CN107449595B - 一种车辆板簧刚柔耦合模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆板簧刚柔耦合模拟方法，包括：根据实际车辆板簧，建立刚体模型；对所述刚体模型的模型板簧进行纵向约束；在所述模型板簧两端分别施加单元力，并建立单元刚度矩阵；在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点处，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳与车身之间的柔性连接；在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点硬点之间，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳销轴与车身之间的柔性连接；根据所述模型板簧上的硬点坐标，建立刚体和柔性连接的模型，尽可能还原实际车辆板簧的物理特性，以达到对其物理特性参数进行采集研究，从而对实际车辆生产提供参考。

Description

一种车辆板簧刚柔耦合模拟方法
技术领域
本发明涉及车辆仿真模拟领域，尤其涉及一种车辆板簧刚柔耦合模拟方法。
背景技术
汽车悬架弹簧是汽车悬架中的弹性元件，使车桥和车身或车身之间作弹性联系，承受和传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击，以保证汽车的正常行驶。
钢板弹簧(简称板簧)是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件。它是由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁，用弹簧销固定在车身上的支架或吊耳座上形成铰链连接。钢板弹簧的中部一般用U型螺栓固定在车桥上。钢板弹簧在载荷作用下变形时，各片之间由于相对滑动而产生摩擦。
因此，为保证车辆的安全性能，对板簧的各项性能指标在生产时即需要符合严格要求，这就需要在设计时对实际车辆板簧的工作情况进行仿真模拟，以达到对其物理特性参数进行采集研究，从而对实际车辆生产提供参考，而目前缺乏一种合适的模拟方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种车辆板簧刚柔耦合模拟方法，以解决现有技术中的问题，对实际车辆板簧进行模拟。
本发明提供了一种车辆板簧刚柔耦合模拟方法，所述车辆板簧刚柔耦合模拟方法包括：
根据实际车辆板簧，建立刚体模型；
对所述刚体模型的模型板簧进行纵向约束；
在所述模型板簧两端分别施加单元力，并建立单元刚度矩阵；
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点处，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳与车身之间的柔性连接；
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点硬点之间，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳销轴与车身之间的柔性连接；
根据所述模型板簧上的硬点坐标，建立刚体和柔性连接的模型，并通过所述刚体和柔性连接的模型模拟实际车辆板簧的物理特性。
作为优选，所述模型板簧包括主板簧本体、副板簧本体，所述主板簧本体、所述副板簧本体上均设置有板簧固定夹；
所述在所述模型板簧两端分别施加单元力，具体为：分别在主板簧本体两端、副板簧本体两端均施加单元力。
作为优选，所述主板簧本体与车身之间、所述副板簧本体与车身之间均通过连接块连接。
作为优选，所述对所述刚体模型的模型板簧进行纵向约束，具体为：
在所述刚体模型的模型板簧的中间位置固定约束副，使所述模型板簧之间纵向固定连接，并在相邻的模型板簧之间建立接触摩擦，并模拟实际车辆板簧的摩擦系数及摩擦区域。
作为优选，所述纵向约束副施加在所述模型板簧的中间位置的200×200mm的区域内。
作为优选，所述摩擦系数为0.1-0.3范围内。
作为优选，所述在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点处，分别施加衬套力，具体为：
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的前吊耳铰链点处，施加一个衬套力，在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的后吊耳铰链点处，施加两个衬套力。
作为优选，所述模型板簧上对应后吊耳铰链点处的两个衬套力，分别施加在所述模型板簧上对应后吊耳边缘处、后吊耳与车身的连接处。
作为优选，所述在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点硬点之间，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳销轴与车身之间的柔性连接，具体为：
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的前吊耳铰链点的硬点之间，施加一个衬套力，模拟实际车辆前吊耳销轴与车身之间的柔性连接，在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的后吊耳铰链点的硬点之间，施加一个衬套力，模拟实际车辆后吊耳销轴与车身之间的柔性连接。
作为优选，所述单元力可根据所述模型板簧的刚度进行调整。
