■江蘇省宿遷市方圓機械有限公司總工程師 邱紹虎

汽車桿類等零部件發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

■江蘇省宿遷市方圓機械有限公司總工程師 邱紹虎

汽車桿類零部件主要有扭桿彈簧、橫向穩(wěn)定桿等，其工作環(huán)境惡劣，長期受交變載荷作用，疲勞、腐蝕、裂紋和表面損傷等是產品主要的失效形式。汽車橫向穩(wěn)定桿是汽車獨立懸架上的一個重要安全件，其性能影響到汽車的舒適性、安全性和操縱穩(wěn)定性等重要的性能指標。

國內外汽車零部件發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國汽車制造業(yè)發(fā)展迅速，汽車產量和保有量連續(xù)10余年呈快速增長趨勢。工信部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2014年全國汽車行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)累計完成工業(yè)總產值達6萬億元。目前汽車工業(yè)產值約占全國工業(yè)總產值8%、銷售額占裝備制造業(yè)的32%以上。另據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)：2014年，汽車產銷量分別為2 372.29萬輛和2 349.19萬輛，同比分別增長7.3%和6.9%，再創(chuàng)全球汽車產銷量新記錄。汽車工業(yè)已經成為我國的重要支柱產業(yè)。

零部件制造業(yè)是汽車工業(yè)的基礎產業(yè)，也是汽車工業(yè)持續(xù)穩(wěn)健成長的重要保證。隨著汽車產業(yè)的發(fā)展，汽車零部件制造業(yè)也進入快速增長通道。2011年，我國汽車零部件銷售產值突破2萬億元，未來幾年仍將保持20%以上的增幅。預計2015年中國汽配行業(yè)規(guī)模產值可達到2.5萬億元。

我國汽車市場良好的發(fā)展前景，加之豐富的勞動力資源以及相對低廉的制造成本，吸引了全球汽車制造企業(yè)和零部件廠商。20世紀90年代以來，隨著我國加入世界貿易組織（WTO），國際主流汽車廠商紛紛進

入中國。隨之而來的是原海外零部件供應商開始在中國建立合資或獨資企業(yè)。在我國放開汽車零部件企業(yè)股比限制之后，跨國汽車零部件企業(yè)在中國設立獨資企業(yè)更是成為一種潮流。

跨國公司在中國投資建立生產基地的目的不僅是為了滿足中國國內的市場需求，同時也將我國作為全球性生產基地，向全球的整車生產廠或零部件廠供貨。據(jù)統(tǒng)計，跨國汽車零部件集團、世界主流的汽車零部件企業(yè)及外資零部件制造商均已進入中國汽車零部件市場，建立合資或獨資企業(yè)。目前，在華合資或獨資汽車其零部件企業(yè)總數(shù)已超過1 000家，包括世界頂尖的德國博世、ZF公司，美國德爾福、TRW、德納公司，日本電裝、愛信精機、富士通、阿爾派電子和法國法雷奧等。這些跨國公司具有規(guī)模大、技術與資金實力雄厚、經營管理經驗豐富等優(yōu)勢。以德國博世集團（Robert Bosch GmbH）為例，該集團是全球最大的汽車零部件供應商之一，2013年銷售額達到525億歐元，其中在華合資銷售額達464億元人民幣。目前該集團所有業(yè)務部門均已落戶中國，在國內建有51家公司、員工達到30 200人，預計2015年在亞太地區(qū)的銷售額將達到220億歐元。此外，全球范圍內整車與零部件之間相互剝離、獨立發(fā)展的趨勢也日趨明顯。以德爾福公司為例，該公司原為通用汽車公司的零部件子公司，后與通用汽車公司分離，成為一家完全獨立的公司。該公司通過推進市場多元化策略，客戶已包括福特、豐田、大眾、日產和雷諾等汽車廠家，通用汽車公司之外的業(yè)務收入在營業(yè)額中所占比重不斷上升。

