汽车控制臂优化分析
基于OptiStruct汽车控制臂的拓扑优化设计
基于OptiStruct汽车控制臂的拓扑优化设计Topology Optimization Design for Vehicle Control ArmBased on OptiStruct金莹莹麦格纳斯太尔汽车技术（上海）有限公司上海 201807摘 要：本文基于OptiStruct软件对某汽车控制臂进行了拓扑优化设计，并分别对比了优化前后结构的应力和位移。
结果表明，通过OptiStruct软件进行的拓扑优化设计满足结构的要求，并实现了轻量化的性能需求，体现了拓扑优化技术的工程价值。
关键词： OptiStruct拓扑优化控制臂强度Abstract：The control arm topology optimization simulation of the vehicle is based on the OptiStruct software. Compared with original control arm structure, the stress of the optimization control arm is a little larger, but lower than yield stress. For displacement, the optimization control arm is also larger than the original control arm structure, but lower than 1mm, which can be accepted. What’more, the weight is reduced by 35%, reflecting the engineering value of the topology optimization technology. Keywords：OptiStruct, topology optimization, control arm, strength前言随着汽车工业的快速发展和日益突出的能源问题，汽车轻量化越来越被人们重视，因此对机械结构和零部件进行优化设计具有重要意义。
L形铝合金控制臂预锻数值模拟及工艺优化
ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ
ｆｏｒｇｉｎｇ，ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ
ｒｏｕｎｄ ａｎｇｌｅ ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｉｎ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．
ｏｎ
Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｆｏｒｇｉｎｇ ｅｍｐｈａｓｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ．
２
Ｌ形控制臂的特点
汽车控制臂的结构形状根据各车型对汽车底盘悬架系统的设计不同而差异较大，其中如图１所示的Ｌ
收稿日期：２０１１．５．９；修订日期： 作者简介：陈钰金（１９８４．），男，学士，助理工程师 电子邮箱：ｃｈｅｎｙｊ８４１２＠１６３．ｃｏｍ
２２５
形控制臂为常见的控制臂结构之一。其特点为：带枝芽和Ｌ形结构；腹板面积大．腹扳厚度薄：筋条窄； 枝芽位置体积较大等。这些特点使这类铝合金控制臂的锻造难度加大，对锻造的可行性、稳定性、成形质 量、材料利用阜等因素提出，新的考验。
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４模具预热、润滑及抛光对铝合金锻造的影响
铝合金流动粘性较大，较粗裢的表面将会增丈流动阻力。因此铝台金所用锻模，其表面状况直接影响
锻件表面质量，锻模型腔表面需经抛光赴理，使之达到Ｖ以下。模具预热是铝合金锻造工艺中的关键环节
ｆ２】余忠±．张梅，＂保自等常用铅☆垒＆其热处目Ｉ艺饥热＊ａ，２００６，２１（３）：４４７ 【３】赵培峰－任广升．沈智．徐春国６９６１镕台盘热Ｅ缩盘形条件对疏变＆力的影响＆其奉构方程的研究哪颦性工程学报． ２００７．１４｛６１：１３０－１３ａ ［４】孙春方，丁矗就。唐希文Ａ１６０８２铝台盘瘟势性能【Ｊ１汽车技术。２００９．６：５５．５８ ［５】冯海韩铝☆☆控制臂锻件锻造ＩＺ自摸Ａ设计棚金属铸锻埠挫术．２００９，３ｓ（９）：１３３
汽车起重机伸缩臂结构有限元分析及优化
汽车起重机伸缩臂结构有限元分析及优化汽车起重机伸缩臂结构有限元分析及优化引言：汽车起重机作为一种重要的工程机械设备，在建筑、物流等行业中起着重要的作用。
而在汽车起重机的设计中，伸缩臂结构是其关键组成部分之一。
伸缩臂结构的合理设计和优化可以提高汽车起重机的工作效率和承载能力，降低其重量和成本。
因此，对汽车起重机伸缩臂结构进行有限元分析与优化具有重要的理论意义和实际应用价值。
1. 伸缩臂结构的设计和工作原理汽车起重机的伸缩臂结构由伸缩臂筒、伸缩臂滑块、伸缩臂大臂、伸缩臂小臂等组成。
其工作原理是通过液压系统控制伸缩臂筒的伸缩，从而实现伸缩臂的变化和起重高度的调节。
伸缩臂结构的设计直接影响汽车起重机的工作性能和稳定性。