本发明提供的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，通过建立刚体模型、对刚体模型的模型板簧进行纵向约束，并对模型板簧分别施加单元力、衬套力等，以模拟与车身之间的连接，并根据模型板簧上的硬点坐标，建立刚体和柔性连接的模型，从而尽可能还原实际车辆板簧的物理特性，以达到对其物理特性参数进行采集研究，从而对实际车辆生产提供参考。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的现有的商用车后悬架总成的结构示意图；
图2为又一实施例提供的车辆板簧刚柔耦合模拟方法的流程示意图；
图3为又一实施例提供的模型板簧的结构示意图；
图4为又一实施例提供的衬套力模拟建模的曲线的示意图。
附图标记说明：
1-前吊耳，2-板簧固定夹，3-中心固定螺栓，4-U型螺栓，5-限位块，
6-后吊耳，7-后吊耳连接环，8-后减震器，9-对称侧板簧，10-主板簧本体，
11-副板簧本体。
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。
本发明实施例中，现有的商用车后悬架总成如图1所示，由前吊耳1、板簧固定夹2、中心固定螺栓3、U型螺栓4、限位块5、后吊耳6、后吊耳连接环7、后减震器8、对称侧板簧9组成。通过轴套连接板簧前吊耳1与车身，通过板簧固定夹2固定副板簧，防止板簧横向窜动。中心固定螺栓3在板簧的中心位置，连接主板簧、副板簧，起到防止主板簧、副板簧相对运动。通过U型螺栓4把主板簧、副板簧与车桥固定连接，起到固定悬架与车身的作用。限位块5起到限制板簧在极限工况下垂向运动，防止板簧因为负载过大而引起大变形运动导致的结构损伤。通过后吊耳连接环7把板簧后吊耳6与车身连接。后减震器8对弹簧质量系统提供阻尼起到振动缓冲的作用。
如图2所示，本发明又一实施例中，提供了一种车辆板簧刚柔耦合模拟方法，所述车辆板簧刚柔耦合模拟方法包括：
根据实际车辆板簧，建立刚体模型；
对所述刚体模型的模型板簧进行纵向约束；
在所述模型板簧两端分别施加单元力，并建立单元刚度矩阵；
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点处，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳与车身之间的柔性连接；
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点硬点之间，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳销轴与车身之间的柔性连接；
根据所述模型板簧上的硬点坐标，建立刚体和柔性连接的模型，并通过所述刚体和柔性连接的模型模拟实际车辆板簧的物理特性。
其中，对刚体模型的模型板簧进行纵向约束的方法有多种，可通过螺栓依次穿过各片模型板簧，使其在垂直于模型板簧的上表面的方向上对各片模型板簧进行固定，即在该方向是相互固定的，而在横向，即与该螺栓垂直的方向上是可相互摩擦运动的。
本发明提供的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，通过建立刚体模型、对刚体模型的模型板簧进行纵向约束，并对模型板簧分别施加单元力、衬套力等，以模拟与车身之间的连接，并根据模型板簧上的硬点坐标，建立刚体和柔性连接的模型，本发明不仅对模型板簧进行纵向约束，还对对应吊耳的相应位置也进行施力约束，从而尽可能还原实际车辆板簧的物理特性，以达到对其物理特性参数进行采集研究，从而对实际车辆生产提供参考
如图3所示，本发明实施例中，作为优选，所述刚体模型包括模型板簧，所述模型板簧包括主板簧本体10、副板簧本体11，所述主板簧本体10、所述副板簧本体11上均设置有板簧固定夹2。即相对实际车辆板簧，本发明实施例中的模型板簧需要删除结构有板簧前吊耳轴套、后减震器、U型螺栓、板簧后吊耳连接环，模型板簧简化后只保留主板簧本体10、副板簧本体11以及板簧固定夹2，去掉吊耳轴套，连接环等结构。
在所述模型板簧两端分别施加单元力，具体为：分别在主板簧本体10两端、副板簧本体11两端均施加单元力、以及衬套力。
作为优选，所述主板簧本体10与车身之间、所述副板簧本体11与车身之间均通过连接块连接。
其中，非线性刚度拟合时需要各个连接块的约束方式，其中主板簧本体10、副板簧本体11与车身之间的连接块，在刚度拟合过程中进行约束相应的自由度即可，无需详细建模，两个连接块同理模拟。整个刚柔耦合过程中需要模拟实际车辆板簧与车桥的连接，以及实际车辆板簧的前后吊耳与车身的连接关系，模型板簧中心的U型螺栓与车桥的连接应用固定副模拟连接，前后吊耳根据实际运动关系进行模拟也可用衬套力模拟连接。
作为优选，所述对所述刚体模型的模型板簧进行纵向约束，具体为：
在所述刚体模型的模型板簧的中间位置固定约束副，使所述模型板簧之间纵向固定连接，并在相邻的模型板簧之间建立接触摩擦，并模拟实际车辆板簧的摩擦系数及摩擦区域。作为优选，所述纵向约束副施加在所述模型板簧的中间位置的200×200mm的区域内。作为优选，所述摩擦系数为0.1-0.3范围内。
作为优选，所述在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点处，分别施加衬套力，具体为：
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的前吊耳铰链点处，施加一个衬套力，在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的后吊耳铰链点处，施加两个衬套力。
作为优选，所述模型板簧上对应后吊耳铰链点处的两个衬套力，分别施加在所述模型板簧上对应后吊耳边缘处、后吊耳与车身的连接处。
