上控制臂通常具有叉骨（A型架/A型臂）形状。最初它们是由易于腐蚀的冲压和焊接钢制成的。后来采用铸铁生产——特别是用于较重的皮卡和运动型多功能车(SUV)。虽然相比冲压钢，铸铁控制臂非常坚固和耐用，但它们很重。
近来，控制臂采用铸铝制成，比黑色金属更轻，不易腐蚀，但成本也更高。无论上控制臂本身使用什么材料，它们都在车辆的车轮侧配备了球窝接头，在车架上配备了衬套。
混合材料上控制臂技术由Tier 1 Iljin Group（韩国首尔）的底盘和悬架部门开发。该公司声称是世界上最大的第三代车轮轴承供应商。除了提供使用复合材料带来的常见好处，包括减少质量、零件整合、减少二次精加工和与传统全金属控制臂相比具有竞争力的成本外，该创新模块还降低了球窝接头的运行扭矩。本文讲述了复合材料/金属控制臂如何演变的故事。
Iljin开发的混合控制臂的一个有趣方面是它包含在注塑成型过程中形成的一体式球形接头帽/杯。在传统的金属上控制臂中，球形接头帽/杯是焊接在控制臂上的金属盒。其目的是限制球窝关节的左右运动。然而，这可能会导致轴承/球窝接头上的点应力和运行期间更高的扭矩。反过来，这会导致更多的轴向“端隙”或“间隙”（轴承箱/外壳内的运动），带来更高的磨损和运行噪音，并会缩短使用寿命。
相比之下，在混合材料系统中，预润滑的球窝接头帽/杯和轴承（均在注塑成型之前插入）之间的空间在成型期间用复合材料封装，消除了对焊接楔/盒的需要，因为球窝接头有效地固定在控制臂中。操作过程中产生的任何应力分布更均匀，从而减少了球窝接头上的操作扭矩并降低了端隙和磨损，这有望延长接头和控制臂的使用寿命。除了减轻重量和与传统全金属系统相比的成本竞争力之外，延长使用寿命也是该技术的一个重要优势。
为了配合混合材料控制臂的钢性能要求，该团队采用了钢加强板（在成型过程中包覆成型），并在零件的下侧使用了重肋结构。图片来源：Iljin Group
混合材料控制臂技术在电动乘用车上的应用有几个原因。
首先，乘用车重量更轻，设计用于承载更轻的负载，不像皮卡那样用于越野、牵引或其他，这意味着更容易满足负载、耐用性和刚度要求。
其次，电动汽车对重量更敏感，因此汽车制造商更愿意为减轻重量支付额外费用，因为车辆重量越轻，一次充电可行驶的距离就越大。这有助于减少里程焦虑。
第三，与同等尺寸的内燃机汽车相比，电动汽车通常体积较小，但成本较高，因此尝试新技术的经济风险较小，尤其是在以具有竞争力的成本减轻重量的情况下。
当Iljin位于美国密歇根州的北美团队开始与FCA的工程团队合作开发Ram皮卡时，Iljin的韩国团队已经为两款电动汽车(EV)开发了混合材料上控制臂——其中一款已经推出，还有一款在Ram皮卡的开发过程中推出。
汽车行业带一体式球窝接头的混合材料（复合材料/金属）上控制臂——也是轻型卡车上的第一款——首次亮相于当时的菲亚特克莱斯勒汽车公司的 2019 款（MY）Ram 1500 皮卡。菲亚特克莱斯勒汽车公司现为Stellantis，今年早些时候由FCA N.V.和Groupe PSA合并而成。
来自汽车制造商 Stellantis 的2019款Ram 1500 半吨皮卡是业界首次在轻型卡车上使用复合材料/金属混合上控制臂的皮卡车。创新设计减少了质量并降低了操作过程中球窝接头的操作扭矩。图片来源：Stellantis。
“虽然我们的计划是提供与即将推出的车型类似的动力传动系统选项，但新的Ram 1500半吨皮卡旨在提供更高的有效载荷和牵引能力——这两者都会影响整体底盘的耐用性，”负责Stellantis设计的Phil Cataldo解释说-车架悬架上的车身。“这意味着我们开始这个程序必须解决一个技术矛盾：设计提高性/耐用性，但降低质量，这不是一件容易的事。这使得Ram工程团队必须推动混合材料控制臂等部件的创新，以达到或超过系统和车辆重量目标。”
“轻型卡车明显更高的车辆质量以及同时更高的负载和刚度要求意味着我们必须满足比以前的电动汽车项目更具挑战性的规格，”Iljin 北美销售总监 - 底盘部门 Adam Herbolsheimer 补充道。“因为这是该技术第一次在轻型卡车和旗舰车型上进行试验，我们必须满足与上一代控制臂相同的性能要求，这是一个箱形截面，钢加强部件.最重要的是，我们的Iljin团队有自己的目标，将基准控制臂的重量减少15%。”
最终的叉形控制臂左右前轮尺寸约为 285 x 389 毫米。图片来源：Iljin Group
电动车项目中使用的材料是 Ultramid B3WG10 GF50，这是一种来自BASF SE的 50%纤维重量分数(FWF)可注塑短玻璃纤维/聚酰胺6 (PA6)复合材料。巴斯夫应用开发工程师Tushar Patel指出：“选择该牌号是因为它具有韧性/冲击强度、广泛的耐化学性——尤其是对汽车流体——以及热膨胀系数[CTE]接近钢的系数。” “该材料在其他塑料/金属混合结构中的使用历史也很长。”
然而，为了满足新Ram皮卡的钢材性能要求，该团队进行了两项更改，这些更改在早期电动汽车设计中没有。首先，添加了大约与控制臂大小相同的钢筋加强板。其次，在控制臂的下侧设计了一个格子（重肋）结构。幸运的是，尽管玻璃纤维含量高且厚度变化多，但这种材料很好地填充了复杂的设计特征。单腔模具具有两个截止阀和一个热流道。在压合和注塑包覆成型之前，工具手动装载加强板和球窝接头帽/螺柱。周期时间大约为 50 秒，每年生产近 100 万个零件。
Ram 1500 皮卡上的新型混合材料上控制臂与旧的全金属版本相比减少了13% 的质量，同时降低了球窝接头的操作扭矩。图片来源：Stellantis
在通过 Ram 工程团队的所有必要测试后——包括额外的温度循环以确保在实际驾驶条件下的耐用性——新的混合材料控制臂于2018年初投入生产，用于新的2019款Ram皮卡，与就全金属版本相比，减轻了质量13%。
从那时起，该团队一直致力于通过增加肋骨深度来提高混合控制臂的效率，从而消除钢筋板，将质量额外减少4%。混合材料上控制臂技术也已应用到Jeep Grand Wagoneer SUV 上。