改革開放以來，國內已經形成一批有一定科技含量、較大規(guī)模的自主汽車零部件制造企業(yè)。但是，因為起步晚，在人才、技術和市場發(fā)展等方面缺乏足夠積累，與國際汽車零部件巨頭相比，在規(guī)模、產品檔次和綜合競爭力等方面還有巨大差距。商務部數(shù)據(jù)顯示，外資控制了汽車零部件絕大部分的市場份額，國產零部件銷售收入僅占全行業(yè)的20%～25%，擁有外資背景的汽車零部件廠商占整個行業(yè)的75%以上。在這些外資供應商中，獨資企業(yè)占55%、中外合資企業(yè)占45%。本土企業(yè)生產的零部件主要應用于自主品牌汽車，市場占有率低。在汽車電子和發(fā)動機零部件等高科技含量領域，外資市場份額高達90%，其中，汽車的電噴系統(tǒng)、發(fā)動機管理系統(tǒng)、ABS與安全氣囊及自動變速器等核心零部件的產量中，外資企業(yè)所占比例分別是100%、100%、91%和69%。目前，包括動力總成、變速箱、ABS、燃油噴射系統(tǒng)和汽車電子等在內的汽車核心零部件市場及其技術標準，均被國際汽車零部件巨頭牢牢掌控。另外，由于國內零部件企業(yè)沒有跟上自主品牌升級的腳步，在新一輪競爭中合資零部件公司正在逐步吞沒原先屬于自主零部件的勢力范圍。

在2014年全球汽車零部件百強榜單中，日本有29家、美國有23家、德國有19家、韓國有5家，而我國僅有2家企業(yè)入圍，且排名為第83和98位。該數(shù)據(jù)從一個側面反映了我國汽車零部件產業(yè)羸弱的現(xiàn)狀。由于沒有掌握零部件核心設計與制造技術，自主品牌的汽車零部件企業(yè)市場銷量低，低端車型多、高端車型少，利潤更低，被邊緣化現(xiàn)象明顯。上述數(shù)據(jù)顯示出我國汽車零部件制造業(yè)與國際品牌的巨大差距?？傊?，國內汽車零部件企業(yè)的發(fā)展面臨著強大的競爭對手，處于十分被動的地位。

因此，在國內汽車零部件產業(yè)規(guī)模不斷擴大、企業(yè)數(shù)量激增、產值及銷售額高速增長的背后，我們不得不正視國內汽車零部件廠家缺乏自主核心技術、缺乏品牌和行業(yè)整體競爭力薄弱的事實，也不得不深入思考我國汽車產業(yè)的未來之路。可以預見的是，雖然國內汽車零部件市場還有很大的成長空間，但是隨著汽車行業(yè)零部件全球化采購策略以及跨國汽車企業(yè)本土化策略的實施，未來的汽車零部件市場競爭將更加激烈。

國內汽車零部件存在問題

總體上，國內汽車零部件企業(yè)普遍存在以下問題：核心技術缺失、自主開發(fā)能力薄弱、產業(yè)結構不合理、資源消耗嚴重、產品利潤率低及標準化/系列化/通用化程度低等。這種技術受制于人、管理方法落后的局面，所帶來的傷害不僅僅是國內零部件產業(yè)本身，還關系到我國汽車產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力。因此，我國汽車產業(yè)要真正做大、做強，就要盡快補齊零部件方面的短板。

在國務院發(fā)布的《汽車產業(yè)調整和振興規(guī)劃（2009—2011年）》中，明確提出“重型貨車、大型客車的安全性和舒適性接近國際水平”、“發(fā)動機、變速器、轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、汽車總線控制系統(tǒng)中的關鍵零部件技術實

現(xiàn)自主化”等規(guī)劃目標，并提出“發(fā)展提升整車性能的關鍵零部件，重點支持研發(fā)車身穩(wěn)定、懸架控制、驅動防滑控制等產品”的振興任務。

