车辆控制臂优化设计
轿车悬架控制臂参数化建模及轻量化多目标优化设计
轿车悬架控制臂参数化建模及轻量化多目标优化设计车辆悬架是车辆重要的组成部分之一，直接关系到车辆的行驶性能和舒适性。
悬架控制臂作为悬架系统的重要部件，其参数设计对车辆的转向稳定性、抗疲劳能力、通过性等方面有着很大影响。
为了提高轿车的性能与可靠性，轿车悬架控制臂的参数化建模和轻量化多目标优化设计是必不可少的步骤。
首先，对于轿车悬架控制臂参数化建模，可以采用CAD建模软件进行完成。
具体的建模过程包括坐标系的设定、几何图形的建立及参数的提取等。
在建模时需考虑到悬架控制臂的结构特点以及设计要求，以确保建模结果准确可靠。
其次，针对轿车悬架控制臂的轻量化优化设计，可以采用拓扑优化技术。
具体做法是在前提满足轿车行驶稳定性的基础上，利用有限元分析软件对悬架控制臂进行力学仿真分析，获得载荷作用下的最大应力集中区域。
然后，设置拓扑域和拓扑分区，减少结构材料的使用量，同时保证结构刚度和强度要求。
最后再基于多目标优化理论，考虑在轿车悬架控制臂轻量化的基础上进一步优化转向稳定性和驾驶舒适性等方面的性能。
最后，轿车悬架控制臂参数化建模与轻量化多目标优化设计的实施，可以达到节省材料、减轻车重、提升性能和降低油耗等多重优势。
同时还可以有效控制车辆成本，提高车辆的市场竞争力。
因此，在轿车悬架系统的设计中，参数化建模与轻量化多目标优化设计的应用越来越受到车辆制造业和悬架系统制造公司的重视和推广。
在进行轿车悬架控制臂参数化建模和轻量化多目标优化设计时，还需要考虑一些关键因素。
首先需要考虑的是材料选择与性能设计。
轿车悬架控制臂所使用的材料不仅需要满足强度、刚度等基本要求，同时还需考虑其重量、成本等因素。
因此，在进行参数化建模和轻量化多目标优化设计时，需要根据材料的特性和特点进行合理的材料选择。
其次，在选定适当的材料后，需要进一步考虑材料的加工工艺以及成本等方面的因素。
针对这些因素，需要通过多方面的分析，优化材料性能与成本，以达到最优的效果。
浅谈汽车悬架控制臂有限元分析与结构优化
车辆工程技术39车辆技术0 概述汽车悬架控制臂作为汽车悬架系统的重要组成部件，其质量的好坏直接影响汽车行驶的安全性。
汽车悬架控制臂在实际工作状况下，经常会受到大小和方向不同的扭转力作用，随着受力次数的增加，其某些部位会出现疲劳破坏，而汽车悬架控制臂的强度及疲劳特性影响着汽车系统的可靠性。
因此汽车悬架控制臂的疲劳寿命是设计中必须要考虑的一个重要因素。
1 汽车悬架控制臂三维模型建立（1）用三维激光扫描仪对汽车悬架控制臂进行扫描，获取此零件的点云数据。
（2）对获得的点云数据进行处理及偏差分析，直到获得高精度的点云数据。
（3）将获得的点云数据导入CATIA 软件中，建立汽车悬架控制臂的三维模型，具体汽车悬架控制臂逆向三维建模过程流程如图1所示。
浅谈汽车悬架控制臂有限元分析与结构优化王 刚（长城汽车股份有限公司保定技术研发分公司,河北 保定 071000）摘 要：控制臂是汽车悬架系统的重要安全件和功能件。
本文主要结合汽车悬架控制臂的实际受载状况，利用ANSYS 疲劳分析模块对其加载要求和结构设计优化。
关键词：汽车悬架控制臂；ANSYS；有限元分析图12 汽车悬架控制臂载荷分析（1）在对汽车悬架控制臂构件进行有限元疲劳强度分析时，通常要根据构件的实际情况定义边界条件，包括施加的载荷和施加的固定约束。
对汽车悬架控制臂进行结构设计时，定义悬架控制臂在分别受拉、压达到破坏时所能承受的最大载荷为悬架控制臂的拉溃力和压溃力。
（2）一般在进行悬架控制臂结构设计时，需要根据整车行驶工况，对整车进行动力学分析或者试验测试，从而计算出或试验测出控制臂所能承受的拉溃力和压溃力。
（3）在汽车行驶的过程中，汽车悬架控制臂始终绕着与副车架连接的内侧铰点摆动，是一个运动件。
汽车悬架控制臂与衬套之间、衬套与螺栓之间为过盈配合，衬套通过芯部的螺栓固定在副车架上。
