CN106934144A - 汽车悬置支架设计方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车悬置支架设计方法，所述汽车悬置支架设计方法包括：计算所述汽车悬置支架的CAD模型用于静态计算的初始加速度a(t₁,t₂)；根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求；若是，则将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中对所述整车模型进行动态仿真，及对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设动态仿真要求及预设碰撞要求，以完成所述汽车悬置支架的设计。相较现有技术，本发明所述汽车悬置支架设计方法中，根据所述初始加速度a(t₁,t₂)来计算所述静载力F，能够使得动态转化为静态的转化过程更准确，从而提高所述汽车悬置支架的设计精度。

Description

汽车悬置支架设计方法

技术领域

本发明涉及汽车生产技术领域，特别涉及一种汽车悬置支架设计方法。

背景技术

汽车是由动力驱动，具有四个或四个以上车轮的非轨道承载的车辆，主要用于载运人员或货物。

虽然随着科学技术的发展，汽车的类型随之多样化，但是目前绝大部分汽车都配备有发动机和变速箱，而发动机一般安装在相应的发动机悬置、变速箱悬置上，发动机悬置、变速箱悬置与车身之间的连接通过悬置支架来实现。

现有技术中，一般就按照行业类通用的28工况法来对悬置支架进行设计。虽然从目前的实际结果来看，很多厂家的发动机的强度是高于28工况法的，但是仍然有些厂家的悬置支架的设计强度是不足的，或者余量过大的，导致造成损失，且通过现有的设计方法而得到的悬置支架，其强度也难以满足碰撞工况要求。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种汽车悬置支架设计方法，以提高汽车悬置支架的设计精度。

一种汽车悬置支架设计方法，所述汽车悬置支架设计方法包括：

计算所述汽车悬置支架的CAD模型用于静态计算的初始加速度a(t₁,t₂)，所述初始加速度a(t₁,t₂)满足以下条件：

其中，t₁、t₂为碰撞过程中的任意时刻，且t₁＜t₂，a(t)为一碰撞工况下所述汽车悬置支架的CAD模型的加速度时间曲线；

根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求；

若是，则将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中对所述整车模型进行动态仿真，及对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设动态仿真要求及预设碰撞要求，以完成所述汽车悬置支架的设计。

相较现有技术，本发明所述汽车悬置支架设计方法中，根据所述初始加速度a(t₁,t₂)来计算所述静载力F，能够使得动态转化为静态的转化过程更准确，从而提高所述汽车悬置支架的设计精度。

上述汽车悬置支架设计方法中，所述根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求的步骤具体包括：

计算静载力F，所述静载力F满足以下条件：

F＝m·a(t₁,t₂)，

其中，m为安装在所述汽车悬置支架上的发动机和变速箱的总质量；

校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求。

上述汽车悬置支架设计方法中，所述t₁、t₂的取值满足以下条件：t₂-t₁≤40ms。

上述汽车悬置支架设计方法中，在所述计算所述汽车悬置支架的CAD模型用于静态计算的初始加速度a(t₁,t₂)的步骤之前，所述汽车悬置支架设计方法还包括：

建立所述汽车悬置支架的CAD模型，并将所述汽车悬置支架的CAD模型安装在所述整车模型中；

获取在所述碰撞工况下所述汽车悬置支架的CAD模型的加速度时间曲线a(t)。

上述汽车悬置支架设计方法中，所述碰撞工况中的碰撞速度的取值范围为：13km/h～50km/h。

上述汽车悬置支架设计方法中，所述根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求的步骤具体还包括：

若否，则分析所述汽车悬置支架的CAD模型的变形之处；

对所述汽车悬置支架的CAD模型中的变形之处进行优化设计。

上述汽车悬置支架设计方法中，所述将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中对所述整车模型进行动态仿真，及对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设动态仿真要求及预设碰撞要求的步骤具体包括：

将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中，并导入有限元软件中；

对所述整车模型进行有限元分析，并判断所述汽车悬置支架的CAD模型是否产生断裂；

若否，则对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设的碰撞要求。

上述汽车悬置支架设计方法中，所述对所述整车模型进行有限元分析，并判断所述汽车悬置支架的CAD模型是否产生断裂的步骤具体还包括：

若是，则对所述汽车悬置支架的CAD模型中的断裂处进行优化设计。

上述汽车悬置支架设计方法中，所述对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设的碰撞要求的步骤具体还包括：

