CN108228937A - 一种基于cae的转向系统机构仿真方法 - Google Patents

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曲晓庆
乔鑫
梁宇
唐浩
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Abstract

本发明涉及一种基于CAE的转向系统机构仿真方法，其特征在于：通过有限元网格结合DYNA相关关键字搭建出转向管柱机构的力的传递的动态过程，首先得到转向机构的有限元网格，利用DYNA运动副相关的关键字搭建起转向机构相对运动关系的仿真模型，在模型相关运动副位置输入设计参数，齿轮齿条的传动比，压溃力曲线，建立准确的仿真模型，验证模型的正确性，给管柱施加角速度，查看转向横拉杆的位移输出，验证仿真方法的正确性，本发明的优点是减少了汽车转向机构对驾驶员伤害，以及满足了汽车正面碰撞的乘员保护对管柱安全性能的强制要求。

Description

一种基于CAE的转向系统机构仿真方法
技术领域
本发明涉及汽车碰撞安全方向的技术领域，尤其涉及一种基于CAE的转向系统机构仿真方法，在车辆碰撞安全领域转向管柱是造成驾驶员头部、颈部、胸部伤害的主要原因。故在车辆安全碰撞领域管柱仿真模型的准确度是至关重要的。
背景技术
目前，汽车的安全性越来越受到人们的重视，而汽车安全性能的控制在整车开发过程中日益重要，提高汽车的安全性能可以提升产品的市场竞争力。
转向管柱是车辆安全性能中的关键部件之一，不仅有法规GB115572011防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定以及汽车正面碰撞的乘员保护对管柱安全性能的强制要求，还包括车辆安全性能星级评定C-NCAP中正面碰撞以及偏置碰撞中相关管柱对头部、胸部的罚分规定，直接影响C-NCAP中的正面碰撞以及偏置碰撞的得分。
准确模拟出转向管柱机构的相对运动状态是检查在仿真中管柱是否满足相关安全性能的关键。准确的管柱仿真模型在各工况中尤其是正面、偏置碰撞中能真实的反映出碰撞过程中转向系统中力的传递过程。现有有限元的仿真模型中未能考虑在碰撞过程中轮胎发生的偏转对转向系统的影响，尤其在25%小偏置碰撞中轮胎偏转与否以及偏转的多少对管柱的姿态以及驾驶员的得分有很大影响。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于CAE的转向系统机构仿真方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：该一种基于CAE的转向系统机构仿真方法，通过有限元网格结合DYNA相关关键字搭建出转向管柱机构的力的传递的动态过程，首先得到转向机构的有限元网格，利用DYNA运动副相关的关键字搭建起转向机构相对运动关系的仿真模型，在模型相关运动副位置输入设计参数，齿轮齿条的传动比，压溃力曲线，建立准确的仿真模型，验证模型的正确性，给管柱施加角速度，查看转向横拉杆的位移输出，验证仿真方法的正确性。
本发明的有益效果：减少了汽车转向机构对驾驶员伤害，以及满足了汽车正面碰撞的乘员保护对管柱安全性能的强制要求。
附图说明
图1是搭建完毕的转向系统机构仿真图片；
附图标记说明：
1、第一内筒 2、第一外筒 3、第二外筒 4、第二内筒 5、第一十字轴万向节 6、第一部件7、第二部件 8、第二十字轴万向节 9、第三部件 10、第四部件 11、转向横拉杆 12、固定件。
具体实施方式
以下结合图1，通过具体实施例详细说明本发明的内容。该一种基于CAE的转向系统机构仿真方法，其技术要点是：通过有限元网格结合DYNA相关关键字搭建出转向管柱机构的力的传递的动态过程，首先得到转向机构的有限元网格，利用DYNA运动副相关的关键字搭建起转向机构相对运动关系的仿真模型，在模型相关运动副位置输入设计参数，齿轮齿条的传动比，压溃力曲线，建立准确的仿真模型，验证模型的正确性，给管柱施加角速度，查看转向横拉杆的位移输出，验证仿真方法的正确性。
工作原理如下：该方法运用DYNA软件中的*CONSTRAINED_JOINT、ELEMENT、MOTION等关键字来实现转向系统的相互连接、运动关系。其步骤为：
1）获取转向系统部件有限元网格；
2）对步骤1）中得到的数据网格划分，并对各部件赋予部件的属性值、材料；
3）转向系统的工作过程就是将转向管柱内筒1从方向盘获得的转动转化为转向横拉杆11的左右伸缩摆动，从而带动前轮摆动，来实现车辆的转向；
4）管柱第一内筒与第二内筒之间用关键字*CONSTRAINED_JOINT_TRANSLATIONAL定义链接，用以实现件第一内筒与第二内筒之间既能可以上下滑动，但又可以限制转动的运动性能；
5）管柱第一外筒与第二外筒之间用关键字*CONSTRAINED_JOINT_CYLINDRICAL定义链接，用以实现件第一内筒与第二内筒之间沿轴向的上下滑动；
6）在第一内筒与第二内筒之间定义弹簧单元，并通过材料属性将管柱的压溃力特性曲线赋予该单元，用以实现在碰撞过程中管柱的压溃；
7）分别用关键字*CONSTRAINED_JOINT_UNIVERSAL实现第一十字轴万向节和第二十字轴万向节的链接；
8）第二部件与第二十字轴万向节之间用关键字*CONSTRAINED_JOINT_TRANSLATIONAL定义链接，用以实现第一部件与第二部件之间既能可以上下滑动，但又可以限制转动的运动性能。
9）用关键字*CONSTRAINED_JOINT__REVOLUTE实现第三部件与第四部件之间的相对转动；
10）第三部件与第四部件之间为齿轮齿条机构，用关键字*CONSTRAINED_JOINT_RANK_AND_PINION实现，其中在铰链接的属性中定义转向机构的速比；
11）转向横拉杆与固定件之间用关键字*CONSTRAINED_JOINT_CYLINDRICAL定义链接，用以描述两者之间的相对滑动，从而实现横拉杆的左右伸缩摆动，推动车轮，实现车辆的转向；
以下步骤为模型链接的验证：
12）约束转向管柱与车身以及底盘的连接位置；
13）给转向管柱内筒件1施加角速度；
14）求解计算、结果查看，通过对结果考察，此模型能够准确反映转向系统的运动情况。