汽车悬架控制臂中衬套绕螺栓的设计扭转刚度、汽车悬架控制臂的长度、车轮上跳的最大高度，则能确定衬套受到的扭矩的大小为，汽车悬架控制臂受到同样大小的反扭矩作用，但这个扭矩与实际工况下内侧铰点其它各平动方向的载荷相比是个很小的值，故对汽车悬架控制臂受力分析时可以认为控制臂的转动自由度不受限制。
《2024年某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化》范文
《某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化》篇一一、引言随着汽车行业的不断发展，车辆的性能、舒适性和安全性逐渐成为了消费者购车时的重要考量因素。
作为汽车底盘系统的重要组成部分，前悬架控制臂的设计与制造对汽车的操控性能、稳定性和行驶安全性起着至关重要的作用。
本文将对某型汽车的前悬架控制臂的结构进行深入分析，并提出相应的优化方案。
二、某型汽车前悬架控制臂的结构分析某型汽车的前悬架控制臂主要采用铸铁材料，通过锻造和机械加工而成。
其结构主要包括连接部分、支撑部分和安装部分。
连接部分负责将控制臂与转向节和减震器连接；支撑部分则负责支撑车身并传递路面反馈；安装部分则用于固定控制臂在车身上的位置。
此外，为满足各种行驶需求，前悬架控制臂在设计上还需考虑到多角度的弯折和扭力承受能力。
三、当前结构存在的问题虽然某型汽车的前悬架控制臂在常规使用条件下表现出色，但在长期使用和高强度驾驶环境中仍存在一定的问题。
如，某些部位易发生疲劳裂纹，影响行车安全；控制臂重量较大，导致整车重量增加，影响燃油经济性；某些结构细节的设计不够合理，可能导致车辆操控性能和稳定性的降低。
四、结构优化方案针对上述问题，我们提出以下结构优化方案：1. 材料优化：采用轻质材料替代铸铁，如铝合金或高强度钢材，以降低控制臂的重量，提高燃油经济性。
2. 结构改进：在易发生疲劳裂纹的部位增加加强筋或改变结构形式，以提高其抗疲劳性能和强度。
同时，对安装部分和支撑部分进行优化设计，以提高车辆操控性能和稳定性。
3. 细节优化：对控制臂的细节设计进行优化，如优化连接部分的形状和尺寸，使其更符合力学原理，提高其传递力和扭矩的效率。
五、结论通过对某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化，我们找到了其存在的问题并提出了相应的解决方案。
这些优化措施不仅有助于提高车辆的操控性能、稳定性和安全性，还能降低整车重量，提高燃油经济性。
未来，我们将继续深入研究汽车底盘系统，为消费者提供更加优质、高效的汽车产品。
《某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化》范文
《某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化》篇一一、引言随着汽车行业的飞速发展，车辆性能和舒适性日益成为消费者关注的焦点。
前悬架控制臂作为汽车底盘系统的重要部分，对于车辆行驶的稳定性、舒适性及安全性有着重要的影响。
本文以某型汽车为例，深入探讨其前悬架控制臂的结构设计与优化方法。
二、某型汽车前悬架控制臂的结构分析某型汽车的前悬架控制臂是典型的钣金冲压件，其结构主要包括臂体、轴承座及连接耳等部分。
1. 臂体部分：主要负责支撑与传递载荷，其结构形式与材质直接影响到悬架系统的刚度与强度。
臂体一般采用高强度钢材制造，以承受车辆行驶过程中的各种载荷。
2. 轴承座部分：与转向节等部件相连，承担着将转向力传递至车轮的任务。
轴承座的结构设计需满足强度、刚度及耐磨性要求。
3. 连接耳部分：连接臂体与车辆其他部件，如减震器等。
连接耳的设计需保证连接的可靠性与稳定性。
三、前悬架控制臂的优化方法针对某型汽车前悬架控制臂的结构特点，本文提出以下优化方法：1. 材料优化：采用高强度、轻质材料替代传统钢材，以降低整体重量，提高刚度与强度。