若否，则找出在碰撞过程中所述汽车悬置支架的受损处，对所述汽车悬置支架的CAD模型中与所述汽车悬置支架的受损处的相对应位置进行优化设计。

上述汽车悬置支架设计方法中，所述碰撞工况至少为正碰、偏置碰、角碰或中心柱碰当中的一种。

附图说明

图1为本发明第一实施例中提供的汽车悬置支架设计方法的流程图；

图2为本发明第二实施例中提供的汽车悬置支架设计方法的流程图；

图3为图2中校核静载力F是否满足汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求的流程图；

图4为图2中汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中对整车模型进行动态仿真，及对汽车悬置支架进行实物碰撞验证的流程图；

图5为本发明第三实施例中汽车悬置支架的装配示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，为本发明第一实施例中提供的一种汽车悬置支架设计方法，所述汽车悬置支架设计方法包括：

步骤S101，计算所述汽车悬置支架的CAD模型用于静态计算的初始加速度a(t₁,t₂)，所述初始加速度a(t₁,t₂)满足以下条件：

其中，t₁、t₂为碰撞过程中的任意时刻，且t₁＜t₂，a(t)为一碰撞工况下所述汽车悬置支架的CAD模型的加速度时间曲线。

具体的，在步骤S101中，根据上述公式的特点，如果不对积分时间间隔限制，在所述汽车悬置支架经历持续时间较长、加速度峰值不高、波形趋向矩形波的冲击过程中，所述初始加速度a(t₁,t₂)的计算结果就会很大，这和实际中的结果是不相符的。因此，为避免这种计算误差，我们取积分的时间间隔的范围为：0～40ms，即所述t₁、t₂的取值满足以下条件：t₂-t₁≤40ms。

步骤S102，根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求。

具体的，步骤S102中，所述根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求的步骤具体包括：

步骤S1021，计算静载力F，所述静载力F满足以下条件：

F＝m·a(t₁,t₂)，

其中，m为安装在所述汽车悬置支架上的发动机和变速箱的总质量；

步骤S1022，校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求。

需要说明的是，由于发动机和变速箱安装在所述汽车悬置支架上，所以在静态状态下，所述汽车悬置支架所承受的重量就是发动机和变速箱的总重量m，故，计算所述静载力F时，需满足公式：F＝m·a(t₁,t₂)。

需要说明的是，在对所述静载力F进行校核时，先根据选取所述汽车悬置支架所选的材料得出所述预设静态强度，再判断所述静载力F是否满足所述预设静态强度要求。

步骤S103，若是，则将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中对所述整车模型进行动态仿真，及对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设动态仿真要求及预设碰撞要求，以完成所述汽车悬置支架的设计。

具体的，在步骤S103中，在对所述整车模型进行动态仿真时，先将整车模型导入有限元分析软件中，选取各个零件的材料参数、划分网格，再定义约束条件、各个零件之间的接触关系，然后加载动态载荷进行求解，最后查看动态仿真结果并进行分析。其中的动态仿真结果包括变形图和应力图，从变形图和应力图可以看出所述汽车悬置支架在所述整车模型中的变形情况。

需要说明的是，本实施例中，所采用的有限元分析元件为ANSYS、LS-DYNA、MARC、ABAQUS、Nastran或Hyperworks当中的一种。

需要说明的是，本实施例中，根据所述初始加速度a(t₁,t₂)来计算所述静载力F，能够使得动态转化为静态的转化过程更准确，从而提高所述汽车悬置支架的设计精度。

请参阅图2，为本发明第二实施例中提供的一种汽车悬置支架设计方法，所述汽车悬置支架设计方法包括：

步骤S201，建立所述汽车悬置支架的CAD模型，并将所述汽车悬置支架的CAD模型安装在所述整车模型中。

具体的，在步骤S201中，在三维建模软件中分别建立所述汽车悬置支架的CAD模型和所述整车模型，并进行装配。

步骤S202，获取在所述碰撞工况下所述汽车悬置支架的CAD模型的加速度时间曲线a(t)。

具体的，在步骤S202中，所述碰撞工况为模拟现实中汽车发生碰撞的情况，所以碰撞速度一般为现实过程中汽车的行驶速度，即所述碰撞工况中的碰撞速度的取值范围为：13km/h～50km/h。

