CN103399976A - 车辆预载自动计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆预载自动计算方法，包括以下步骤：A、对待测车辆进行第一次静平衡计算，并根据所述第一次静平衡计算的计算结果设定弹簧的预载；B、对所述待测车辆进行第二次静平衡计算，并根据所述第二次静平衡计算的计算结果设定衬套的预载；C、对所述待测车辆进行第三次静平衡计算，以获得所述弹簧和衬套的形变量；D、判断所述弹簧和衬套的形变量是否满足预设要求；以及E、如果判断不满足所述预设要求，则进一步迭代执行步骤A-步骤C，直至所述弹簧和衬套的形变量满足所述预设要求。本发明的车辆预载自动计算方法能够克服手工预载的缺点，提高了预载计算的速度和准确性。

Description

车辆预载自动计算方法

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种车辆预载自动计算方法。

背景技术

在车辆的开发工作中，底盘动力学性能开发是重要一环，它直接影响车辆的操稳、平顺特性，与耐久性相比，这些特性是消费者最容易觉察到的，因此车辆的操稳和平顺性能会对车辆市场产生最直接的影响。

在底盘动力学性能开发工作中，CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）分析是非常重要的一环，它主要包括悬架K&C分析优化和车辆操稳平顺分析优化。需要分析的悬架或整车统可以称为机械系统，机械系统在进行动态分析之前都会有个初始状态，这个初始状态称为静平衡，比如车辆在开始行驶之前都处在一个平衡位置，机械系统中通常会包含许多弹性元件，比如弹簧、衬套等等，在静平衡之后，每个弹性元件都会受到一定的载荷，这个载荷称为预载。

在底盘性能分析中，车辆或悬架系统的输入信息通常为半载状态的硬点、弹性参数等，也就是说在这些输入信息下，机械系统静平衡分析之后应该不发生相对位移，或者说硬点位置保持不变，具体体现在弹性元件变形趋近于0，这样才能与实车状态相符，如此才能保证后续各类分析的准确性。此时就必须准确计算出每个弹性元件的预载，而后设定每个弹性元件的预载数值，再次进行静平衡分析才可保证机械系统的“状态不变”特性。

目前，预载的计算全部由手工完成，处理时间很长，而这些时间都浪费在手工设定预载数值上了，这是因为车辆系统通常会包含许多个衬套，少则20几个，多则60几个。按照手工方式，至少5天才能处理完系统的预载。

除了速度慢之外，手工方式还存在较大的错误风险，毕竟车辆系统会包含较多的弹簧和衬套，人眼的判断不可能保持恒久的稳定性，读错数字的情况无法避免，任何一个弹性元件的数据偏差均会造成整个系统的平衡变化，这会影响底盘性能分析精度，进而影响车的开发质量。

因此，采用手工方式，降低了CAE分析效率，最终严重影响了动力学性能开发时间和开发效果。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种车辆预载自动计算方法，能够克服手工预载的缺点，提高了预载计算的速度和准确性。

为达到上述目的，本发明实施例提出的一种车辆预载自动计算方法，包括以下步骤：A、对待测车辆进行第一次静平衡计算，并根据所述第一次静平衡计算的计算结果设定弹簧的预载；B、对所述待测车辆进行第二次静平衡计算，并根据所述第二次静平衡计算的计算结果设定衬套的预载；C、对所述待测车辆进行第三次静平衡计算，以获得所述弹簧和衬套的形变量；D、判断所述弹簧和衬套的形变量是否满足预设要求；以及E、如果判断不满足所述预设要求，则进一步迭代执行步骤A-步骤C，直至所述弹簧和衬套的形变量满足所述预设要求。

根据本发明实施例的车辆预载自动计算方法，通过自动计算，克服了手工预载的缺点，不存在任何错误的风险，提高了预载计算的速度和准确性，缩短车辆分析时间，这样就极大地缩短了动力学性能的开发时间，并且还能提高开发精度。