作为优选，所述在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点硬点之间，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳销轴与车身之间的柔性连接，具体为：
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的前吊耳铰链点的硬点之间，施加一个衬套力，模拟实际车辆前吊耳销轴与车身之间的柔性连接，在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的后吊耳铰链点的硬点之间，施加一个衬套力，模拟实际车辆后吊耳销轴与车身之间的柔性连接。
作为优选，所述单元力可根据所述模型板簧的刚度进行调整。
本发明实施例中，通过衬套力单元法，在刚体模型中施加单元力、单元刚度矩阵、衬套力、接触摩擦等来模拟变刚度板簧的物理特性，整个板簧之间连接建立摩擦系数及摩擦区域，衬套力模拟建模的曲线如图4所示，根据每个板簧的硬点坐标建立刚体和柔性连接的模型，进行刚柔耦合的非线性模拟。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种车辆板簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，所述车辆板簧刚柔耦合模拟方法包括：
根据实际车辆板簧，建立刚体模型；
对所述刚体模型的模型板簧进行纵向约束；
在所述模型板簧两端分别施加单元力，并建立单元刚度矩阵；
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点处，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳与车身之间的柔性连接；
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点硬点之间，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳销轴与车身之间的柔性连接；
根据所述模型板簧上的硬点坐标，建立刚体和柔性连接的模型，并通过所述刚体和柔性连接的模型模拟实际车辆板簧的物理特性。
2.根据权利要求1所述的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，所述模型板簧包括主板簧本体、副板簧本体，所述主板簧本体、所述副板簧本体上均设置有板簧固定夹；
所述在所述模型板簧两端分别施加单元力，具体为：分别在主板簧本体两端、副板簧本体两端均施加单元力。
3.根据权利要求2所述的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，所述主板簧本体与车身之间、所述副板簧本体与车身之间均通过连接块连接。
4.根据权利要求1所述的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，所述对所述刚体模型的模型板簧进行纵向约束，具体为：
在所述刚体模型的模型板簧的中间位置固定约束副，使所述模型板簧之间纵向固定连接，并在相邻的模型板簧之间建立接触摩擦，并模拟实际车辆板簧的摩擦系数及摩擦区域。
5.根据权利要求4所述的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，所述纵向约束副施加在所述模型板簧的中间位置的200×200mm的区域内。
6.根据权利要求4所述的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，所述摩擦系数为0.1-0.3范围内。
7.根据权利要求1所述的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，所述在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点处，分别施加衬套力，具体为：
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的前吊耳铰链点处，施加一个衬套力，在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的后吊耳铰链点处，施加两个衬套力。
8.根据权利要求7所述的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，所述模型板簧上对应后吊耳铰链点处的两个衬套力，分别施加在所述模型板簧上对应后吊耳边缘处、后吊耳与车身的连接处。
9.根据权利要求1所述的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，所述在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的吊耳铰链点硬点之间，分别施加衬套力，模拟实际车辆吊耳销轴与车身之间的柔性连接，具体为：
在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的前吊耳铰链点的硬点之间，施加一个衬套力，模拟实际车辆前吊耳销轴与车身之间的柔性连接，在所述模型板簧上对应实际车辆板簧的后吊耳铰链点的硬点之间，施加一个衬套力，模拟实际车辆后吊耳销轴与车身之间的柔性连接。
10.根据权利要求1-9任一项所述的车辆板簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，所述单元力可根据所述模型板簧的刚度进行调整。
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