需要说明的是，本实施例中，所述碰撞工况至少为正碰、偏置碰、角碰或中心柱碰当中的一种。

步骤S203，计算所述汽车悬置支架的CAD模型用于静态计算的初始加速度a(t₁,t₂)，所述初始加速度a(t₁,t₂)满足以下条件：

其中，t₁、t₂为碰撞过程中的任意时刻，且t₁＜t₂，a(t)为一碰撞工况下所述汽车悬置支架的CAD模型的加速度时间曲线。

步骤S204，根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求。

请参阅图3，具体的，在步骤S204中，所述根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求的步骤具体还包括：

步骤S2041，若否，则分析所述汽车悬置支架的CAD模型的变形之处；

步骤S2042，对所述汽车悬置支架的CAD模型中的变形之处进行优化设计。

需要说明的是，本实施例中，在对所述静载力F进行校核的过程也可在有限元软件中进行，可以从有限元软件中直观的看出所述汽车悬置支架的CAD模型中的变形之处。

步骤S205，则将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中对所述整车模型进行动态仿真，及对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设动态仿真要求及预设碰撞要求，以完成所述汽车悬置支架的设计。

请参阅图4，具体的，在步骤S205中，所述将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中对所述整车模型进行动态仿真，及对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证的步骤具体包括：

步骤S2051，将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中，并导入有限元软件中；

步骤S2052，对所述整车模型进行有限元分析，并判断所述汽车悬置支架的CAD模型是否产生断裂；

步骤S2053，若否，则对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设的碰撞要求，以完成所述汽车悬置支架的设计。

请参阅图4，具体的，在步骤S2052中，所述对所述整车模型进行有限元分析，并判断所述汽车悬置支架的CAD模型是否产生断裂的步骤具体还包括：

若是，则对所述汽车悬置支架的CAD模型中的断裂处进行优化设计。

请参阅图4，具体的，在步骤S2053中，所述对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设的碰撞要求的步骤具体还包括：

若否，则找出在碰撞过程中所述汽车悬置支架的受损处，对所述汽车悬置支架的CAD模型中与所述汽车悬置支架的受损处的相对应位置进行优化设计。

请参阅图5，为本发明第三实施例中提供的汽车悬置支架，所述汽车悬置支架为参照本发明第一、第二实施例中的设计方法得出，材料选取钢材，预设材料屈服强度为310MPa，预设材料抗拉强度为570MPa。

具体的，本实施例中，所述汽车悬置支架采用铸钢制成。可以理解的，在其它实施例中，所述汽车悬置支架除了可以采用铸钢之外，还可以采用合金材料。

第一，对所述汽车悬置支架进行静态校核，具体的，本实施例中，主要包括校核典型工况下的应力、极限工况下的应力、破坏工况下的应变以及模态等。

在典型工况下，对所述汽车悬置支架进行应力分析，分析结果如表格1。

表格1典型工况下应力

从表格1中可以得出，在典型工况下，所述汽车悬置支架各个方向的应力小于预设材料屈服强度。其中的典型工况包括正碰、偏置碰、角碰及中心柱碰。

表格2极限工况下的应力

从表格2中可以得出，在极限工况下，所述汽车悬置支架各个方向的应力小于预设材料抗拉强度。

表格3破坏工况下的应变

从表格3中可以得出，在极限工况下，所述汽车悬置支架的应变小于预设等效塑性应变。

表格4模态

从表格4中可以得出，所述汽车悬置支架的第一阶、第二阶模态大于预设频率600Hz。

第二，进行动态仿真，动态仿真结果如图5所示。

表格5动态仿真结果

从表格5中可以得出，所述汽车悬置支架的加速度、剪切应力及应变满足预设的评判标准。

第三，进行疲劳和破坏实验。

所述汽车悬置支架的实物在进行10万次循环疲劳实验之后，无破裂和裂纹；在进行破坏实验时，在各个方向的预设最大承受力下，无裂纹。

综上，相较现有技术，本发明所述汽车悬置支架设计方法中，根据所述初始加速度a(t₁,t₂)来计算所述静载力F，能够使得动态转化为静态的转化过程更准确，从而提高所述汽车悬置支架的设计精度。此外，将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中，通过对整车模型进行有限元分析，可以进一步模拟所述汽车悬置支架的动态受力情况，从而提高所述汽车悬置支架的强度，满足碰撞工况要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种汽车悬置支架设计方法，其特征在于，所述汽车悬置支架设计方法包括：