其中，所述弹簧的预载和所述衬套的预载具有相同的单位。

在本发明的一个实施例中，所述的方法，还包括：获取所述弹簧和衬套的模型，以及所述弹簧和/或衬套的特殊情况，并在所述迭代执行所述步骤A-步骤C时，排除所述特殊情况。

其中，所述衬套的特殊情况包括所述衬套的扭转预载为0和所述衬套的刚度为0。

具体地，在本发明的一个实施例中，所述方法运行在机械系统动力学自动分析系统ADAMS/CAR中。

并且，所述的方法还包括：根据所述ADAMS/CAR的语法规则创建个人对话框并显示。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的车辆预载自动计算方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的车辆预载自动计算方法的迭代过程示意图；

图3为根据本发明一个实施例的车辆预载自动计算方法中弹簧和衬套的预载的示意图；以及

图4为根据本发明一个实施例的车辆预载自动计算方法中预载计算的界面示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面在描述本发明实施例提出的车辆预载自动计算方法之前先来简单描述一下车辆预载的计算。

车辆系统比较复杂，它通常包含许多的弹性元件，弹性元件主要包含弹簧和衬套两类。车辆预载的计算就是得到弹簧和衬套的预载数值，校核标准就是半载状态，例如ADAMS/CAR的模型来自于半载状态。其中，需要说明的是，每次计算就是一次车辆平衡的分析，通过分析结果可以得到弹簧或衬套的受力（力矩），根据受力设定弹簧或衬套的预载数值即可完成。

由于目前的预载计算由手工完成，出现错误就在所难免，例如手工填写的错误，这就会得出错误的结果，对最终设计车的安全产生无法预知的后果。并且，按照手工方式，大大增加了预载全部计算的时间，这对整个车型的开发是相当不利的。车辆性能分析为车型开发中的一环，这个环节不可能用太多的时间，毕竟市场需求是第一位的，因此需要快速准确完成分析工作以确保整体项目的进度，提高效率。

发明人经过反复研究和实验，为克服手工预载的各种缺点，提高预载计算的速度和准确性，提出了一种新的车辆预载自动计算方法。

为了改善手工预载方法的效果，本发明的车辆预载自动计算方法为自动计算法，也就是静平衡计算、预载设置、迭代等过程全部由计算机完成，彻底放弃手工操作。与手工相比，最主要的就是预载设置和迭代的自动化，这个过程由计算机完成，不存在任何错误的风险。自动计算原理就是将预载计算过程规范化、自动化。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的车辆预载自动计算方法。

图1为根据本发明实施例的车辆预载自动计算方法的流程图。如图1所示，该车辆预载自动计算方法包括以下步骤：

A、对待测车辆进行第一次静平衡计算，并根据第一次静平衡计算的计算结果设定弹簧的预载。

也就是说，先进行一次静平衡计算，第一次计算只考虑弹簧的预载，因为预载主要由弹簧承担，衬套承担的较小，根据计算结果设定弹簧的预载，注意，预载的设定全部由计算机程序自动完成。

B、对待测车辆进行第二次静平衡计算，并根据第二次静平衡计算的计算结果设定衬套的预载。即言再进行第二次静平衡计算，只考虑衬套的预载，根据计算结果设定衬套的预载。

C、对待测车辆进行第三次静平衡计算，以获得弹簧和衬套的形变量。

D、判断弹簧和衬套的形变量是否满足预设要求。

也就是说，再进行一次静平衡计算，检查衬套和弹簧的变形是否满足需求。

E、如果判断不满足预设要求，则进一步迭代执行步骤A-步骤C，直至弹簧和衬套的形变量满足预设要求。

在本发明的实施例中，按照步骤A-步骤C的方法反复计算，然后进行判断，直至结果与实车状态的误差满足需求。这里是通过使用弹簧和衬套的变形来进行评估的，当变形不大于设定值时，则认为满足需求，迭代停止。其中，所述弹簧的预载和所述衬套的预载具有相同的单位。

这种车辆预载自动计算方法全程由计算机程序完成，它的迭代过程可如图2所示。

本发明的车辆预载自动计算方法完全参考实际的车辆状态，车辆预载的绝大部分由弹簧承担，少量被衬套承担，这个过程用数学语言描述就有一个“先后”，即先调节弹簧预载再调节衬套预载。

