提高乘用车悬架运动间隙校核精度的方法与流程

1.本发明涉及车辆设计技术领域，尤其涉及一种提高乘用车悬架运动间隙校核精度的方法。


背景技术：

2.车辆在路面行驶时，会遇到不同的路况。随路况的变化，悬架系统会产生上跳和下跳的运动形式。在上跳和下跳的运动过程中，悬架系统各零部件间产生相对运动。若零部件间的初始间隙量设计不合理，则会产生运动干涉。运动干涉会造成车辆异响，若干涉严重，零部件间会出现干涉压痕；压痕是疲劳裂纹的源头，时间久后会发生疲劳失效，存在严重的安全隐患。因此，悬架系统的运动间隙校核在车辆开发初期尤为重要；而运动间隙校核的精度则体现了悬架设计水平。
3.悬架系统运动间隙校核的一般过程是：在悬架设计姿态下，校核上跳极限及下跳极限姿态下各零部件的间隙，若两种极限姿态下各零部件均未发生干涉，则在运动过程中就不会出现运动干涉问题。
4.目前悬架系统运动间隙校核的方法主要有两种，一种是基于catia软件的dmu运动仿真，一种是基于adams软件的动力学运动仿真。两种方法都可以实现悬架系统的运动间隙校核，但是精度较差，无法识别所有运动干涉问题。
5.dmu方法可以考虑悬架系统内的运动副，但是无法考虑橡胶衬套的刚度及部件弹性变形在悬架运动过程中的影响。adams动力学运动仿真可以考虑运动副及衬套刚度对悬架系统运动的影响，由于其零部件都是刚性体，不考虑零部件的弹性变形；而零部件的弹性变形往往会对系统的受力产生影响，有时甚至会颠覆仿真结果。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种提高乘用车悬架运动间隙校核精度的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高乘用车悬架运动间隙校核精度的方法，组成悬架的部件包括副车架、转向节、弹簧、弹簧上软垫、弹簧下软垫、减震器、稳定杆、上控制臂、下控制臂、前束臂，纵臂缓冲块以及轮心，包括以下步骤：
8.建立所述悬架的各部件的三维模型；
9.在hypermesh软件中对每个部件的三维模型进行网格划分；
10.将划分的网格分别赋予材料属性及单元属性，并输出hypermesh软件生成的网格模型文件；
11.将所述网格模型文件导入所述hypermesh软件中，并建立各部件的连接关系，其中，副车架、上控制臂、下控制臂、前束臂及纵臂与车身均通过衬套连接，副车架与转向节通过衬套连接；
12.衬套以hypermesh软件建立的connector单元模拟，该单元的两个节点分别刚性连
接其他部件，所有衬套位置建立衬套的局部笛卡尔坐标系，并建立connector单元同局部坐标系的关系；
13.获得每个衬套平动刚度曲线，将每个衬套的刚度曲线分别赋到相应connector单元中；
14.在整车坐标系下施加悬架的载荷工况设定，其中，载荷工况分别为预载工况，上调跳极限工况及下跳极限工况；
15.输出所有节点的位移，并完成系统模型的搭建；
16.将系统模型输出为inp文件，提交至abaqus软件进行计算，输出odb文件的计算结果；
17.在abaqus软件中输出悬架系统所有零部件上跳极限及下跳极限工况下odb文件结果的变形网格，并将其导入到hypermesh软件中。
18.进一步地，所述网格单元包括实体网格单元和板壳网格单元，其中，副车架、转向节、上控制臂、上下软垫及弹簧划分为实体网格单元，下控制臂、纵臂及前束臂划分为板壳网格单元。
19.进一步地，弹簧划分为六面体单元。
20.进一步地，由弹簧的三维模型进行网格划分确定弹簧的刚度；通过测试曲线获得缓冲块轴向刚度。
21.进一步地，通过式1获得衬套平动刚度曲线，并将所述刚度曲线赋到connector单元中，其中式1为：
[0022][0023]
其中，x为衬套厚度的压缩量，k为衬套线性刚度，t为衬套厚度，α为修正系数，α＞0且为实数。
[0024]
进一步地，副车架、转向节、弹簧上软垫、弹簧下软垫、减震器、稳定杆、上控制臂、下控制臂、前束臂，纵臂和缓冲块建立的三维模型为设计姿态的三维模型，弹簧的三维模型为自由姿态的三维模型。
[0025]
进一步地，弹簧下软垫与控制臂刚性连接，弹簧上软垫与车身刚性连接，弹簧分别与弹簧上软垫和弹簧下软垫抵接；缓冲块以springa单元模拟，该单元一端刚性连接在控制臂上，另一端刚性连接在车身上；轮心点与副车架轴承间刚性连接；车身不纳入系统模型，将其上各点定义为约束点。
[0026]
进一步地，在整车坐标系下施加的载荷工况设定为约束设定及加载设定。
