內(nèi)部增加一根穩(wěn)定桿，導(dǎo)致扭力梁總成較高的重量。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)扭力梁重量降低的方法主要是使用封閉變截面管狀扭力梁，如表2 所示。變截面管狀扭力梁有液壓成形、鋼管沖壓成形和熱成形扭力梁三種成形工藝，但從外觀上無(wú)法區(qū)分出成形工藝，鋼管厚度一般在3mm 左右。與鋼板成形扭力梁相比，管狀扭力梁輕量化效果在15%左右，封閉的管狀結(jié)構(gòu)對(duì)零件強(qiáng)度和剛度有了很大的提高，同時(shí)省去安裝穩(wěn)定桿，減少零件數(shù)量，降低零件綜合生產(chǎn)成本。鋼管沖壓成形和液壓成形使用熱軋高強(qiáng)鋼材料高頻電阻焊接而成，常用材料為DP600、FB590、S460MC 等。為提高零件強(qiáng)度， 部分車(chē)型使用了更高強(qiáng)度的CP800、DP800 等先進(jìn)高強(qiáng)鋼材料，但為保證焊縫質(zhì)量，焊管工藝需使用激光焊接工藝。

    2.5 穩(wěn)定桿

    橫向穩(wěn)定桿傳統(tǒng)采用實(shí)心穩(wěn)定桿， 通過(guò)將彈簧鋼棒料加熱后彎曲成形， 常用材料為60Si2Mn、55Cr3、55CrV 等結(jié)構(gòu)鋼棒料。為了降低零件重量，國(guó)內(nèi)外很多車(chē)型采用空心穩(wěn)定桿技術(shù)， 輕量化效果可達(dá)到40%左右，但空心穩(wěn)定桿需通過(guò)增加管外徑來(lái)滿足零件性能要求， 可能會(huì)占用周邊其他零件活動(dòng)空間，設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行優(yōu)化分析。與傳統(tǒng)實(shí)心橫向穩(wěn)定桿生產(chǎn)工藝不同， 空心穩(wěn)定桿不采用加熱成形工藝，而是在常溫下彎曲成形，為保證橫向穩(wěn)定桿內(nèi)壁強(qiáng)度和性能，需對(duì)管內(nèi)壁進(jìn)行噴丸處理?？招姆€(wěn)定桿使用材料有無(wú)縫鋼管和焊管兩種，無(wú)縫鋼管常用材料有35CrMo、42CrMo 等結(jié)構(gòu)鋼材料， 焊管常用材料有34MnB5、20MnB5、22MnB5、26Mn5 等材料。因?qū)υ牧系男阅芤蠛唾|(zhì)量穩(wěn)定性要求較高，穩(wěn)定桿材料主要依賴進(jìn)口。

    3 結(jié)論

    從國(guó)內(nèi)外底盤(pán)零部件的輕量化技術(shù)來(lái)看， 國(guó)內(nèi)自主品牌在該方面開(kāi)展了一定的基礎(chǔ)研究工作，為這些技術(shù)的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)， 但現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)自主品牌應(yīng)用情況與國(guó)外主機(jī)廠還存在很大的差距。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、輕量化材料的應(yīng)用以及先進(jìn)制造成形工藝是一個(gè)系統(tǒng)工程， 結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要考慮材料選用和制造成形工藝。輕量化材料的應(yīng)用會(huì)帶來(lái)制造成形工藝的調(diào)整和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問(wèn)題； 先進(jìn)成形工藝需要對(duì)零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和考慮材料成形性。汽車(chē)輕量化是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的方向， 今后必然有更多的輕量化技術(shù)應(yīng)用在汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)上。

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