在本发明的一个实施例中，上述的车辆预载自动计算方法还包括：获取弹簧和衬套的模型，以及弹簧和/或衬套的特殊情况，并在迭代执行步骤A-步骤C时，排除特殊情况。其中，衬套的特殊情况包括衬套的扭转预载为0和衬套的刚度为0。

也就是说，当装配过程保证某些衬套的扭转预载为0时，可以在原有方法基础上排除这些衬套的扭转预载，然后继续迭代，同样可以完成这类特殊的预载计算，这种扭转预载为0的情况经常出现，比如CHK011等车。除此之外还有刚度为0的特殊情况，此时迭代时只需要排除刚度为0的方向即可。

并且，在迭代过程中还涉及一个比较重要的参数——容差，它是指弹性元件变形量或残余预载数值，变形量越小，模型越接近实车状态，残余预载主要是扭转预载为零的衬套，该数值越小，模型也越接近实车状态。为了防止出现死循环，还需要设定一个迭代次数，即达到任一指标即停止，停止迭代后会给出一个容差的最终结果，包括各类弹性元件的最终容差数值，此时需要人工判断容差的合理性，比如达到迭代次数后，残余预载的数值为800N.mm，弹簧和衬套的变形量已经远远小于设定的容差值，由于800N.mm=0.8N.m，这是一个很小的数值，已经可以接受了，此时就可以停止计算。

按照本发明的方法可以完成预载的自动计算，而且最终会更新模型，使得模型符合半载状态的标准，这样就可以方便进行后续各类仿真分析了。

在本发明的一个具体实施例中，上述的车辆预载自动计算方法方法运行在机械系统动力学自动分析系统ADAMS/CAR中。其中，ADAMS/CAR集成了一些工程经验和车辆动力学的经典公式，在世界范围有着广泛的应用。

弹性元件主要包括弹簧和衬套两类，它们二者的预载方式并不相同。弹簧预载可以用安装长度或力的数值来表示，为了统一计算以方便程序设计，不妨将弹簧预载统一为力的数值表示。衬套预载比较复杂，包含三个平动预载和三个转动预载，其中，平动预载为力，转动预载为力矩。预载的迭代过程就是设置这些弹性元件的预载力（力矩）的数值，当预载数值满足半载要求后即停止迭代，在ADAMS/CAR中，弹簧和衬套的预载如图3所示。也就是说，弹簧的预载和衬套的预载可以具有相同的单位例如力（力矩）。

并且，在迭代过程中包括两类特殊情况：1.装配时保证某些衬套的扭转预载为0；2.衬套在某些方向的刚度为0。其中，可以理解的是，该两类特殊情况在自动迭代过程中，无需人工参与。在ADAMS/CAR中，上述两种情况的处理方式不同，具体如下：

首先读取模型中的所有弹簧、衬套，将这些元素存到两个库中，如无特殊情况，则开始迭代过程，每次需要遍历数组中的每个元素，修改其预载数值。

如果存在扭转预载为0的衬套，需要事先（仿真前）在库中排除这些衬套的扭转预载，即迭代时不考虑这些特殊衬套的扭转预载，具体为强制设定扭转预载为0，0，0。

衬套一般由属性文件定义，若在仿真之前排除刚度为0的情况就会比较困难，需要读写一些磁盘文件，这样做不仅占用大量内存也会增加程序设计的难度，本发明是通过结合工程实际推出刚度为0的衬套，将受力情况与衬套变形进行对比，若变形不为0，而受力却是0，则可以确定该方向的刚度为0，在迭代过程中就可以排除这个方向的变形了。

至此，在ADAMS/CAR中实现了迭代特殊情况的排除，这样就保证程序与上述方法相符，确保实用性。

为了实现本发明提出的车辆预载自动计算方法，必须对已有的ADAMS/CAR进行二次开发，因为现有软件并不包含预载自动迭代的模块。与ADAMS/VIEW一样，ADAMS/CAR具有良好的扩展性，可以用它的cmd语言编写迭代程序，定制操作菜单和界面（对话框），程序编写的原理完全参照上述自动计算的原理，不再赘述。

迭代程序包含一个while循环，其中有两种跳出循环的情况，容差达标或迭代次数达标，设定弹簧或衬套的预载需要参考ADAMS中命令帮助，按照相关的语法规则编写即可，其中涉及较多命令，这里不再一一介绍。