2. 有限元分析的原理和方法有限元分析是一种数值分析方法，通过将结构离散化为有限个小元素，利用数学和力学原理对每个小元素进行计算，最后得到整个结构的应力、应变、位移等相关信息。
有限元分析方法可以精确计算伸缩臂结构在不同工况下的受力情况，为优化设计提供基础。
3. 初始结构的有限元分析首先，采用有限元分析方法对汽车起重机初始伸缩臂结构进行分析。
通过初始结构的有限元模型建立和边界条件的设定，计算得到伸缩臂结构在不同工况下的受力情况，包括应力、应变、变形等参数。
利用有限元分析结果，可以评估初始结构的工作性能，并确定需要改进的方向。
4. 结构优化设计与分析基于初始结构的有限元分析结果，可以进行伸缩臂结构的优化设计。
结构优化的目标是提高结构的工作效率和承载能力，降低结构的重量和成本。
通过在有限元模型中进行参数化设计和分析，可以获得不同设计方案下的结构性能指标。
综合考虑结构的强度、刚度、轻量化等因素，选择最优设计方案。
5. 优化设计的验证与验证对优化设计方案进行验证与评估是优化过程的重要环节。
通过将优化设计方案转化为实际工艺制造过程中的参数，并制作样件进行实际测试和评估，可以验证优化设计方案的有效性，并进一步优化设计方案。
某前上控制臂支架的结构优化
根据 支架 初始模 型 的结构特 点 ２ ０ ａ ７ ＭＰ ，延伸 率 ≥８ ，后续通过 型 的质 量 为３３ ｇ 为此 需要对 前 ％ ．ｋ 。
及其材 料要 求 ，同时考虑 工厂 实际 金 加工 完成零件 的各 装配面 和孔 的 上控制 臂支架 进行结 构优 化 ，使 其 设备情 况 ，毛坯 采用连铸棒 料加锻 加 工 。
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某 支架 的装 配位 置 如 图 １ ，通 序号 ＭＰ ａ １ ９８ ．１ 过５ 个螺栓 与车 身连接 ；通过 ２ Ｕ 个
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所示。
根 据顾 客要 求 ，前上控 制臂 支
抗 拉强度 ≥３ ０ ａ，屈服 强度 ≥ ０ ＭＰ 架 的 目标 质量 为２ ５ ｇ，而初 始模 ｋ
根 据技 术要 求 ，此零部 件 共 有
三十 四种工 况 ，选 择其 中十 种对 零
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技术要求
支 架 采 用 铝 合 金 材 料 ，牌 号
ABAQUS拓扑优化分析手册用户手册
ABAQUS拓扑优化分析手册/用户手册分析手册：13. Optimization Techniques优化技术13.1 结构优化：概述13.1.1 概述ABAQUS结构优化是一个帮助用户精细化设计的迭代模块。
结构优化设计能够使得结构组件轻量化，并满足刚度和耐久性要求。
ABAQUS提供了两种优化方法——拓扑优化和形状优化。
拓扑优化（Topology optimization）通过分析过程中不断修改最初模型中指定优化区域的单元材料性质，有效地从分析的模型中移走/增加单元而获得最优的设计目标。
形状优化（Shape optimization）则是在分析中对指定的优化区域不断移动表面节点从而达到减小局部应力集中的优化目标。
拓扑优化和形状优化均遵从一系列优化目标和约束。
最优化方法（Optimization）是一个通过自动化程序增加设计者在经验和直觉从而缩短研发过程的工具。
想要优化模型，必须知道如何去优化，仅仅说要减小应力或者增大特征值是不够，做优化必须有更专门的描述。
比方说，想要降低在两种不同载荷工况下的最大节点力，类似的还有，想要最大化前五阶特征值之和。
这种最优化的目标称之为目标函数（Object Function） 。
另外，在优化过程中可以同时强制限定某些状态参量。
例如，可以指定某节点的位移不超过一定的数值。
这些强制性的指定措施叫做约束（Constraint）。
ABAQUS/CAE可以创建模型然后定义、配置和执行结构优化。
更多信息请参考用户手册第十八章。
13.1.2 术语（Terminology）设计区域（Design area）: 设计区域即模型需要优化的区域。
这个区域可以是整个模型，也可以是模型的一部分或者数部分。
一定的边界条件、载荷及人为约束下，拓扑优化通过增加/删除区域中单元的材料达到最优化设计，而形状优化通过移动区域内节点来达到优化的目的。
设计变量（Design variables）：设计变量即优化设计中需要改变的参数。
悬架控制臂多目标拓扑优化
悬架控制臂多目标拓扑优化康元春;李辉;高赞【摘要】为了对悬架控制臂进行轻量化，并保证轻量化的悬架控制臂仍能满足动静态性能要求，采用了多目标拓扑优化的方法。
首先以控制臂为柔性体在Adams/Car中建立悬架刚柔耦合模型并对该模型进行多体动力学分析，从而得到悬架控制臂在制动、转向及过凸包等极限工况时的边界条件；然后采用惯性释放的方法对悬架控制臂进行有限元静力分析及模态分析，并根据结果分析其动静态性能；再运用折衷规划法对该悬架控制臂进行多目标拓扑优化，并通过正交试验的方法确定目标函数的权重。
最终得到的新控制臂模型重量比原模型降低18.1%，总体刚度及低阶频率都有提高，各极限工况应力均小于许用应力。
结果表明，轻量化的悬架控制臂满足性能要求，验证了设计的合理性。