同时，采用热处理工艺提高材料的抗疲劳性能。
2. 结构优化：通过有限元分析等方法，对控制臂进行结构分析与优化设计。
针对应力集中、易磨损等部位进行结构改进，提高整体结构的可靠性与耐久性。
3. 工艺优化：采用先进的冲压、焊接等工艺技术，提高控制臂的制造精度与质量。
同时，采用自动化生产线，提高生产效率与降低成本。
4. 润滑与防护：对轴承座等易磨损部位进行润滑处理，延长使用寿命。
对整体结构进行防腐、防锈处理，提高耐候性能。
四、优化效果分析经过对某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化，可以预期达到以下效果：1. 提高车辆行驶的稳定性与舒适性：优化后的控制臂具有更高的刚度与强度，可有效抵抗各种载荷，提高车辆行驶的稳定性。
同时，优化后的结构能够更好地吸收路面冲击，提高乘坐舒适性。
2. 降低油耗与排放：优化后的控制臂重量更轻，可降低车辆的整备质量，从而降低油耗与排放。
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]。
《2024年某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化》范文
《某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化》篇一一、引言汽车作为现代交通工具的重要组成部分，其性能和舒适度直接关系到用户的驾驶体验。
前悬架控制臂作为汽车悬架系统的重要部件，其结构设计和性能优化对汽车的行驶稳定性和安全性具有重要影响。
本文将针对某型汽车的前悬架控制臂进行结构分析与优化，以提高其性能和可靠性。
二、某型汽车前悬架控制臂的结构分析某型汽车的前悬架控制臂主要由轴承、连接杆、支撑架等部分组成。
其中，轴承负责支撑和连接车轮，连接杆则将控制臂与车身连接起来，支撑架则为控制臂提供稳定的支撑。
在车辆行驶过程中，前悬架控制臂需要承受来自车轮的冲击力和侧向力，因此其结构必须具备足够的强度和刚度。
然而，该型汽车的前悬架控制臂在结构上存在一些不足之处。
例如，连接杆与轴承的连接部分较为薄弱，容易在长期使用过程中出现磨损和断裂。
此外，支撑架的稳定性也有待提高，以应对各种路况下的冲击和振动。
三、前悬架控制臂的优化方案针对某型汽车前悬架控制臂的结构特点及存在的问题，本文提出以下优化方案：1. 增强连接部分的强度：通过优化连接杆与轴承的连接结构，增加连接部分的厚度和强度，以减少磨损和断裂的可能性。
同时，采用高强度材料制作连接部分，提高其抗拉强度和耐磨性。
2. 提高支撑架的稳定性：通过改进支撑架的结构设计，增加其刚度和稳定性。
可以采用更为稳固的支架结构，或者增加支撑点的数量，以提高整个前悬架系统的稳定性。
3. 轻量化设计：在保证强度和刚度的基础上，对前悬架控制臂进行轻量化设计。
采用轻质材料制作控制臂，减少其重量，以提高车辆的燃油经济性和行驶性能。
4. 优化制造工艺：采用先进的制造工艺和技术，如数控加工、焊接等，提高前悬架控制臂的加工精度和装配质量。
同时，通过优化生产流程，降低制造成本，提高生产效率。
四、优化后的效果评估经过对某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化，可以预期达到以下效果：1. 提高前悬架系统的稳定性和可靠性：优化后的前悬架控制臂具有更高的强度和刚度，能够更好地承受来自车轮的冲击力和侧向力，提高车辆的行驶稳定性和安全性。
《某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化》范文
《某型汽车前悬架控制臂的结构分析与优化》篇一一、引言随着汽车行业的飞速发展，车辆性能和舒适性日益成为消费者关注的焦点。
