[发明专利]一种汽车悬架关键结构件优化设计方法

说明书

本发明提供一种汽车悬架关键结构件优化设计方法，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，并获得典型工况下悬架结构件连接点的等效载荷；建立悬架系统机构运动学模型，并确定开发结构件的初始设计域；建立开发结构件初始设计域的有限元分析模型；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；获得开发结构件的概念设计模型；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。实施本发明实施例，能够有效地缩短悬架关键结构件的开发周期，并为汽车其他系统零部件的优化设计提供参考。

技术领域

本发明涉及汽车的数字化设计领域，尤其涉及一种汽车悬架关键结构件优化设计方法。

背景技术

汽车悬架系统决定和影响车辆行驶的平顺性，操控稳定性和乘坐舒适性。悬架系统设计，尤其是关键结构件开发决定了悬架的整体性能、装配便利性及设计通用性，是衡量底盘开发设计水平的重要依据，也是国内汽车研发制造厂商关注的重点领域。

汽车悬架关键结构件开发需要满足空间、强度刚度、工艺及疲劳耐久性要求。目前该开发工作主要依赖于“经验+反复试验”的方式，容易导致空间运动干涉、材料厚度盈余等缺陷，无法达到高效设计与控制成本的要求。鉴于此，国内汽车研发制造厂商都开始探索并逐步升级，建立动力学分析与有限元优化相结合的计算机辅助设计研发体系。通过将虚拟设计与实物验证相结合，以缩短悬架关键结构件的开发周期和降低研发成本。虽取得了一定的进展和成果，但鲜有严谨完整且切实可行的研发体系和成熟的开发流程，

现有的一些汽车悬架关键结构件设计方法中，往往存在如下的缺点：

均未给出拓扑优化初始设计域的确定方法，或者直接给出了开发结构件的初始几何设计空间，或者直接表述为根据硬点布置和悬架空间要求设计得到，缺少明确的初始设计域设计依据和确定方法。

此外，现有的技术方案在开发思路和设计流程上，均没能形成标准化以及体系化的开发流程与技术方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种汽车悬架关键结构件优化设计方法，可以形成标准化以及体系化，并有效地缩短悬架关键结构件的开发周期和开发成本。

为了解决上述技术问题，本发明实施例的一方面提供一种汽车悬架关键结构件优化设计方法，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，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；

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。

其中，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。