%To lightweight the suspension control arm and ensure it to meet the dynamic and static performance re-quirements, the multi-objective topology optimization method was adopted. Firstly, Adams/Car was used to estab-lish the rigid-flexible coupling model of suspension system and to get multi-body dynamics analysis. Therefore, the extreme boundary conditions of braking, steering and the convex hull were obtained. Then inertial release was used in finite element static and modal analysis, and dynamic and static performances analyzed according to the results. Finally, compromise programming approach was used to do multi-objective topology optimization, and at the same time, the optimization goal weight was determined by orthogonal test. Compared with the original model,the weight of the new model is reduced by 18. 1%, overall stiffness and lowfrequency are increased, and static stresses in all con-dition are still met. The result indicates that the lightweighted control arm meets the performance requirements. The design of control arm is verified.【期刊名称】《解放军理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P571-575)【关键词】控制臂;折衷规划法;多目标拓扑优化【作者】康元春;李辉;高赞【作者单位】湖北汽车工业学院汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室，湖北十堰442002;湖北汽车工业学院汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室，湖北十堰442002;湖北汽车工业学院汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室，湖北十堰442002【正文语种】中文【中图分类】U463.82汽车控制臂是一个典型的运动构件，汽车行驶时，其内端始终绕着与车身连接的球铰总成摆动，在进行拓扑优化减轻重量时有其特殊性[1]。
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。
基于OptiStruct汽车控制臂的拓扑优化设计
基于OptiStruct汽车控制臂的拓扑优化设计金莹莹（观致汽车有限公司，上海200126）摘要：文中基于OptiStruct软件对某项目汽车控制臂进行了拓扑优化设计，并分别对比了三个载荷工况下，控制臂优化前和优化后的应力和位移。
结果表明，拓扑优化后的控制臂的应力在3个工况下都略有增大，但应力值远远小于铸钢材料的屈服极限（650MPa）；拓扑优化后的控制臂的位移在3个工况下都略有增大，但均小于1mm。
这说明，通过OptiStruct软件进行的拓扑优化设计满足结构的强度要求。
同时，控制臂结构的重量减轻了35%，实现了轻量化的性能需求，这对汽车零部件产品的设计具有一定的参考意义。
关键词：拓扑优化；OptiStruct；控制臂；强度；减重中图分类号：U463.33文献标志码：A文章编号：1002-2333（2018）02-0082-03 Topology Optimization Design for Vehicle Control Arm Based on OptiStructJIN Yingying(Qoros Automotive Co.,Ltd.,Shanghai200126,China)Abstract:This paper carries out topology optimization of the vehicle control arm based on the OptiStruct software.The results show that the stress of the control arm after topology optimization is slightly increased under three operation conditions,but the stress value is much smaller than the yield limit(650MPa)of the cast steel material.The displacements