前悬架控制臂作为汽车底盘系统的重要组成部分，对车辆行驶的平稳性和操控性具有至关重要的影响。
本文旨在分析某型汽车前悬架控制臂的结构特点，并提出相应的优化方案，以提高车辆的行驶性能和安全性。
二、某型汽车前悬架控制臂的结构分析某型汽车前悬架控制臂主要承担着支撑、转向和减震的作用。
其结构主要包括主臂、连接部分和衬套等部件。
主臂部分采用高强度钢材制成，具有较高的抗拉强度和抗扭强度，保证了在行驶过程中能够承受各种外力作用。
连接部分则通过螺栓等紧固件与转向节等部件相连，实现了转向和减震的功能。
衬套部分则起到减震和降噪的作用，提高了车辆的舒适性。
三、前悬架控制臂存在的问题及原因分析尽管某型汽车前悬架控制臂在结构上具有一定的优点，但在实际使用过程中仍存在一些问题。
例如，由于材料性能和加工工艺的限制，可能导致控制臂在承受外力时产生变形或断裂等问题。
此外，连接部分的紧固件可能因松动而导致安全隐患。
针对这些问题，本文将进行深入的分析，并探讨其产生的原因。
四、前悬架控制臂的优化方案针对某型汽车前悬架控制臂存在的问题，本文提出以下优化方案：1. 材料优化：选用更高强度、更轻量化的材料替代原有的高强度钢材，以提高控制臂的抗拉强度和抗扭强度。
同时，采用先进的加工工艺，提高材料的利用率和加工精度。
2. 结构优化：对控制臂的结构进行优化设计，减小应力集中和振动产生的可能性。
例如，可以改进连接部分的形状和布局，提高其承载能力和抗疲劳性能。
此外，还可以在控制臂上增加加强筋等结构，提高其整体刚度和稳定性。
3. 紧固件优化：对连接部分的紧固件进行升级，采用更先进的防松技术和紧固方法，确保在各种路况下都能保持紧固状态，从而提高车辆的安全性。
4. 减震降噪优化：改进衬套部分的材料和结构，提高其减震和降噪性能。
例如，可以采用粘弹性材料或液态衬套等新型减震元件，提高车辆的舒适性和静谧性。
控制臂舒适性液压衬套的优化设计
控制臂舒适性液压衬套的优化设计张海莉(恒大恒驰新能源汽车研究院(上海)有限公司第一车型研发院,上海201600)摘要:控制臂舒适性衬套作为底盘重要弹性零件,起着改善车辆行驶平顺性和整车噪声-振动-与声振粗糙度(N V H )的作用,是底盘调试的重要零件㊂针对双叉臂的下控制臂舒适性液压衬套失效故障中发生频率最高的衬套开裂问题,从橡胶体结构设计㊁衬套刚度曲线设定㊁橡胶材料选择3个方面进行了优化设计和试验验证㊂结果表明,该优化设计方案可有效解决液压衬套开裂问题㊂关键词:汽车悬架;液压衬套;结构设计;刚度曲线;材料选择0 前言作者简介:张海莉(1984 ),女,本科,工程师,主要研究方向为汽车底盘悬架设计㊂悬架衬套作为底盘重要弹性零件,能有效改善车辆行驶平顺性和路面噪声,尤其是控制臂舒适性衬套的作用更加显著㊂舒适性衬套的功能为兼顾低频振动控制和中高频结构噪声隔离㊂在接收低频大振幅振动时,尤其在车轮垂直跳动振动频率范围,一般在10~18H z 之间,衬套需要较大的阻尼性能来衰减振动;在高频的小振幅振动输入时,衬套需要较小的动静比和阻尼以达到良好的隔离高频噪声的效果㊂普通橡胶衬套由于其橡胶固有特性,无法很好的同时兼顾高频和低频共同的需求,因此在中高端车型上通常会采用液压衬套来实现在低频输入时通过大阻尼来衰减大振幅振动,高频输入时使用小动静比和小阻尼来实现小振幅振动的有效隔离㊂但液压衬套因其结构较复杂,容易发生衬套开裂而导致漏液失效的问题,本文结合某车型液压衬套优化过程,从橡胶体结构设计㊁刚度曲线设定和橡胶材料选择等方面进行研究,为前期设计提供借鉴,降低后期开发成本㊂1 液压衬套基本结构普通的液压衬套由内芯㊁内壳体㊁防撞块橡胶㊁主簧橡胶㊁中间骨架㊁流道板㊁外壳体和乙二醇液体组成,如图1所示㊂其中防撞块橡胶通过硫化连接内芯和内壳体,防撞块橡胶一般选用硬度高㊁耐磨性好的N R 