1. 引言
汽车副车架是悬挂与车架之间的一个过渡构件，悬挂系统作为一个整体安装在副车架上，然后与车身相连，形成一个完整的系统。副车架的存在可以消除来自车轮和发动机的振动和噪声，使得只有少部分的振动和噪声能够传入车厢，提升了车辆的舒适性与操控性。
近些年来各个国家对于汽车安全性的要求日益严格，为了满足相关的法规要求，必须对副车架的相关性能特别是疲劳及可靠性进行研究 [1] 。通过副车架CAE技术与台架试验，对副车架研发具有重要的现实意义及应用前景 [2] [3] 。
本文搭建了疲劳试验台架，针对某款汽车前副车架进行了疲劳破坏试验，得到了局部结构不足之处，通过前后对比分析及试验验证，优化方案提高了结构刚度，能更好满足汽车悬架性能的要求。
2. 汽车前副车架疲劳台架及试验
2.1. 副车架疲劳台架
疲劳试验机由激振装置(液压泵站、液压系统及测试机架)、计算机控制系统和电气控制系统等部分组成。激振装置采用电液伺服控制驱动的液压缸，试件安装固定的试验台上，横梁式的机架安装固定激振装置，激振油缸通过其它连接装置固定在横梁上来给实践施加激振力。
疲劳试验机主要工作参数范围：激振力大小为1~35 KN，而且连续可调；最大振幅 ± 100 mm；频率范围0.1~20 Hz；如图1所示为汽车副车架的疲劳试验台架布置图。
Figure 1. Layout drawing of fatigue test bench for sub frame
图1. 副车架的疲劳试验台架布置图
2.2. 副车架疲劳试验
根据图1所示疲劳试验台架布置，对2号、3号油缸进行加载试验，2号油缸的加载力是3.8 KN，频率1 Hz；3号油缸的加载力是3.9 KN，频率1 Hz。如图2所示为加载试验位移–时间曲线。
通过给定的加载，70万次约195 h时间后，副车架无明显变形以及疲劳裂纹、断裂等现象。
3. 副车架成型优化及验证
3.1. 副车架下板原结构及疲劳验证
疲劳台架实验验证，该副车架结构强度以及刚度上满足标准，达到了设计要求。但疲劳试验后，发现悬置套管一侧的平面位置有翘曲、轻微变形现象，如图3所示为优化前副车架下板结构图，如图4所示为优化前副车板下板原实物检测图。主要在于副车架下板存在面积较薄的平面区域，使得刚度下降，产生了轻微翘曲现象，有必要进行结构的优化。
Figure 2. Displacement-time curve of loading test
图2. 加载试验位移-时间曲线
Figure 3. The structure of sub-frame lower plate before optimization
图3. 优化前副车架下板结构图
3.2. 副车架下板优化结构后及疲劳验证
如图5所示为优化后副车架下板结构图，主要结构改进在于小圆孔左上侧增加了一条冲压槽，由此增加构件刚度，减小变形。改进后的副车架，再次在疲劳试验机上进行疲劳试验，如图6所示为优化后副车板下板实物检测图，检测结果表明，构件没有发生较大翘曲变形，平面度满足了工程要求，由此提高了副车架的成型质量。
3.3. 副车架下板优化结构前后有限元应变对比分析
通过对副车架下板优化结构前后有限元应变对比分析，如图7所示为优化前副车架下板应变图，图中表明，优化前副车架下板存在回弹过大，导致尺寸不可控等现象；如图8所示为优化后副车架下板应变图，图中表明，下板尖角位置一侧的回弹有所下降，最大应变量由近4 mm减少到3 mm左右，提高了副车架整体结构刚度。
4. 结论
通过汽车前副车架进行了疲劳破坏试验，得到了局部结构不足之处，前后对比分析及试验验证，优
Figure 4. Physical examination of sub-frame lower plate before optimization
图4. 优化前副车架下板原实物检测图
Figure 5. The structure of sub-frame lower plate optimized
图5. 优化后副车架下板结构图
Figure 6. Physical examination of sub-frame lower plate optimized
图6. 优化后副车板下板实物检测图
Figure 7. Strain diagram of sub-frame lower plate before optimization
图7. 优化前副车架下板应变图
Figure 8. Strain diagram of sub-frame lower plate optimized
图8. 优化后副车架下板应变图
化方案提高了结构刚度，能更好满足汽车悬架性能的要求。
结构改进及优化后，副车架下板的回弹有所下降，结构安全性以及工艺满足要求，疲劳实验表明，经过相同条件的加载疲劳试验，没有发生疲劳破坏。