of the control arm after topology optimization under normal conditions are slightly increased,but are less than1mm.This shows that the topology optimization design using OptiStruct software can meet the strength requirements of the structure.At the same time,the weight of the control arm structure is reduced by35%,which achieves the requirement of lightweight performance.Keywords:topology optimization;OptiStruct;control arm;strength;weight reduction0引言随着汽车工业的快速发展和日益突出的能源问题，汽车轻量化越来越被人们广泛重视，因此对机械结构和零部件进行优化设计具有重要意义[1]。
汽车悬架控制臂
汽车悬架控制臂悬架系统是现代汽车上的重要总成，对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性有很大的影响。
控制臂( C o n t r o l a r l T l ，也称摆臂) 作为汽车悬架系统的导向和传力元件，将作用在车轮上的各种力传递给车身，同时保证车轮按一定轨迹运动。
控制臂分别通过球铰或者衬套把车轮和车身弹性地连接在一起。
控制臂( 包括与之相连的衬套及球头)应有足够的刚度、强度和使用寿命。
汽车摆臂分为前摆臂和下摆臂，前摆臂是悬架的向导和支撑，其变形影响车轮的定位，降低行车稳定性；而下摆臂主要作用是用来支撑车身，减震器并且缓冲行驶中的震动。
减速器对下悬挂臂能起到好的辅助作用，它与减震器和弹簧的默契配合才能构成一套出色的悬挂系统（总成）。
A.控制臂球铰总成结构先介绍两种常见结构形式的控制臂球铰总成。
图1中球销6装在球碗2内，球碗2 为聚乙烯材料制成，避免了球销6直接与球座1接触。
防尘罩4 上端通过卡环5装在球销6上，下端通过卡环3装在球座1上，防尘罩4 通常为橡胶材料或者聚乙烯材料。
图2 中的球座2底部为开放式，利用铝制挡板1锁止球销8,和球碗7脱出。
球铰总成通常通过球座与控制臂臂体装配，装配方式为球座与控制臂臂体锻为一体，嵌入、焊接、铆接或者螺栓联接。
B.汽车控制臂的结构：1.横向稳定杆连杆2.横拉杆3.纵拉杆4.单控制臂5.叉( V)形臂 6.三角臂1.横向稳定杆连杆在悬架安装时，稳定杆连杆一端通过橡胶衬套或球铰与横向稳定杆连接，另一端通过橡胶衬套或球铰与控制臂或筒式减振器连接，横向稳定杆连杆在悬架中对称使用，起提高操纵稳定性的作用。
两种横向稳定杆连杆的结构图，如图3 、图4所示。
图3 为双衬套稳定杆。
臂体2 为锻铝件，橡胶衬套1，3与臂体2装配时为紧配合，因此，橡胶衬套1,3与臂体2无相对运动，图4为双球铰稳定杆，臂体2为钢制拉杆，球铰总成1,3的轴线与臂体2的相对位置根据需求可以设计为0°，90°，180°。
整车-35_前下摆臂强度分析规范V1.0版
编号：LP-RD-RF-0035 文件密级：机密前下摆臂强度分析规范V1.0编制：日期：编制日期审核/会签日期批准日期修订页编制/修订原因说明：首次编制原章节号现章节号修订内容说明备注编制/修订部门/人参加评审部门/人修订记录：版本号提出部门/人修订人审核人批准人实施日期备注目录1 简介 (2)1.1分析背景和目的 (2)1.2软硬件需求 (2)1.3分析数据参数需求 (2)1.4分析的时间节点 (2)2 模型前处理 (3)2.1模型准备 (3)2.2模型检查 (3)2.3模型处理 (3)2.4约束及载荷 (3)3 有限元分析步骤 (5)3.1 分析步设定 (5)3.2 分析文件输出 (6)4 分析结果处理及评价 (6)4.1分析结果查看 (6)4.2评价指标 (6)5 附录 (7)前下摆臂强度分析规范1 简介1.1分析背景和目的前下摆臂对悬架具有导向和支撑作用，其变形影响车轮定位，降低行车稳定性。
前下摆臂与副车架通过衬套进行连接，一定程度衰减路面传递的冲击载荷。
前下摆臂设计性能要求中有前下摆臂失稳、强度、失稳等。
本规范定义了前下摆臂强度分析，考察前下摆臂失稳仿真分析结果是否满足设计要求。
在汽车行驶状态下，它承受着多变的冲击载荷，因此要求其具有很高的强度。
针对底盘元件强度耐久分析，需要提取汽车行驶过程中的一些典型工况（可分为强度工况、疲劳工况），借助多体动力学软件ADAMS仿真得到底盘元件每种工况下各个硬点在三个方向的力和力矩，以此作为输入，经NASTRAN、ABAQUS等有限元软件计算其强度，针对疲劳工况借助于疲劳分析软件nCode DesignLife计算疲劳工况下的损伤以及累计损伤。
1.2软硬件需求软件前处理：Altair Hypermesh；后处理：Altair Hyperview；求解器：abaqus、nastran、ncode；硬件前、后处理：HP或DELL工作站；求解：HP服务器、HP或DELL工作站。
自调臂，千万别随意调！看了原理你就懂了
自调臂，千万别随意调！看了原理你就懂了随着我国高速公路网的不断完善，长途物流运输越来越多地使用主挂车连接的运输方式，而且趋向于集成化、大吨位，这就对主挂车制动系统的匹配、协调及可靠性提出了更高要求。
