车辆控制臂优化设计

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制 动 767_
76ห้องสมุดไป่ตู้ #6#
7
反向制动#6;_ 8#6; #6#
7
反向制动7_ 876# #6#
7
加 速 #6;_
8#6; #6#
7
加速和转向#6;_ 8#6; #6;
7
对 角 扭 9_
#6# #6#
9
""注&7_ Va6: P'29%下同%
""&I&%*依据标准工况提取控制臂载荷加 载到 控 制 臂 上 各 个 硬 点 !如 图 " 所 示 "%
分析优化结果
否
合理否
根据优化分析结 果进行结构改进
是
图 !" 控 制 臂 的 优 化 设 计 流 程
#" 某 车 辆 控 制 臂 的 优 化 设 计
在 &I&%*?G0中 建 立 该 车 辆 悬 架 系 统 的 刚 柔 耦 合 模 型 控 制 臂 内 侧 两 点 铰 接 于 副 车 架 上 外 侧 安装点球接在转向 节 下 端其 承 受 轴 头 处 车 轮 传 来 的侧向力和纵向力减 振 器 下 端 同 该 控 制 臂 采 用 球 铰接承受 垂 向 力稳 定 杆 同 该 控 制 臂 也 采 用 球 铰 接同样承受垂 向 力 同 时 输 入 减 振 器 和 安 装 衬 套 的 柔 性 数 据 如 图 9 所 示







数字为硬点序号%
图 2" 控 制 臂 的 各 个 硬 点
通过 &I&%* 仿 真$获 得 在 垂 直 !_ 冲 击 工 况 下 控 制 臂 各 个 硬 点 处 的 载 荷 情 况 !如 表 9 所 示 "%
运 用 该 设 计 方 法首 先 建 立 车 辆 悬 架 系 统 的 结 构数据并导入 &I&%*?G0中建 立 悬 架 系 统 的 刚 柔耦合模型该模 型 中控 制 臂 作 为 刚 性 体 进 行 约 束然后对该模型 进 行 多 体 动 力 学 分 析获 取 悬 架 控 制 臂 在 制 动 转 向 过 减 速 带 和 炮 弹 坑 等 极 限 工 况 时的载荷将该载 荷 放 入 有 限 元 中采 用 惯 性 释 放 的 方 法 进 行 强 度 分 析 得 到 控 制 臂 的 结 构 应 力 分 布 确定应力集中的热 点再 利 用 ?&= 迭 代 优 化 结 构 最终得到总体性能都较佳的控制臂模型根据该模 型进行数 据 改 进 优 化利 用 ?&= 联 合 工 况 疲 劳 耐 久 性 分 析 方 法 进 行 校 核 确 认 其 耐 久 性 能
控制臂三维造型数据的 几何修改
工况分析受力状况分析
在 中 建 立 悬 架 系统模型进行多体动力 再 学分析获取边界条件 分 析 有限元静力强度分析获 取结构应力分布图找出 应力集中热点
迭代优化结构
控制臂优化数据 分析报告
是
综合性能 否 满足否
分
优化前后数据对
析
比分析
改
进
!" 控 制 臂 优 化 设 计 方 法
表 !" 控 制 臂 的 标 准 工 况 和 载 荷
工况 编号
7 9 " ! ; 5 $ : a 7# 77 79
载荷
加 速 度'_
工况
4
'
7
标 准 工 况 7_
#6# #6#
7
垂 直 !_
#6# #6#
!
纵 向 9_
96# #6#
7
侧 向 9_
#6# 96#
7
右 转 向 769_
#6# 769
7
制动和转向#6$_ #6$ #6$
"""""公路与汽运
"总第7$"期"""""""!"#$%&'( D )*+,-,+"./)001"2&+",3("""""""""" $
车辆控制臂优化设计
张 继 宏 王 文 志 郑 素 云 王 孔 龙
北 京 汽 车 工 程 研 究 院 北 京 "7#7"##
摘要针对车辆控制臂的强度与疲劳耐久性 能分 析 了 控 制 臂 的 优 化 设 计 思 路借 助 ?&= 对 车辆 控 制 臂 进 行 了 分 析 和 优 化 设 计并 采 用 ?&= 联 合 工 况 疲 劳 耐 久 性 分 析 方 法 进 行 了 验 证 结 果表明采用拓扑迭代方法进行优化设计后控制臂性能得到 较 大 提 升可 供 车 辆 悬 架 系 统 及 其 元 件优化设计参考
关 键 词 汽 车 控 制 臂 拓 扑 迭 代 刚 柔 耦 合 模 型 中 图 分 类 号 4!5"6""" " " " " " " 文 献 标 志 码 &" " " " " " " 文 章 编 号 75$78955:9#75#98###$8#!
""作为重要的承 力 部 件车 辆 悬 架 上 的 控 制 臂 不 仅承受着整车载荷 和 轮 胎 传 递 的 路 面 冲 击 载 荷更 要保持车辆操控的 准 确这 就 要 求 控 制 臂 具 有 足 够 的刚度强度和 疲 劳 寿 命 它 不 仅 影 响 整 车 的 使 用 寿 命 和 驾 乘 人 员 的 生 命 安 全 而 且 作 为 簧 下 质 量 对 车 辆 舒 适 性 会 产 生 很 大 影 响 在 严 苛 的 路 面 条 件 下 甚至会发生断 裂 风 险 因 此其 结 构 强 度 一 直 是 设 计研究的 重 点 该 文 通 过 对 车 辆 控 制 臂 结 构 进 行 ?&= 优化设计实现兼顾整车舒适性需求的轻量化 情况下的强度和疲劳最优化
结 构 优 化 设 计 是 一 门 复 杂 的 多 标 准多 学 科 优 化 理 论 按 其 构 造 结 构 优 化 模 型 可 分 为 尺 寸 优 化 问 题形状优化问题 及 材 料 选 择拓 扑 优 化 问 题 三 类 拓扑优化又称为布 局 优 化在 概 念 设 计 阶 段 进 行 适 当拓扑结构选择非常重要作为车辆悬架系统的重 要 零 部 件 控 制 臂 的 优 化 设 计 更 是 必 备 的 其 流 程 如 图7所示
图#"车辆悬架系统 %9%$)刚柔耦合模型
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" " " " " 公 路 与 汽 运 " " " " " "9#75 年 " 月 "
根 据 对 试 验 场 路 谱 采 集 数 据 的 分 析$确 定 控 制 臂 的 标 准 工 况 和 载 荷 !如 表 7 所 示 "%