汽车悬架控制臂的开发

汽车悬架控制臂的开发

一、引言

1. 设计一个控制臂时，输入条件

(1) 载荷条件：一般来讲，系统的载荷已知，但是零件的载荷难于确定

(2) 控制臂的最大工作空间：进行控制臂尺寸设计的基本考虑点

(3) 软件的选择：可以进行拓扑优化(Hyper-works, Ansys等)

(4) A solider modeler：具有高级设计特征，来Capture拓扑优化以后的复杂特征

(5) 形状优化软件：减轻重量，同时保持较低的应力水平。

2. 设计流程

二、引言

对各个步骤的详细解释

Step 1A：确定控制臂的设计空间

重要性：设计空间的大小与优化结果有关

过小：优化的结果只是最优解的一个子集

扩大：在一些载荷工况下面，这个部件可能和其它的部件重合。

方法：利用Pro/E 的Behavioral modeling (BMX) 确定设计空间

Step 1B: 确定控制臂的载荷

利用ADAMS建立悬架的模型，汽车在不同的行驶工况下。作用在轮胎上的力已知，控制臂和车身或者转向臂的连接点已知。由此可以确定作用在控制臂上的力。（仅仅用于初始计算，由于控制臂的形状为初步的）

Step 2 初步设计

控制臂过重，利用了最大的设计空间，但是连接点的设计要准确。

Step 3: 拓扑优化

目标：刚度最大，一阶固有频率最大等等。

约束：重量最轻，减小最大应力等等。

软件：Optistruc、Ansys等

Step 4: 利用拓扑优化的结果进行二次设计

(1) 考虑制造过程：锻造、铸造还是机加工。

(2) 在进行新的建模时，如何利用拓扑优化的结果

Step 5 形状优化(Overall shape optimization)

在进行拓扑优化时，没有加应力约束，此时需要进行形状优化。

Step 6：利用形状优化的结果进行第三次设计

12% 的weight reduction; 13% stress reduction。

Step 7：考虑控制臂的柔性，确定作用在控制臂上的载荷

控制臂的柔性可以改变作用在上面的载荷。计算发现，考虑控制臂的柔性以后，作用在控制臂上载荷的改变可以达到＋/－33％，从而可能导致Fatige的改变。

Step 8：最终设计－部分拓扑优化和部分形状优化

液锻和铸锻控制臂性能的比较

A comparative study between two families of front lower control arms manufactured via. Cast-Forge and NRC (New Rheocasting Process) was carried out at Citation Corporation to understand the process capabilities of NRC in automotive suspension applications.

一、研究背景

目的：A benchmarking research and development program was funded and carried out within Citation Corporation to evaluate and confirm process capabilities of NRC, as well as its feasibility and competitiveness in automotive suspension applications.

方法：

●Reverse engineering the existing Cast-Forge control arm

●Analyze the existing component to establish baseline for comparative

study

●Develop concept design for NRC

●Optimize prototype design for weight, performance, and

manufacturability

●Utilize process simulation to help establish process parameters

●Manufacture prototype control arms

●Bench test both families of control arms for materials evaluation and

component performance

●Analyze test results;Lessons learned assessment

二、比较研究的步骤和内容

1. 逆向工程

对目前供应商的样件进行测绘

2. 基NRC制造的控制臂的概念设计

The prototype design was intended to be conservative in structural performance, but aggressive in exploring manufacturing process capability. It has relatively long thin-walled H-section arms resulting much improved fore/aft stiffness while maintaining the same weight as the existing control arm. The effects of this design concept on process capability will be discussed in detail in the next two sections.

3. 基于NRC的控制臂的制造

（1）计算机模拟