[0027]
进一步地，还包括：预载工况的约束设定为副车架、控制臂及缓冲块各自与车身的连接点的6个方向自由度，轮心点的3方向自由度，预载工况的加载设定为弹簧上软垫压缩至设计姿态位置；上跳极限工况的约束设定为副车架、控制臂及缓冲块各自与车身的连接点的6个方向自由度，此时弹簧上软垫保持在设计姿态位置，上跳极限工况的加载设定为预载工况下，轮心向上施加强制位移至上跳极限位置；下跳极限工况的约束设定为副车架、控
制臂及缓冲块各自与车身的连接点的6个方向自由度，此时弹簧上软垫保持在设计姿态位置，下跳极限工况的加载设定为预载工况下，轮心向下施加强制位移至下跳极限位置。
[0028]
进一步地，板壳单元直接生成几何，实体单元生成face面后将face面生成几何；将所有几何输出为igs文件，最后导入catia软件进行间隙校核的结果查看。
[0029]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明要解决的是乘用车悬架系统运动间隙校核的问题,与传统悬架系统运动间隙校核方法相比，本发明可提高运动间隙校核的精度。
附图说明
[0030]
图1为本发明实施例中一种提高乘用车悬架运动间隙校核精度的方法流程图；
[0031]
图2为本发明实施例中e型多连杆悬架结构示意图；
[0032]
图3为本发明实施例中下控制臂y向衬套刚度曲线图；
[0033]
图4为本发明实施例中间隙校核示意图；
[0034]
图5为本发明实施例中衬套刚度曲线处理公式；
[0035]
图中：1、弹簧上软垫；2、弹簧；3、副车架；4、缓冲块；5、下控制臂；6、弹簧下软垫；7、前束臂；8、转向节；9、纵臂；10、上控制臂。
具体实施方式
[0036]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0038]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0039]
针对上述问题，本发明的目的是提供一种提高悬架运动间隙校核精度的方法。主要通过搭建悬架系统有限元模型，考虑衬套及缓冲块刚度曲线，利用abaqus软件对悬架系统有限元模型进行计算，得出不同工况下的悬架系统姿态，在不同姿态下对悬架系统各零部件进行间隙校核。
[0040]
请参阅说明书附图，本发明提供一种技术方案：一种提高乘用车悬架运动间隙校核精度的方法，如图2所示，组成悬架的部件包括副车架3、转向节8、弹簧2、弹簧上软垫1、弹簧下软垫6、减震器、稳定杆、上控制臂10、下控制臂5、前束臂7，纵臂9、缓冲块4以及轮心，如
图1所示，包括以下步骤：
[0041]
s100、建立所述悬架的各部件的三维模型；
[0042]
s200、在hypermesh软件中对每个部件的三维模型进行网格划分；
[0043]
s300、将划分的网格分别赋予材料属性及单元属性，并输出hypermesh软件生成的网格模型文件；
[0044]
s400、将所述网格模型文件导入所述hypermesh软件中，并建立各部件的连接关系，其中，如图2所示，副车架3、上控制臂10、下控制臂5、前束臂7及纵臂9与车身均通过衬套连接，副车架3与转向节8通过衬套连接；
[0045]
其中，衬套以hypermesh软件建立的connector单元模拟，该单元的两个节点分别刚性连接其他部件，所有衬套位置建立衬套的局部笛卡尔坐标系，并建立connector单元同局部坐标系的关系；
[0046]
获得每个衬套平动刚度曲线，将每个衬套的刚度曲线分别赋到相应connector单元中；
[0047]
s500、在整车坐标系下施加悬架的载荷工况设定，其中，载荷工况分别为预载工况，上调跳极限工况及下跳极限工况；
[0048]
s600、输出所有节点的位移，并完成系统模型的搭建；
[0049]
s700、将系统模型输出为inp文件，提交至abaqus软件进行计算，输出odb文件的计算结果；
[0050]
s800、在abaqus软件中输出悬架系统所有零部件上跳极限及下跳极限工况下odb文件结果的变形网格，并将其导入到hypermesh软件中。
[0051]
上述实施例中，优选地，悬架为e型多连杆悬架。
[0052]
可选地，所述网格单元包括实体网格单元和板壳网格单元，其中，副车架3、转向节8、上控制臂10、弹簧上软垫1及弹簧2划分为实体网格单元，下控制臂5、纵臂9及前束臂7划分为板壳网格单元。
[0053]
可选地，弹簧2划分为六面体单元。
[0054]