计算所述汽车悬置支架的CAD模型用于静态计算的初始加速度a(t₁,t₂)，所述初始加速度a(t₁,t₂)满足以下条件：

$a(t_1,t_2)=max(t_2-t_1){\left\{\frac{1}{t_2-t_1}{\∫}_{t_1}^{t_2}a\left(t\right)dt\right\}}^{2.5},$

其中，t₁、t₂为碰撞过程中的任意时刻，且t₁＜t₂，a(t)为一碰撞工况下所述汽车悬置支架的CAD模型的加速度时间曲线；

根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求；

若是，则将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中对所述整车模型进行动态仿真，及对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设动态仿真要求及预设碰撞要求，以完成所述汽车悬置支架的设计。

2.根据权利要求1所述的汽车悬置支架设计方法，其特征在于，所述根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求的步骤具体包括：

计算静载力F，所述静载力F满足以下条件：

F＝m·a(t₁,t₂)，

其中，m为安装在所述汽车悬置支架上的发动机和变速箱的总质量；

校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求。

3.根据权利要求1或2所述的汽车悬置支架设计方法，其特征在于，所述t₁、t₂的取值满足以下条件：t₂-t₁≤40ms。

4.根据权利要求1所述的汽车悬置支架设计方法，其特征在于，在所述计算所述汽车悬置支架的CAD模型用于静态计算的初始加速度a(t₁,t₂)的步骤之前，所述汽车悬置支架设计方法还包括：

建立所述汽车悬置支架的CAD模型，并将所述汽车悬置支架的CAD模型安装在所述整车模型中；

获取在所述碰撞工况下所述汽车悬置支架的CAD模型的加速度时间曲线a(t)。

5.根据权利要求1所述的汽车悬置支架设计方法，其特征在于，所述碰撞工况中的碰撞速度的取值范围为：13km/h～50km/h。

6.根据权利要求1或2所述的汽车悬置支架设计方法，其特征在于，所述根据所述初始加速度a(t₁,t₂)，计算静载力F，并校核所述静载力F是否满足所述汽车悬置支架的CAD模型的预设静态强度要求的步骤具体还包括：

若否，则分析所述汽车悬置支架的CAD模型的变形之处；

对所述汽车悬置支架的CAD模型中的变形之处进行优化设计。

7.根据权利要求1所述的汽车悬置支架设计方法，其特征在于，所述将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中对所述整车模型进行动态仿真，及对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设动态仿真要求及预设碰撞要求的步骤具体包括：

将所述汽车悬置支架的CAD模型装配在整车模型中，并导入有限元软件中；

对所述整车模型进行有限元分析，并判断所述汽车悬置支架的CAD模型是否产生断裂；

若否，则对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设的碰撞要求。

8.根据权利要求7所述的汽车悬置支架设计方法，其特征在于，所述对所述整车模型进行有限元分析，并判断所述汽车悬置支架的CAD模型是否产生断裂的步骤具体还包括：

若是，则对所述汽车悬置支架的CAD模型中的断裂处进行优化设计。

9.根据权利要求7所述的汽车悬置支架设计方法，其特征在于，所述对所述汽车悬置支架进行实物碰撞验证，并判断是否满足预设的碰撞要求的步骤具体还包括：

若否，则找出在碰撞过程中所述汽车悬置支架的受损处，对所述汽车悬置支架的CAD模型中与所述汽车悬置支架的受损处的相对应位置进行优化设计。

10.根据权利要求1所述的汽车悬置支架设计方法，其特征在于，所述碰撞工况至少为正碰、偏置碰、角碰或中心柱碰当中的一种。