Claims (2)

1.一种基于CAE的转向系统机构仿真方法，其特征在于：通过有限元网格结合DYNA相关关键字搭建出转向管柱机构的力的传递的动态过程，首先得到转向机构的有限元网格，利用DYNA运动副相关的关键字搭建起转向机构相对运动关系的仿真模型，在模型相关运动副位置输入设计参数，齿轮齿条的传动比，压溃力曲线，建立准确的仿真模型，验证模型的正确性，给管柱施加角速度，查看转向横拉杆的位移输出，验证仿真方法的正确性。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAE的转向系统机构仿真方法，其特征在于：该方法运用DYNA软件中的*CONSTRAINED_JOINT、ELEMENT、MOTION等关键字来实现转向系统的相互连接、运动关系，其步骤为：
1）获取转向系统部件有限元网格；
2）对步骤1）中得到的数据网格划分，并对各部件赋予部件的属性值、材料；
3）转向系统的工作过程就是将转向管柱内筒1从方向盘获得的转动转化为转向横拉杆11的左右伸缩摆动，从而带动前轮摆动，来实现车辆的转向；
4）管柱第一内筒与第二内筒之间用关键字*CONSTRAINED_JOINT_TRANSLATIONAL定义链接，用以实现件第一内筒与第二内筒之间既能可以上下滑动，但又可以限制转动的运动性能；
5）管柱第一外筒与第二外筒之间用关键字*CONSTRAINED_JOINT_CYLINDRICAL定义链接，用以实现件第一内筒与第二内筒之间沿轴向的上下滑动；
6）在第一内筒与第二内筒之间定义弹簧单元，并通过材料属性将管柱的压溃力特性曲线赋予该单元，用以实现在碰撞过程中管柱的压溃；
7）分别用关键字*CONSTRAINED_JOINT_UNIVERSAL实现第一十字轴万向节和第二十字轴万向节的链接；
8）第二部件与第二十字轴万向节之间用关键字*CONSTRAINED_JOINT_TRANSLATIONAL定义链接，用以实现第一部件与第二部件之间既能可以上下滑动，但又可以限制转动的运动性能；
9）用关键字*CONSTRAINED_JOINT__REVOLUTE实现第三部件与第四部件之间的相对转动；
10）第三部件与第四部件之间为齿轮齿条机构，用关键字*CONSTRAINED_JOINT_RANK_AND_PINION实现，其中在铰链接的属性中定义转向机构的速比；
11）转向横拉杆与固定件之间用关键字*CONSTRAINED_JOINT_CYLINDRICAL定义链接，用以描述两者之间的相对滑动，从而实现横拉杆的左右伸缩摆动，推动车轮，实现车辆的转向。
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