[发明专利]汽车底盘关键结构件结构优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机辅助设计，特别是涉及一种汽车底盘关键结构件结构优化设计方法。

背景技术

汽车底盘关键结构件主要包括前、后副车架、控制臂、转向节、拖曳臂等，这些关键结构件在提升轿车乘坐舒适性、底盘刚度强度和操控性的同时，也提高了装配便利性及设计通用性，是当前主流轿车底盘的重要组成部分。汽车底盘关键结构件的结构形式、刚度及强度对整车耐久性、舒适性、操控性有很大影响，是衡量轿车底盘设计水平的重要依据。目前的汽车底盘关键结构件多采用板材冲压焊接、液压成型及铸造成型等工艺形式。其中，冲压成型的焊接件，焊接工艺复杂，且承载能力和强度都非常有限；而液压成型件，承载能力和强度比较高，质量较轻，但是其制造工艺先进程度较高，并不被国内大多数制造厂商所掌握。

结构优化通过近百年的发展已经逐渐走向成熟，结构设计者可以利用结构优化的办法设计出安全可靠的结构，使设计出的结构满足各种不同的需求，并更有效率地使用材料。连续体拓扑优化是结构优化领域中的前沿技术，通过调整设计域内材料位置和数量的配置，使结构在满足一定需求条件的情况下将载荷通过最佳传递路径传递到结构的支撑边界处。在拓扑优化中，刚度目标通常用柔顺性来表达，柔顺性越低代表结构的刚度越大，强度通常表现在优化模型的约束中。

虽然拓扑优化对于结构设计意义重大，但在现有技术中，尚没有发现利用利用连续体拓扑优化的方法设计汽车底盘关键结构件的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用连续体拓扑优化的汽车底盘关键结构件结构优化设计方法。

本发明的汽车底盘关键结构件结构优化设计方法，包括：

步骤一，确定底盘关键结构件性能指标；

步骤二，建立悬架多体模型，计算底盘关键结构件各连接点载荷；

步骤三，建立适合于底盘关键结构件拓扑优化设计的有限元初始设计域；

步骤四，建立拓扑优化数学模型；

步骤五，迭代求解；

步骤六，获得底盘关键结构件拓扑优化设计结果。

本发明的汽车底盘关键结构件结构优化设计方法，其中，所述步骤一中，根据轿车的整车性能指标，确定底盘关键结构件的性能指标，所述底盘关键结构件包括前、后副车架、控制臂、转向节和拖曳臂，所述底盘关键结构件的性能指标包括重量、尺寸公差、与其他部件的装配间隙要求、刚度、模态、强度及可靠耐久性，所述轿车的整车性能指标的具体指标值根据不同载荷工况下的整车性能要求确定。

本发明的汽车底盘关键结构件结构优化设计方法，其中，所述步骤二中通过如下方式建立悬架多体模型并计算底盘关键结构件各连接点载荷：

确定载荷条件，载荷条件包括准静态载荷工况和实际路面载荷；

将准静态载荷工况或实际路面载荷作为条件，根据车辆的设计轴荷、发动机特性、悬架硬点、悬架特性条件，建立多体悬架模型，按照步骤一的载荷工况进行多工况模拟分析，得到底盘关键结构件与车身结构的连接点载荷，每个连接点载荷包括3向力和3向力矩。

本发明的汽车底盘关键结构件结构优化设计方法，其中，所述准静态载荷工况包括：标准工况下Z向0.8-1.0g、垂向加速时Z向3.0-3.5g、纵向跳动时X向1.8-2.0g且Z向0.8-1.0g、侧向跳动时Y向1.8-2.0g且Z向0.8-1.0g、右转时Y向1.0-1.2g、转向且制动时X向0.7-0.8g、制动时X向1.0-1.2g且Z向0.8-1.0g、倒车时制动X向0.4-0.5g且Z向0.8-1.0g、倒车时制动X向0.8-1.0g、加速时X向0.4-0.6g且Z向0.8-1.0g、转向时加速X向0.4-0.5g、对角线载荷左前（对角线载荷从汽车的左前端传向右后端）、垂向加速时Z向2.0-3.0g、垂向加速时Z向0.4-0.6g、右转向时Y向0.7-0.8g且Z向0.8-1.0g、右转向时Y向0.7-0.8g且Z向0.8-1.0g、制动时X向0.7-0.8g且Z向0.8-1.0g、加速时X向-0.4-0.5g且Z向0.8-1.0g、加速时X向0.2-0.3g且Z向0.8-1.0g。

本发明的汽车底盘关键结构件结构优化设计方法，其中，所述步骤四利用如下公式建立拓扑优化数学模型：