【中國汽車材料網】卡車一般需要有效地實現人員和物資的安全運送，其運載效率通過可用空間與整車尺寸、負載量與總重量的比率來衡量。但是行業對於卡車的尺寸和載重量有著嚴格的限制。傳統卡車底盤具有較大的簧下質量，在不平坦路面行駛時與車輪相互作用，舒適性較差。較大體積的卡車多采用梯形支撐框架，但其沒有合適的載荷施加點來吸收側向力。新項目實現了輕量化底盤設計（超輕型卡車底盤，ULTC），其具有中心管和獨立懸架，重量範圍為5.5至12噸車輛N2級，帶有4×4底盤，適用於各種車輪底座。與軸支架解決方案相比，獨立車輪懸架降低了簧下質量。簧下質量與簧上質量比值的降低可有效醫生駕駛舒適性。此外，在車輪動態負荷受到道路的不利影響時，獨立的懸架結構可減少簧下質量，降低駕駛者承受的垂直應力，從而提升舒適性。
車型類別的選擇
關於ULTC項目車型的類別，工程師選擇了載重12噸的卡車，並測試了多種驅動形式車型，如6×6和4×2，從而確保新方案適合平臺化系統開發。
輕量化
研究者將傳統的大量空間的重型梯形框架優化為中心管架結構。由於中心管架允許很大的慣性力矩和截面模量，從而實現高彎曲和扭轉剛度。同時，需要採用強度較高的材料，如高強度鋼、TRIP 鋼（拉伸強度為780N / mm2，斷裂伸長率為21%）。中心管架結構如圖1。
兩個縱向構件橫向佈置在中心管上方，以結合駕駛艙、車身和其他結構件。此外，縱向構件的後部可調節，從而省略附加支撐框架，底盤和車身直接通過中心管連接。中心管框架可實現整體構造，如圖2所示。驅動器鉸接，最大鉸接角度保持低於驅動軸的角度，不會出現增加的磨損。中心管架上的車輪懸架雙叉臂如圖3所示。最後通過限元法（FEM）、拓撲優化和Ansys V12進行計算和優化。
動態結構設計
設計方面，需要重點考慮堅固性和使用壽命，例如輪胎的磨損。車輛運動時，輪胎彈性變形以抵消振動。在轉向時，轉向角應儘可能小，以減少輪胎在路面上的磨損。為了實現這個目標，上叉臂設計得比下部短，並具有正傾角，使得壓縮階段期間彎度為負並且在回彈階段期間為正。側傾中心靠近路面，驅動軸的鉸接角度減小。為了增加道路間隙，下叉臂平行於路面。因此，對於全輪驅動車型，實現了軸下方429mm的離地間隙。壓縮和回彈狀態的結果顯示如圖4。
輕量化設計結構驗證
該項目設計車型為5.5-12噸（車輛類N2，車輛總重量等級高達12噸）重型車，4×4底盤，如圖5。其整備質量約為5150千克，與具有傳統4×4底盤和剛性車軸的N2級車輛相比，這意味著平均重量減輕了4%-6%。此外，尚許多零部件未優化，例如車輪安裝、轉向部件及齒輪箱，因此輕量化的空間還將更大。根據有限元分析，框架還可以更輕。這個獨立懸架項目的一個重要目標是簧下質量：ULTC的單軸非簧載質量為436千克（包括叉臂，車輪安裝，制動器，傳動軸，活塞彈簧，減速齒輪，完整的轉向系統，無車輪。）對這種獨立車輪懸架和類似的剛性軸系統減輕了約20%。除了輕量化，該結構還有很多優點：
採用液壓氣動系統，不需要穩定器。
車輪可以單獨壓縮，不會相互影響。
獨立車輪懸架可以更好地安裝在多功能車或廂式車中。
隨著側傾中心的位置變化，可對側傾動量產生影響，與剛性軸相比，運動學設計選項有所增加。
獨立的車輪懸架及液壓氣動系統提高了舒適性，也降低了簧下質量。基於傳統平臺的模塊化系統設計，除了轉向部件以外可不改變其他零件，如前後橋等。因此，該系統設計可適應多種類型的底盤。
小結
除了空氣彈簧外，傳統卡車彈簧懸架的壓縮行程較小，難以適應各種負載條件。獨立車輪懸架的開發很好的解決了這個問題。傳統剛性軸類懸架結構簡單，成本低；但其簧下質量高達常常高達750kg（不含車輪），且主銷傾角、車輪前束、輪距等僅可在設計範圍內配置。相比之下，獨立車輪懸架雖設計複雜但具有輕量化和低成本的優勢，並且車輪懸架尺寸不受限制。車輪彼此之間不會相互影響，整個差速器不參與壓縮運動，顯著減少了簧下質量。此外，獨立車輪懸架由於傳動軸和支架不參與壓縮和回彈運動，所需空間小於板簧懸架。中心管框架將允許更大的離地間隙（全輪變速），進一步改善裝載高度。
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