本文通过梳理我国目前主挂车制动系统在使用中出现的问题，提出相应的解决方案。
主挂车制动系统存在的问题及原因目前我国主挂车运输车辆的驱动形式一般为采用6×2和6×4 2种形式。
由于6×2配置在成本上具有优势，因此近年来的新购车辆以6×2驱动形式居多。
以陕汽德龙M3000系列为例，主车6×2驱动可以准拖挂车总质量38 300 kg，6×4驱动可以准拖挂车总质量38 600 kg，所配的半挂车通常采用3轴仓栅式，是我国西部、北部地区货运市场的主流车型。
这些车辆的主车制动系统一般都配有ABS和制动间隙自动调整臂，而挂车制动系统基本都是手动调整臂，甚至部分配有ABS的挂车也使用手动调整臂。
从市场调查情况来看，在实际使用过程中普遍存在如下现象：用户擅自将主车第1轴制动管路堵死；部分用户将6×2驱动的第2轴制动管路也堵死或解除自调臂的控制臂，并将第3轴自调臂更换为手调臂；部分用户擅自在主车ABS系统中接入一个开关，重载时关闭车辆的ABS功能。
笔者认为，导致以上问题的主要原因包括以下几点。
主车第2轴控制臂解除第一，在挂车用手调臂、主车用自调臂的情况下，主车制动反应灵敏，特别在下长坡制动时挂车对主车容易产生冲击。
为避免这种情况，驾驶员希望挂车制动要先于主车，因此不希望主车制动快速有效响应。
第二，新车买回后用户自己加装气压式轮鼓喷水装置，用于制动时给轮鼓降温。
为了避免频繁制动时出现整车气压供应不足，用户会将主车1轴、部分6×2车型的2轴制动管路堵死，以降低制动用气量。
此外，当主车ABS功能被关闭时，第1、第2轴的转向轮还不会出现制动抱死现象。
第三，由于1、2轴不参与制动，主车的制动力全部由第3轴承担，容易导致制动发热，加快摩擦片磨损，但由于易损件不在三包范围内，车主为降低使用成本、延长摩擦片使用寿命，将第3轴自调臂更换成手调臂。
基于HyperWorks的麦弗逊悬架下控制臂的优化
基于HyperWorks的麦弗逊悬架下控制臂的优化作者：李成1 简介麦弗逊悬架在目前是大多数中小型轿车前悬架所首选的类型，对于麦弗逊悬架的下控制臂来说主要在加速、制动、过坎是承受纵向力，以及在转向是承受侧向力，对于垂向力下控制臂只是抵消前后橡胶衬套被扭转变形时的一些结构反力，垂向力主要由滑柱弹簧来承受，由于作用在控制臂上的垂向力在数量级上远小于纵向力及侧向力，所以在校核下控制臂时通常不考虑垂向力。
麦弗逊悬架的受力情况如图1所示。
图1 优化前控制臂模型图2所示为优化前的控制臂，材料为锻钢40Cr 为了保证足够的转弯半径，控制臂的结构设计空间较小，有应力集中区域如图3所示。
图2 优化前控制臂模型图3 优化前控制臂结构示意新款车型在原有车型基础之上，加宽了前轮距。
也即轮心坐标外移，其他硬点不做改动，这样控制臂多出结构优化空间，如图4比较所示。
图4 控制臂新的设计边界2 有限元模型的建立2.1 建立设计边界根据布置情况利用CAD软件建立起设计边界模型，如图5所示。
图5 新的控制臂拓扑优化边界2.2 优化前处理2.2.1 网格划分将建立的拓扑优化边界导入HyperMesh 划分网格，单元类型采用一阶四面体单元，最终网格划分情况如图6所示。
图6 划分网格2.2.2 添加材料创建出各向同性金属材料，参考手册或询问供应商得知其弹性模量及泊松比，如图7所示。
图7 添加材料2.2.3 设置属性划分优化区域及非设计区域，因为拓扑优化区域是由属性来识别的，所以通过多个属性可区分设计及非设计区域，本例中将控制臂前衬套外圈、后衬套芯轴、外球销点紧固螺栓孔设置为非设计区域，其他为设计区域，如图8所示。
图8 划分设计、非设计区域2.2.4 连接关系建立使用RBE2 单元将外球销点与三个紧固螺栓孔内壁节点连接、相同的操作将前后衬套中心点与对应节点连接。
2.2.5建立边界条件麦弗逊悬架控制臂分析时通常固定前衬套X、Y、Z三个方向平动(1、2、3)，后衬套点Y、X方向平动(2、3)，外球销点Z方向平动(1)，Loadtype 选择SPC,结果如图9所示(坐标系为整车坐标系)。
橡胶衬套疲劳失效案例分析与优化
2810.16638/ki.1671-7988.2020.13.009橡胶衬套疲劳失效案例分析与优化李奕宝，罗谢盼，林家荣（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 510640）摘 要：针对某车型控制臂衬套整车耐久路试失效问题，通过分析路谱载荷，以提高衬套抵抗大扭矩变形为目标，重新定义与之相应的试验条件，并对衬套刚度和结构进行优化设计，优化后的衬套通过了新试验条件的台架验证，并通过整车耐久路试验证。
台架试验和整车耐久路试结果表明，通过分析路谱载荷重新定义的试验条件合理，衬套经优化设计满足整车耐久性能要求。