材料㊂主簧橡胶将内壳体㊁中间骨架硫化在一起,主簧一般选用较软且阻尼较大的材料,主簧橡胶分别在加速侧和制动侧设置泄压装置来缓冲在复杂工况时路面传递的冲击,主簧上的皮碗结构是液压衬套最为薄弱的结构之一,大部分耐久漏液都是因为皮碗开裂导致㊂中间骨架和流道板共同起到支撑主簧橡胶的作用,中间骨架与外壳体又共同起到密封作用㊂乙二醇在主簧㊁流道板㊁外壳体三者之间储存,可通过改变流道板上的流道宽度和长度来改变峰值阻尼值和峰值频率㊂图1 普通液压衬套结构2 液压衬套开裂失效模式及主要优化措施与普通橡胶衬套类似,液压衬套常出现的耐久失效模式主要原因是主簧橡胶疲劳开裂㊁防撞块橡胶异常磨损㊁流道板异常磨损等导致性能衰减严重或异响㊂因为液压衬套内部封装了乙二醇液体,在橡胶与金属壳体的结构设计时需兼顾车辆运动过程中衬套内部液体流动和橡胶元件变形,所以液压衬套橡胶体设计比普通衬套复杂㊂橡胶的疲劳失效是由于橡胶材料在受到重复的拉压载荷时,橡胶体局部变形或承受的应力超过了橡胶材料本身的延伸率或极限应力时对橡胶体产生的破坏㊂橡胶体在受到周期性拉压载荷作用时,载荷不断地集中在橡胶分子链上的化学键能比较薄弱的部位而产生微裂纹,继而发展成肉眼可见的初始裂纹[1]㊂若初始裂纹出现在主簧的皮碗或其他位置裂纹延伸至主簧的皮碗,必然会导致乙二醇泄露,从而刚度和阻尼大幅降低,衬套性能衰减严重㊂本文主要针对液压衬套疲劳开裂展开分析,以某双叉臂悬架的前下控制臂的舒适性液压衬套为研究对象,在可靠性道路验证中,在行驶至67%里程时车辆的左侧衬套出现漏液问题,在主簧橡胶的制动侧和加速侧皮碗处呈对角位置开裂,如图2所示㊂图2 衬套皮碗处开裂完成100%路试后,拆卸衬套并对衬套进行刚度㊁阻尼复测㊂如图3所示,右件的衬套刚度和阻尼维持较好,满足在输入频率15H z ,振幅ʃ0.5m m 振动时,损失角大于50ʎ的设计要求㊂但左件的刚度和阻尼大幅降低,均不满足衬套性能目标,初步推断其内部乙二醇泄露严重㊂对左㊁右衬套进行解析,如图4所示,检查到右件虽未漏液,但初始裂纹从主簧边缘的中部位置开始沿衬套轴向方向向两端扩展;左件的裂纹从主簧边缘中部起始,然后沿衬套轴向方向扩展至主簧的皮碗处,进而导致衬套漏液,左件质量比右件小38g ㊂因此判定初始裂纹从主簧边缘中部起始㊂在左件衬套的主簧中间位置横向剖开,如图5所示,裂纹最深为7~11m m ㊂从A d a m s 模型中的提取常用工况载荷分析,此衬套最严苛的受力工况为径向受力工况,同时通过对故障件检查,发现左㊁右件开裂位置为衬套主簧橡胶体的对角位置㊂故推断衬套主要图3问题件刚度和阻尼角复测图4左右件裂纹对比图5 主簧中间位置解析图开裂工况为径向加载与绕轴向扭转工况,在此工况下,主簧橡胶体达到最大拉伸行程㊂针对橡胶体疲劳开裂,主要从降低橡胶体应变水平和提升橡胶体承受应变能力2个方向优化㊂见表1㊂主簧橡胶的结构设计应充分考虑车辆制动和加速工况下橡胶拉伸变形造成的应力和应变集中,问题件的主簧橡胶体边缘结构过于饱满,缺少设计缺口进行过渡,如图6所示㊂图中原方案为原始结构,主簧橡胶体从中心到边缘厚度均匀,拉伸变形时应力集中在边缘位置,这是导致开裂的主要原因㊂借助A B A Q U S 软件,完成了4次在橡胶体中间增加缺口的结构优化,分别为方案1~4,使应力集中区域从边缘向缺口区域移动,从而降低橡胶体边缘位置应变㊂在径向增加4m m 位移,轴向扭转加载15ʎ工况时,应变从原方案的202%降至方案1的130%,如图7所示㊂表1 开裂优化方向优化方向具体思路降低橡胶体应变水平橡胶体局部结构优化,减少应变集中减少主簧橡胶体拉伸行程提升橡胶承受应变能力橡胶材料优化,选择撕裂强度更高的材料图6 主簧橡胶体结构优化方案主簧的刚度曲线拐点设定直接决定主簧的拉伸行程,并且影响过坎冲击舒适性等动力学性能㊂如图8所示,该开裂衬套在液室方向的刚度定义为450N /m m ,而刚度曲线直线端拐点定义在3.5m m ,即在液室方向只需要1575N 的力,衬套在液室方向变形就要到拐点位置,而该衬套常用工况受力远大于1575N ,即衬套在液室方向上常用工况为刚度曲线拐点以上区域㊂衬套刚度曲线直线段越长,橡胶在极限工况会被拉伸得越长,橡胶应变越大㊂刚度曲线直线拐点位置缩短可减少主簧拉伸行程㊂在图6各方案基础上,分别将静刚度直线段行程由3.5m m 缩短至2.5m m ,由此生成方案5~9,如图9所示㊂通过计算机辅助工程图7 主簧橡胶体形状优化后应变分析图8 问题件刚度曲线设定(C A E )分析,橡胶应变进一步减少,最大应变最小减至120%以下㊂图9 衬套应变水平分析刚度曲线直线段缩短会影响汽车动力学和流道板耐久性㊂衬套线性段的设计需要平衡操控性和平顺性,在侧向力工况,舒适性衬套受力较小,线性段的改变对衬套的受力和变形影响非常小㊂在纵向力工况(制动工况),如表2所示,V D板块分析舒适性衬套的线性段对制动力转向㊁制动力外倾㊁制动力主销后倾㊁轮心纵向柔度影响明显㊂衬套线性段缩短,导致轮心纵向柔度降低至2.5m m,会对舒适性有一定影响㊂但轮心纵向力柔度的线性段可接受经验范围值为在2.5~ 3.5m m,因此需进一步主观评价实车样件㊂表2A d a m s模型仿真结论线性段影响维度具体影响操控性制动力转向外轮的制动力转向(正方向)值变化小,不足转向趋势增加制动力外倾外轮的制动力外倾(正方向)值变化小,不足转向趋势增加制动力主销后倾外轮的制动力主销后倾值变化小,有利于行驶稳定性平顺性轮心纵向柔度轮心纵向力柔度线性段减小,不利于舒适性通过将流道板内部加厚1m m来缩短刚度曲线直线段,防撞块会更容易与外侧的流道板接触,而防撞块两侧硬接触橡胶层只有0.5m m厚度,该橡胶层容易被磨损掉,这时防撞块会与外侧流道板处于钢与塑料的接触,更容易导致流道板异常磨损,甚至会产生噪声,因此后续实车验证时需对流道板磨损进行评估㊂经分析,最终结构和曲线优化方案选择图9中的方案6㊂橡胶材料的撕裂强度是决定橡胶承受应变能力的关键指标,可以有效减少橡胶开裂㊂前期设计是根据以往经验,结合国内橡胶材料性能及工艺水平,主簧橡胶选择撕裂强度为28N/m m的材料,衬套在可靠性路试中出现较严重开裂并造成漏液㊂优化橡胶材料将撕裂强度提升至34N/m m,通过路试耐久试验后,刚度和阻尼维持良好,仅主簧内部出现较轻微裂纹,并未漏液㊂因此,可通过提升橡胶撕裂强度等优化橡胶材料耐久性能的方法,改善衬套的耐久开裂问题㊂3液压衬套开裂问题优化验证液压衬套结构设计改变㊁刚度曲线调整㊁橡胶材料更换不仅影响液压衬套结构可靠性和耐久性,同时会影响车辆的驾乘舒适性㊂因此需要通过循环台架耐久试验㊁实车路试耐久试验和实车舒适性主观评价综合判断㊂如表3所示,通过路谱载荷转化,衬套小循环台架耐久试验要求为7种工况,1个小循环为10%寿命要求,衬套在通过10个小循环即满足100%寿命要求㊂经问题件㊁优化件的循环台架耐久试验对比,问题件在60%~70%循环之间(即6~7个小循环)出现漏液,优化件在130%~140%(即13~14个小循环)出现漏液,同时两者失效模式与路试问题吻合,可以判定路谱载荷与路试情况吻合度较好,而且衬套优化方向是有效的㊂对台架验证件进行解析检查,流道板无异常磨损现象㊂表3路谱小循环要求序号工况中的路段小循环/次130ʎ角障路段362沟渠路段(d i t c h e s)603颠簸路段(j o u n c e)244比利时路段(P a v e A)3505深坑路段(p o t h o l e)406共振路段(r e s o n a n c e)3207扭曲路段(t w i s t)21通过实车路试耐久试验,优化件完成全里程道路验证,路试过程中无异响㊁漏液等问题㊂对路试后优化件进行刚度及阻尼复测,刚度损失为18%,并满足在15H z时损失角的设计要求㊂通过实车动态主观评价,对问题件㊁优化件进行评估,如表4所示㊂优化件虽然在 减速带冲击 