[发明专利]一种汽车悬架关键结构件优化设计方法

权利要求书

1.一种汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据预先确定的悬架系统开发方案，建立悬架系统动力学模型，并结合行车工况中不同工况的轴荷配比与零部件疲劳强度要求，获得典型工况下悬架结构件连接点的等效载荷，所述典型工况至少包括转向工况，起步工况，制动工况和倒车制动；

根据预先确定的悬架系统开发方案，建立悬架系统机构运动学模型，并根据关键结构件中的开发结构件的空间包络约束确定开发结构件的初始设计域；

根据所述初始设计域以及所述典型工况下悬架结构件连接点的等效载荷建立开发结构件初始设计域的有限元分析模型，包括进行有限元前处理和载荷边界确定；

在所述有限元分析模型的基础上，采用拓扑优化技术获得开发结构件的材料分布并确定开发结构件的基本拓扑构型；

根据所获得的开发结构件基本拓扑构型，结合选定的成型工艺要求获得开发结构件的概念设计模型；

应用尺寸优化技术，获得所述开发结构件的概念设计模型的各参数最优方案以及优化设计模型。

2.如权利要求1所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，进一步包括预先确定悬架系统开发方案的步骤，包括：

根据整车开发目标，确定悬架系统开发方案并设定关键结构件性能指标目标，其中，所述悬架系统开发方案至少包括悬架形式，分析工况，零部件方案和动态运动间隙；所述关键结构件至少包括转向节、控制臂和方向杆；所述性能目标至少包括结构件刚度强度、模态和疲劳耐久性能。

3.如权利要求2所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，所述根据预先确定的悬架系统开发方案，建立悬架系统机构运动学模型，并根据所述关键结构件中的开发结构件的空间包络约束确定开发结构件的初始设计域的步骤包括：

根据所述悬架系统开发方案搭建悬架机构运动学模型，包括确定模型固定件与运动件数量，依据零部件的连接关系确定相应的运动副约束和驱动方式，并校核所建立模型能否满足运动学自由度校核公式；

其中自由度校核公式如公式1所示；

式中：N为系统运动部件数，fi为各运动副约束自由度数，FD为系统驱动自由度数；

根据所建立的机构运动学模型开展悬架的运动校核，以开发结构件为运动参照，输出其他零部件的相对运动包络，构成开发结构件的空间包络约束；

并根据所述开发结构件的空间包络约束确定有限元优化的初始设计域。

4.如权利要求3所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，所述根据所建立的机构运动学模型开展悬架的运动校核，以开发结构件为运动参照，输出其他零部件的相对运动包络，构成开发结构件的空间包络约束的步骤包括：

在CATIA软件的DMU模块中，在完成悬架系统DMU模型定义并驱动仿真的基础上，利用运动包络输出的功能，以开发结构件为运动参考输出相关零部件的运动包络，获得其他零部件的相对运动包络；

以开发结构件为固定零件，将所有悬架零部件的相对运动包络依次装配形成新的装配模型，从而获得开发结构件的空间包络约束。

5.如权利要求4所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，所述并根据所述开发结构件的空间包络约束确定有限元优化的初始设计域的步骤包括：

将所述开发结构件的空间包络约束与所述悬架系统开发方案中要求的悬架动态运动间隙进行的叠加，即获得了满足悬架运动间隙要求下开发结构件的最大设计空间，而两者的最小空间距离即等效为运动过程中的最小间隙，从而确定了有限元优化初始设计域。