关键词：结构；路谱；耐久；静刚度中图分类号：U462.1 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)13-28-03Analysis And Optimization Of Fatigue Failure Case Of Rubber BushingLi Yibao, Luo Xiepan, Lin Jiarong（GAC Automotive Engineering Research Institute, Guangdong Guangzhou 510640）Abstract: To solve the control arm bushing failure problem in real car endurance test, an optimazation design of bushing stiffness and structure to improve the torque deformation is carried out by analyzing road load. And a novel corresponding bench test method is proposed. The optimized bushing has passed the bench test according to the novel bench test method, and its endurance performance is validated by the real car endurance test. The validity of the novel corresponding bench test method derived by road load and the endurance performance of the optimized bushing have been proved by the results of bench test and real car endurance test.Keywords: Structure; Road Spectrum; Durability; Static stiffnessCLC NO.: U462.1 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)13-28-03引言随着汽车零部件制作工艺和精度的不断提升， 路面等级的不断优化，发动机及底盘本身引起的振动噪声问题凸显出来，消费者对于整车的舒适性要求越来越敏感，橡胶衬套，作为底盘的重要减振部件，发挥着极其重要的作用。
汽车悬架控制臂的可靠性拓扑优化
汽车悬架控制臂的可靠性拓扑优化摘要：现阶段，全球汽车保有量已接近13亿辆，汽车造成的排放污染与能源消耗问题日益凸显。
汽车的节能减排已成为节约型社会长期发展所不可或缺的条件，大量的研究表明，汽车零部件的轻量化设计则是实现这一目标的关键技术。
悬架系统是汽车的重要组成部分，对汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性均有着直接的影响，而控制臂作为汽车悬架系统重要的传力导向部件，因车辆在各种路况正常行驶时受载情况十分复杂，为使汽车节能减排、动力增强、稳定转向和减缓轮胎磨损，要求控制臂必须具有足够的刚度和强度。
本文对汽车悬架控制臂进行静强度分析和多工况的拓扑优化分析。
关键词：汽车悬架；拓扑优化；控制臂；轻量化引言控制臂作为汽车悬架系统的重要零件之一，其主要功用为：通过球铰、橡胶衬套或液压衬套等元件连接车轮和车身；控制车轮相对于车身的运动特性。
因此，在控制臂的结构设计中，其纵向与横向刚度和质量对车辆的操纵稳定性和平顺性有重要影响。
不同车型的动力学性能、悬架总成空间布置的多样性，往往引起控制臂结构设计空间的不确定性，且由于路况和行驶工况的复杂性以及阻尼和摩擦等边界条件的干扰，极易导致所受载荷的随机性。
同时，材料的多相特征、制造工艺的差异也会引起材料属性的波动。
因此，有必要在控制臂结构进行拓扑优化设计时融合可靠性分析，定量计入不确定性因素的影响。
1拓扑优化方法1.1折衷规划法控制臂在拓扑优化阶段要考虑静态刚度特性和动态频率特性，刚度和频率属性不同，在数值上差异明显。
不同工况间的刚度值和变形方式差别很大，不同阶数的频率值也有明显差别，因此将多目标优化问题转化为单目标优化问题时，需要将各个子目标归一化处理，消除不同属性和相同属性下不同数量级的影响。
利用带权重系数的折衷规划法处理多目标优化问题，得到综合目标函数。
1.2灰色关联分析在多目标问题中，以任意一种状态下子目标的数值为一个序列，在优化某一个子目标时，序列中其它子目标会增大或者减小。
2024年汽车转向控制臂市场前景分析
2024年汽车转向控制臂市场前景分析一、市场概述汽车转向控制臂是指连接车轮与悬挂系统的重要部件，用于传递转向角和阻尼力，保证车辆的操控性和行驶稳定性。
随着汽车工业的快速发展，汽车转向控制臂市场也呈现出稳步增长的趋势。
本文将对汽车转向控制臂市场的前景进行分析。
二、市场驱动因素1. 汽车产量增长全球范围内，汽车产量持续增长。
随着经济水平提高和消费者购车能力增强，汽车需求不断增加，推动了汽车转向控制臂市场的快速发展。
2. 技术进步随着科技的不断进步，汽车转向控制臂的关键技术得到了革新和升级。
新材料、新工艺的应用使得汽车转向控制臂的性能更加优越，提高了车辆的操控性和稳定性，进一步促进了市场的增长。
3. 雄厚的后市场需求汽车转向控制臂的使用寿命有限，需要定期更换。
随着汽车保有量的增加，后市场需求也在不断扩大。
改善消费者的驾驶安全和舒适性需求，带动了汽车转向控制臂市场的发展。
三、市场挑战与限制因素1. 市场竞争加剧汽车转向控制臂市场竞争激烈，主要厂商之间的竞争越来越激烈，给市场带来了一定的压力。
制造商需要致力于技术创新和产品质量的提升，以应对竞争带来的挑战。
2. 环境保护要求的提高全球范围内，环境保护日益受到重视，排放要求逐步提高。