懸架控制中的扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿是其關鍵部分：扭桿彈簧是一類利用桿的扭轉彈性變形而起到彈性作用的零件?？傮w上，可分為實芯扭桿和空芯扭桿兩類，其截面又有圓、方、矩形、橢圓形及多邊形等。與螺旋彈簧及板簧相比，扭桿彈簧具有以下優(yōu)點：結構簡單、工作時無摩擦、性能穩(wěn)定、不會產生顫振、單位體積儲能大、體積較小和有輕量化特征等。扭桿彈簧不僅可以支撐車體、傳遞地面?zhèn)鬟f給車體的力，還可以緩和車輛在行駛時由車輪傳給車體的沖擊力，保證車輛在不平路面高速行駛時的平穩(wěn)性，起到提高乘員舒適性的作用。此外，利用扭桿彈簧的弓形或框形等結構，還能夠有效減少車身的傾斜或橫向擺動，提高懸架車輛的制動性能。此外，扭桿彈簧性能還與汽車的安全性息息相關：汽車是復雜的機械系統(tǒng)，其行駛穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性直接關系到汽車的行駛安全。汽車的轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和懸掛系統(tǒng)相互聯(lián)系又相互影響，一旦相互發(fā)生干涉，不僅會影響到汽車的安全行駛，甚至還會導致車毀人亡的事故。目前，扭桿彈簧已經廣泛應用于貨車、轎車、火車、坦克以及裝甲車等交通運輸工具中。隨著人們對貨車、客車和轎車舒適性與平順性要求的提高，整車制造企業(yè)和用戶對扭桿彈簧的設計水平、制造工藝以及綜合性能也提出了新的要求。

橫向穩(wěn)定桿（stabilizer bar）也稱防傾桿，它是汽車懸掛系統(tǒng)中的一種輔助彈性元件。橫向穩(wěn)定桿的主要功用是提高汽車懸掛系統(tǒng)側傾角度的剛度、減少車身傾角，以增強汽車在惡劣路況或轉彎等條件下平穩(wěn)行駛的能力。目前，無論是進口轎車還是國產轎車前后懸架均已配裝穩(wěn)定，SUV等越野車基本上都配裝前穩(wěn)定桿或前、后兩種穩(wěn)定桿，而輕卡、重卡也開始配置穩(wěn)定桿。工程實踐表明，配裝穩(wěn)定桿可以有效提高車輛的舒適性和行駛穩(wěn)定性，降低翻車概率，提升車輛檔次。據(jù)統(tǒng)計，在路況差、急轉彎時裝有穩(wěn)定桿的車輛翻車概率可以降低60%～80%。因此，橫向穩(wěn)定桿已成為提升汽車性能和保障車輛、乘員安全的關鍵零部件之一。近年來，橫向穩(wěn)定桿先進設計方法、制造工藝創(chuàng)新以及性能優(yōu)化研究受到關注。

高性能產品首先是設計出來的，為此需要應用先進的設計理念、方法和設計工具。近年來，扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿先進設計方法及動態(tài)性能優(yōu)化研究受到企業(yè)和學術界高度關注。目前，數(shù)字化設計與分析技術已用于扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿的設計及性能分析中。數(shù)值實驗分析表明：與傳統(tǒng)設計方法相比，采用新算法設計出的汽車扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿的變形勢能得到提升，有效地提高了扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿的避振效果。通過研究工作表明：采用先進的數(shù)字化設計與分析技術，可以有效提高扭桿彈簧與橫向穩(wěn)定桿的設計效率、設計水平和綜合性能。

優(yōu)質的產品是設計出來的，更需要先進的制造工藝及制造裝備加以保證。制造工藝的合理與否不僅關系到產品的制造質量、生產成本，還與扭桿、懸掛系統(tǒng)以及整車可靠性息息相關。實際上，制造工藝一直是國產汽車零部件開發(fā)的薄弱環(huán)節(jié)。近年來，扭桿、懸架系統(tǒng)零部件的制造工藝、可靠性評估問題受到關注。

有的學者研究輕卡汽車扭桿彈簧的熱處理工藝、疲勞性能強化方法，結果表明：通過改進扭桿結構、控制表面脫碳層厚度、降低回火后硬度和殘余應力，能夠明顯改善扭桿彈簧的疲勞性能。還有的學者在傳統(tǒng)零件強度校核方法的基礎上，研究扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿可靠性分析方法，考慮扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿所受載荷、設計制造尺寸及其強度的不確定性和隨機性，將各參數(shù)視為滿足正態(tài)分布的隨機變量，計算扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿疲勞強度及其最大切應力下的可靠度。