为了方便用户的操作，还需要制作一个操作界面，也就是对话框，按照ADAMS中的语法规则创建个人对话框，在对话框上留出预载计算的各个接口，具体如图4所示。为提高实用性，可以制作两类预载计算的界面，后台程序都一样。即言，在本发明的实施例中，上述的车辆预载自动计算方法还包括：根据ADAMS/CAR的语法规则创建个人对话框并显示。

本发明提出的车辆预载自动计算方法是在车辆计算需求下得到的，该方法在车型的动力学性能开发中，节省了车型开发时间，提高了车型开发精度，方便开发人员对车型的性能进行评估和改进。

可以理解的是，任何包含弹性元件的机械系统都需要预载的计算，而本发明的车辆预载自动计算方法也可以推广到其他的机械系统中。本发明的车辆预载自动计算方法可以用ADAMS实现，也可以用其他多体软件实现，方法本身与软件无关，它是一种计算系统预载的高效方法，具有较强的可推广性。

需要说明的是，本发明的车辆预载自动计算方法可以通过ADAMS/CAR实现。除了ADAMS/CAR之外，还可以使用其他的多体软件实现，比如LMS.MOTION、SIMPACK、RecurDyn等。并且，除了车辆之外，其他机械系统也可以用本发明的车辆预载自动计算方法实现预载的自动计算。

因此说，本发明的车辆预载自动计算方法是首次提出由计算机完成机械系统预载的自动迭代。其中，弹性元件的预载数值由计算机自动设定，该过程不存在任何读取或设定错误的风险。并且迭代过程自动完成，人工干预只发生在迭代完成后。此外，该方法能够将装配特殊情况及衬套刚度为0的情况考虑进去，具有很强的实用价值，确保与实车状态的一致性。

本发明实施例的车辆预载自动计算方法具有以下优点和效果：

1.提高预载计算效率，缩短车辆分析时间，原始时间至少五天，使用该方法缩短至5分钟以内，这样就极大缩短了动力学性能的开发时间，能够使开发人员把精力放到性能提高上；

2.预载数值精确度高，有利于后续的计算工作，预载正确设置就保证了车辆（悬架）初始状态的准确性，从而提高动力学性能开发的精度，避免开发人员使用一个错误的车辆模型；

3.该方法用于CHK011、CH051等车型的动力学性能开发中时，节省了车型开发时间，提高了车型开发精度，方便开发人员对这些车型的性能进行评估和改进；

4.操作界面简单，预载自动迭代的模块集成于ADAMS/CAR中，使得各级分析工作有机结合，避免孤立存在；

5.该方法具有通用性，可以用于任何带预载的多体系统分析，其中绝大部分多体系统都存在预载，该方法可以用ADAMS软件实现，也可以用其他的多体软件实现。

简言之，根据本发明实施例的车辆预载自动计算方法，通过自动计算，克服了手工预载的缺点，不存在任何错误的风险，提高了预载计算的速度和准确性，缩短车辆分析时间，这样就极大地缩短了动力学性能的开发时间，并且还能提高开发精度。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种车辆预载自动计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、对待测车辆进行第一次静平衡计算，并根据所述第一次静平衡计算的计算结果设定弹簧的预载；

B、对所述待测车辆进行第二次静平衡计算，并根据所述第二次静平衡计算的计算结果设定衬套的预载；

C、对所述待测车辆进行第三次静平衡计算，以获得所述弹簧和衬套的形变量；

D、判断所述弹簧和衬套的形变量是否满足预设要求；以及

E、如果判断不满足所述预设要求，则进一步迭代执行步骤A-步骤C，直至所述弹簧和衬套的形变量满足所述预设要求。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弹簧的预载和所述衬套的预载具有相同的单位。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述弹簧和衬套的模型，以及所述弹簧和/或衬套的特殊情况，并在所述迭代执行所述步骤A-步骤C时，排除所述特殊情况。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述衬套的特殊情况包括所述衬套的扭转预载为0和所述衬套的刚度为0。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法运行在机械系统动力学自动分析系统ADAMS/CAR中。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述ADAMS/CAR的语法规则创建个人对话框并显示。

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