汽车转向控制臂制造商需要符合更加严格的环保标准，增加了生产成本和技术难度，对市场的发展造成一定的限制。
四、市场分析1. 地区分析全球市场中，亚太地区持续增长的汽车产量使得该地区成为汽车转向控制臂市场的主要增长驱动者。
同时，北美和欧洲地区的汽车转向控制臂市场也呈现稳定增长的趋势。
2. 产品分析汽车转向控制臂市场的产品主要包括铝合金控制臂、钢制控制臂和复合材料控制臂等。
随着轻量化技术的不断推进，铝合金和复合材料控制臂的市场份额有望增加。
3. 市场竞争格局目前，汽车转向控制臂市场竞争程度较高，主要厂商包括宝马、奔驰、大众等。
竞争厂商通过技术创新、产品质量和服务等方面争夺市场份额。
五、市场前景与发展趋势1. 发展前景预计未来几年，汽车转向控制臂市场将保持稳定增长。
基于Optistruct的某汽车悬架上控制臂的尺寸优化设计
优化设计有三要素 ， 即设计变量 ， 目标 函数 Ｆ （ Ｘ） ， 约束 函数 （ ） 和 （ ） 。设计 变量是优 化设计 要优选 的量 ， 表示 为 Ｘ＝ ， …， ｘ ｏ ］ ； 目标 函数 是优化 设计好 坏 的一 个衡 量指 标 ， 记为 Ｆ （ Ｘ） ＝ Ｆ （ …， ‰） ； 约束 函
ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｕｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｅ ｎｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ， ｉ ｔ ｓ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ８ ｈ ｉ ｍ ｔ ｏ ３ ｍｍ ， ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｒ ｍ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ
客
第２ 期
车
技
术
与
研
究
ＢＵＳ ＆ Ｃ０Ａ ＣＨ ＴＥＣＨＮ０ Ｌ０ ＧＹ ＡＮＤ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ
基于 Ｏｐ ｔ ｉ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ 的某汽车悬架上控制臂的尺寸优化设计
廖 美颖 ，谷玉川 ，王更胜
（ 广 州 汽车 集 团股份 有 限公 司 汽 车工 程研 究 院 ，广 州 ５ １ ０ ６ ４ ０ ）
在设 计汽车后悬架 上控制臂时 ，需要兼顾 强度 、 刚
汽车摆臂的拓扑优化设计
汽车摆臂的拓扑优化设计摘要：介绍了拓扑优化设计的主要流程及四种结构优化的方法，即尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化。
详细介绍了结构拓扑优化中的变密度法，并将变密度法用于汽车摆臂的优化设计中，得到了结构优化后汽车摆臂的概念设计。
关键词：汽车轻量化；拓扑优化；汽车摆臂；Hyperworks；有限元1 引言汽车轻量化是实现节能减排的重要措施之一，对汽车工业的可持续发展意义重大，汽车结构优化是实现汽车轻量化的重要手段之一。
对汽车结构进行优化设计的目的在于使设计出的结构具有重量轻、体积小、效益高、成本低、可靠性好等特点[4]。
但是由于汽车部件结构常常比较复杂，按传统的经验模式进行零部件优化的方法效果不好。
随着计算机技术和有限元法的快速发展，大量复杂的工程问题都可以借助高性能计算机采用有限元法来加以解决。
有限元法不仅作为结构分析的一个重要的数值计算方法，同时也为结构优化提供了一个平台。
将有限元法应用到产品设计中，通过计算机模拟实际约束、载荷情况，在满足性能、质量要求的条件下对结构进行设计，当产品不能满足设计要求时，就可以马上对产品进行修改，然后再进行模拟分析，直到满足产品性能。
借助计算机技术的现代结构优化设计方法大大降低了人力、物力、时间的消耗，缩短了产品设计周期，降低了设计和生产成本[3]。
2 结构优化方法尺寸优化尺寸优化（Size Optimization）是设计人员对结构、模型的形状有了设计思路后对模型的尺寸细节进行的一种设计和改进[2]。
它是通过对结构舉元的属性的改变，例如梁单元的横截面积、壳单元的厚度、质量单元的质量和弹簧单元的刚度等，使得设计后的结构、模型达到设计要求例如应力最小、质量最小、最小位移等。
尺寸优化设计是在已经给定结构的类型、材料、几何外形和拓扑关系的情况下，通过优化算法对结构的参数进行计算，使结构的重量或者体积达到最小。
尺寸优化是结构优化设计的三种方法中最基本的优化方法，目前在结构的设计过程已经得到广泛深入的研究和应用。
控制臂的受力分析与改进
中 间 孔
ＭＰ ａ ，峰 值 位 移 减 少 ０ ． ０ １ ５ ２ ５ ７ ｍｍ，进 一 步保 障 了悬 架 系 统 的 安 全 性 ， 为 悬 架 控 制 臂 的 结 构 改 进 提 供 了一
定 的 参考 依 据 。
关 键 词 ： 电 动 汽 车 ；控 制 臂 ；有 限元 ； 刚度 ；强 度
控 制 臂 的受力 分析 与改进
薛建 奇 ，王 宝 中
（ 华北理Ｘ － 大 学 机 械 工 程 学 院 ，河 北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ９ ）