方圓公司采取的措施

江蘇省宿遷市方圓機械有限公司原名宿遷商業(yè)機械廠，成立于1969年，是中華人民共和國原商業(yè)部定點生產各類車用零部件系列產品的專業(yè)企業(yè)，1998年改制更名為江蘇省宿遷市方圓機械有限公司。公司主要產品為汽車配件左右扭桿、扭桿力臂和橫向穩(wěn)定桿等，現(xiàn)主要為東風汽車公司、一汽集團、浙江青年汽車集團、江淮汽車和廣汽日野等多家汽車提供長期配套服務，年生產能力在500萬件左右，國內市場占有率達10%，個別型號產品達50%以上。

近年來，方圓公司高度重視扭桿彈簧、穩(wěn)定桿等產品制造工藝的改進與創(chuàng)新工作，開展多項技術攻關和革新，產品制造工藝有了一定改善，性能也得到穩(wěn)步提升，并在知識產權保護方面取得較好成績。例如：筆者和陳愛武等提出新型汽車扭桿彈簧滾動校直淬火方案（見附圖），以取代吊掛式豎直進入淬火液、橫向水平進入淬火液和高頻感應淬火三種方式。生產實踐表明，采用新的制造工藝，扭桿彈簧滾動校直淬火在直線度、硬度、240h保載試驗后松弛變形量和耐疲勞性能等各方面的性能參數(shù)都優(yōu)于常規(guī)淬火。筆者等還研究汽車扭桿彈簧制造工藝的改善，對汽車扭桿彈簧采用450～480℃回火，并利用工業(yè)機器人將扭桿彈簧裝進扭轉試驗機進行熱預扭，將扭轉時扭桿彈簧表面溫度控制在250～270℃。與常溫預扭相比，熱預扭可減少預扭次數(shù)，只需一次熱預扭和一次常溫預扭，就有效提高了扭桿彈簧的耐疲勞性能、減少了松弛變形量。

方圓公司已開展的工藝創(chuàng)新研究及技術攻關，對提高扭桿彈簧工藝水平及產品性能起到了積極的促進作用，但是目前的研究工作還不夠系統(tǒng)，數(shù)字化設計方法與動態(tài)性能優(yōu)化技術的集成應用還是薄弱環(huán)節(jié)，在核心制造工藝的創(chuàng)新與集成、知識產權申請與保護和新工裝的產業(yè)化應用等方面尚缺乏突破性、標志性成果。

汽車產業(yè)是國民經濟重要的支柱產業(yè)，它具有產業(yè)鏈長、關聯(lián)度高、就業(yè)面廣和消費拉動大等特點，在國民經濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，對促進區(qū)域經濟發(fā)展具有重要價值。根據(jù)發(fā)達國家汽車工業(yè)的經驗，我國汽車產業(yè)還將有十多年的高速發(fā)展期，汽車飽和點估計數(shù)據(jù)約為年產量3 500萬輛。隨著我國汽車產量的增長，汽車零部件市場規(guī)模也將不斷擴大，此外龐大的售后市場也給國內汽車零部件企業(yè)帶來很大的發(fā)展空間。高性能、高可靠性且具有明顯成本優(yōu)勢的扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿產品，無疑具有良好的市場前景。

汽車扭桿彈簧滾動校直淬火圖

汽車是技術密集、知識密集、資金密集和人才密集的行業(yè)，企業(yè)之間、產品之間的競爭異常激烈。只有研發(fā)出高技術含量、高附加值的產品，才能增強市場競爭力。方圓公司將集成應用數(shù)字化設計與制造技術、優(yōu)化設計理論、疲勞壽命試驗以及可靠性增長技術，有效提高扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿的疲勞壽命、產品技術含量及附加值，實現(xiàn)公司扭桿和橫向穩(wěn)定桿研發(fā)技術及能力的突破，擴大自主品牌產品的市場份額，并培養(yǎng)一支技術精良的專業(yè)研發(fā)隊伍。將企業(yè)做大、做強、做優(yōu)是公司著力追求的目標。

收稿日期：（20150801）