项的评分略低,但如表5所示,评价分数也维持在较好范围内,因此优化件可通过车辆动力学主观评价㊂表4问题件和优化件主观评分表评价项问题件评分优化件评分平顺性粗糙路不平面振动7.257.25比利时路面振动7.257.25阶梯路面振动7.257.25单边凸起/凹坑路面振动7.507.25减速带冲击7.257.00操控性转向回敲7.007.00弯道瞬态响应7.257.25制动稳定性7.257.25双移线7.257.254结语本文基于控制臂舒适性液压衬套在路试验证时出现的开裂问题展开分析,对主簧橡胶体的结构设计㊁刚度曲线设定㊁橡胶材料选择等维度展开分析,借助C A E分析软件进行论证,最终通过优化主簧橡胶体结表5 评分体系评分性能客户满意度客户察觉1分没有功能2分几乎没有功能3分很差4分差非常不满意所有客户5分不可接受不满意6分刚刚可接受比较满意一般客户7分中等㊁尚可满意挑剔客户8分好非常满意9分非常好10分完美完全满意,无可挑剔训练过的客户无法察觉构㊁刚度曲线直线段拐点优化㊁材料优化选择实现优化衬套的设计,并通过台架循环耐久㊁路试耐久㊁实车主观动态评价对优化方案进行了验证,有效解地解决了控制臂舒适性液压衬套开裂问题㊂本文提出的优化设计方案为液压衬套前期优化设计提供了参考,可为整车开发节约后期模具修改及验证成本㊂参 考 文 献[1]吴云飞.汽车前摆臂衬套疲劳耐久优化研究[J ].汽车工程师,2021(9):14-17.。
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制 动 767_
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反向制动7_ 876# #6#
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""&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 "%
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 "%
"""""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
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
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
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
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###$8#!
架 上 的 控 制 臂 不 仅承受着整车载荷 和 轮 胎 传 递 的 路 面 冲 击 载 荷更 要保持车辆操控的 准 确这 就 要 求 控 制 臂 具 有 足 够 的刚度强度和 疲 劳 寿 命 它 不 仅 影 响 整 车 的 使 用 寿 命 和 驾 乘 人 员 的 生 命 安 全 而 且 作 为 簧 下 质 量 对 车 辆 舒 适 性 会 产 生 很 大 影 响 在 严 苛 的 路 面 条 件 下 甚至会发生断 裂 风 险 因 此其 结 构 强 度 一 直 是 设 计研究的 重 点 该 文 通 过 对 车 辆 控 制 臂 结 构 进 行 ?&= 优化设计实现兼顾整车舒适性需求的轻量化 情况下的强度和疲劳最优化
数字为硬点序号%
图 2" 控 制 臂 的 各 个 硬 点
通过 &I&%* 仿 真$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 "%
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
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$