上述实施例中，由于是准静态计算，减震器不起作用，则忽略减震器的影响。
[0055]
可选地，由弹簧2的三维模型进行网格划分确定弹簧2的刚度；通过测试曲线获得缓冲块轴向刚度。
[0056]
可选地，通过式1获得衬套平动刚度曲线，并将所述刚度曲线赋到connector单元中，其中式1为：
[0057][0058]
其中，x为衬套厚度压缩量，k为衬套线性刚度，t为衬套厚度，α为修正系数，α＞0且为实数。
[0059]
上述实施例中，系统中弹性元件有三种，分别是衬套、缓冲块及弹簧，弹簧结构在网格画分完成后刚度即已确定；缓冲块结构较为简单，只需考虑轴向刚度，可通过测试曲线
获得，因此，缓冲块轴向刚度曲线可确定。已知每个衬套各方向线性刚度及各方向厚度前提下，通过式1及调整修正系数α，获得每个衬套平动刚度曲线，图3为下控制臂衬套刚度曲线，将每个衬套的刚度曲线分别赋到相应connector单元中。
[0060]
衬套一般为橡胶材料，且根据功能要求，各方向刚度均有设计要求，结构较复杂。橡胶衬套刚度曲线的测试也较为复杂，一般情况下的测试刚度曲线仅限于线性段；即使有部分非线性段，受限于设备能力，测试曲线不光滑，有回头现象即刚度突然变小。然而，在悬架系统运动干涉校核中的两个极限工况，橡胶衬套大部分已进入非线性区间，因此目前大部分衬套刚度曲线无法满足abaqus计算要求，需要在原有衬套曲线基础上，将曲线的非线性段进行处理，使其光顺并延长；但受限于处理水平，处理后的曲线差异较大。
[0061]
为简化衬套曲线的处理过程、统一处理标准，下面给出一种衬套曲线处理方法。
[0062]
衬套有六个方向的刚度，包括衬套局部坐标系下的三个平动刚度及三个转动刚度，悬架系统在运动过程中，三个转动方向的刚度都处于线性区间，因此只需要处理三个平动方向的刚度曲线即可。
[0063]
如图3所示，若衬套厚度为tmm，则衬套平动刚度曲线在(0～t/3)区间内为线性段，(t/3～2t/3)为非线性段。刚度曲线需要保证t/3处的一阶导数为衬套线性刚度k且连续，且2t/3处的一阶导数趋于无穷。衬套刚度曲线处理公式为式1，是一段分段函数。
[0064]
α数值越大则在非线性段趋于无穷的速度越快，依据衬套刚度曲线非线性段的部分测量数据，通过调整α的数值即可拟合出同真实曲线相近的光滑曲线。
[0065]
依上述方法，对衬套局部坐标系的三个平动方向的刚度曲线进行处理，每个衬套即可得出三条光滑的平动刚度曲线；再加上三个方向转动的线性刚度，则每个衬套在衬套局部坐标系下的六个方向刚度设定完成，可将其赋到每个衬套的connector单元中。
[0066]
可选地，如图2所述，副车架3、转向节8、弹簧上软垫1、弹簧下软垫6、减震器、稳定杆、上控制臂10、下控制臂5、前束臂7，纵臂9和缓冲块4建立的三维模型为设计姿态的三维模型，弹簧2的三维模型为自由姿态的三维模型。
[0067]
可选地，弹簧下软垫6与控制臂刚性连接，弹簧上软垫1与车身刚性连接，弹簧2分别与弹簧上软垫1和弹簧下软垫6抵接；缓冲块4以springa单元模拟，该单元一端刚性连接在控制臂上，另一端刚性连接在车身上；轮心点与副车架3的轴承间刚性连接；车身不纳入系统模型，将其上各点定义为约束点。
[0068]
可选地，在整车坐标系下施加的载荷工况设定为约束设定及加载设定。
[0069]
可选地，还包括：预载工况的约束设定为副车架3、控制臂及缓冲块4各自与车身的连接点的六个方向自由度，轮心点的三方向自由度，预载工况的加载设定为弹簧上软垫1压缩至设计姿态位置，其中，设计姿态位置优选为z负向65mm；
[0070]
上跳极限工况的约束设定为副车架3、控制臂及缓冲块4各自与车身的连接点的六个方向自由度，此时弹簧上软垫1保持在设计姿态位置，上跳极限工况的加载设定为预载工况下，轮心向上施加强制位移至上跳极限位置，其中，强制位移优选为z正向95mm；
[0071]
下跳极限工况的约束设定为副车架3、控制臂及缓冲块4各自与车身的连接点的六个方向自由度，此时弹簧上软垫1保持在设计姿态位置，下跳极限工况的加载设定为预载工况下，轮心向下施加强制位移至下跳极限位置，其中，强制位移优选为z负向105mm。
[0072]
可选地，板壳单元直接生成几何，实体单元生成face面后将face面生成几何；将所
有几何输出为igs文件，最后导入catia软件进行间隙校核的结果查看。
[0073]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。