摘 要 ：为 了提 高 悬 架 系 统 的综 合 性 能 ，对 自主 研 发 的 电动 汽 车 悬 架 控 制 臂 进 行 了分 析 与 改 进 。 首先 ，建 立 控 制 臂 的 三维 模 型 并 通 过 ＡＤ ＡＭＳ提 取 控 制 臂 ３个 铰 接 点 的受 力 作 为 边 界 条 件 ，并 利 用 Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ对 控 制 臂 进 行 了有 限元 分 析 ，得 到 了其 变 形 和 应 力 云 图 ；其 次 ， 改进 现 有 控 制 臂 的 几 何 形 状 以减 小 控 制 臂 的 峰值 应 力 和 峰 值 位 移 ； 最后 ，对 改进 前 后 的 控 制 臂 进 行 了对 比 分 析 。结 果 表 明 ， 改 进 后 的 控 制 臂 峰 值 应 力 减 少 ６ ． ２ ０ ９
第 ２期 （ 总第 ２ ０ １ 期）
２ ０ １ ７年 ４ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡｌ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ． ２
Ａｐ ｒ ．
汽车悬架控制臂的多目标拓扑优化
ｓ ｕ ｔｒ ｏ ｎｒｌ ｒ ｂａ ｅ ｅｉ ｅｂ ｔ ｒｑ ｉ ｍｅｔ ｏ ｉｉ ｕ ｏ ｐ￣ ｃ ｔ ｔｔ ｔ ｅａ ｄｈｇｅｔ ｔ ｃｕｅ ｆ ｏ ｔ ｍ ｉ ｏ ｔ ｎ ｄｍｅｔ ｇｔ ｏｈ ｅｕｒ ｎｓ ｆ ｎｍ ｍ ｃｍ Ｊ ｎ ｅａ ｓ ｉ ｓ ｔ ｎ ｉ ｓ ｒ ｃ ｏａ ｓ ｉ ｎ ｈ ｅ ｍ ａ ａｃ ａ ｈ
ｌｗ— ｒ ｒｆｅ ｕｅ ｃ ｎ ｒｄ ｎ ｍｉ ｉｒ ｔｏ ｏ ｏｄｅ ｒ ｑ ｎ ｙ ｕ ｄｅ ｙ ａ ｃ ｖｂ ａｉｎ．
Ｋｅｗｏ ｄ ： ｕ ｐ ｎｉｎ ｃｎｒ ｌ ｒ ｍｕｔ ｏ ｊｃｉ ； ｏ ｏｏ ｙｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｍｕｔｅ ｅ ｔｌｒｎ ｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｓ ｓ ｓｅ ｓ ｏ ｔｏ ａ ｍ； ｌ —ｂｅｔ ｅ ｔｐ ｌｇ ｐｉ ａｉ ； ｌｌｖｌ ｏｅａ ｔ ｑ ｅ － ｏ ｉ ｖ ｍｉ ｏ ｉ ｓ
［ ｂｔａｔ Ａ ｍｕｔｏｊｃｖ ｏｏｏｙｏｔ ｚｔｎｆ ｅｃｎｒ １ ｆｖｈｃ ｕｐｎｉ ｓｃｎｕｔｄ Ａ ｓ ｃ］ ｌ－ ｅｔ ｅｔ ｌ ｐｉ ａｉ ｏ ｔ ｏｔｌａ＇ ｏ ｅｉｅｓｓｅｓ ｎｉ ｏｄｃ ｒ ｉｂ ｉ ｐ ｇ ｍｉ ｏ ｒ ｈ ｏ ３ ｎ ｌ ｏ ｅ
ｐｏ ｒｍｍｉｇａ ｐｏ ｃ ｉ ｏ ｒｍｉｉｇｐ ｏ ｒｍｍｉｇｓｈ ｍｅ ｉ ｔ ｈ ｒｑ ｅ ｃ ｐｉ ｚｔ ｎ ｕ ｄ ｒ ｒｅｖｂａｉｎ ｒｇａ ｎ ｐ ｒａ ｈ ｗ ｔ ｃ ｍｐ ｏ ｓ ｒｇ ａ ｈ ｎ ｎ ｃ ｅ ，ｆ ｓ ｅｆｅ ｕ ｎ ｙｏ ｔ ｒ ｔ ｍｉａｉ ｎ ｅ ｅ ｉｒｔ ｏ ｆ ｏ
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四、Optistruct拓扑优化分析
3.创建体积和位移响应：
定义体积响应为volumefrac，模型总体积响应
四、Optistruct拓扑优化分析
3.创建体积和位移响应：
定义位移响应为static displacement，选取力的加载 点为响应点， 约束x、y、z三个方向合成位移
三、Optistruct拓扑优化分析
优化结果查看：打开Hyperview，导入结果文件carm-opt_des.h3d， 点击apply，查看优化结果。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
点击contour，查看单元密度分配 ；然后点击iso，选取结构密度阈 值为0.15，查看结果。
四、Optistruct拓扑优化分析
查看最后一次的迭代结 果，优化结果如左下， 设计者可根据所得的拓 扑优化结构进行作为参 考，进行正向结构设计 。
四、Optistruct拓扑优化分析
示例：汽车控制臂 的概念设计
1.首先建立部件、网格、 材料、属性、连接、约束 、载荷、载荷步 SPC=123
SPC=23 SPC=3
Fy=1000N
Fx=1000N Fz=1000N
四、Optistruct拓扑优化分析
2.定义拓扑优化设计变量 ：
建立拓扑设计区域，选取中间蓝色设计区域 的属性，（设计域与非设计域的属性分别建 立，不能共用）
四、Optistruct拓扑优化分析
6.检查优化问题：
运行optistruct检查模型是否有错误，如报错，可以查看 sshield——optimization . out查错。如没错，则切换run options为optimization，并点击optistruct进行运算
四、Optistruct拓扑优化分析
4. 定义目标：
定义模型总体积目标为min，既体积最小化。
三、Optistruct拓扑优化分析
5.创建位移响应的约束：
分别建立xyz三个方向的位移响应约束constr1 、 constr2 、 constr3，upper bound分别取0.05， 0.02,0.03，response选择已建立的位移响应disp， 载荷步选择已建立的三个方向的载荷步。
右下为添加了拔模约束及 对称约束的拓扑优化结果 。结构比较规整，直观。