CN108959748B - 一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法 - Google Patents

一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法，包括：1、建立与副车架几何和装配数据对应的副车架有限元模型；2、将副车架有限元模型的所有接附点的位置调整为与设计硬点一致，建立车身与副车架的柔性连接元件的有限元模型；3、将对柔性连接元件的车身侧的约束作为边界条件，在底盘件与副车架的接附点施加激励力，计算得到对应激励下的第一静态位移值；4、将副车架有限元模型刚性化后，通过步骤3的方法计算得到第二静态位移值；5、通过两次静态位移值，计算得到副车架的底盘件接附点的等效刚度。与现有技术相比，本发明能得到较为准确的接附点的等效刚度，有利于对具有隔振的副车架底盘接附点的刚度进行分析评价。

Description

一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其是涉及一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法。
背景技术
随着汽车技术的不断发展完善，乘客对车辆的乘坐舒适性、操纵驾驶感等方面的要求越来越高。振动噪声大、操纵驾驶感较差的车辆，会让乘客觉得比较廉价和不舒服，主观感受较差，从而大大降低了潜在客户选择购买车辆的可能性。
汽车的副车架支撑连接汽车的多个零部件，与前副车架连接的包括动力总成、转向机构、控制臂和稳定杆等关键部件，与后副车架连接的包括后悬架上的连杆等底盘件。副车架不仅需要满足各零部件的装配需要，而且需要足够的强度和刚度，以保证各向载荷输入下不至于发生毁坏和变形，提高底盘的整体性和扎实感，间接提升整车的操纵稳定性。在车辆的运行过程中，来自于路面的作用力会沿着轮胎-悬架-副车架-车身的路径传播，最终反馈为车内的振动噪声乘员的主观感受，因此，设计性能优异的副车架显得尤为重要。以前的副车架与车身连接，通常是通过通孔直接螺栓连接，或通过单一的金属套筒连接，由于上述连接方式是金属与金属的配合，导致振动噪声直接传递到车身，不能达到副车架减振降噪的目的。为了更好的达到副车架减振降噪的目的，目前，对于中高级的车辆，出现了一种通过柔性连接元件将副车架与车身的连接，这种带有隔振功能的副车架能很好的达到副车架减振降噪的目的。
副车架的底盘接附点刚度是副车架和底盘设计中非常重要的一环，对于传统的副车架与车身直接连接方式的接附点刚度，通常将副车架和车身作为一个整体进行分析。然而当副车架与车身通过柔性连接的形式，由于副车架的质量相较于车身要小得多，因此副车架的模态会受衬套边界条件影响，故原来的副车架底盘接附点刚度的分析方法并不能有效用于指导具有隔振的副车架底盘接附点刚度分析与评估。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法，包括以下步骤：
S1、建立与副车架几何和装配数据对应的副车架有限元模型；
S2、将副车架有限元模型的所有接附点的位置调整为与设计硬点一致，建立车身与副车架的柔性连接元件的有限元模型；
S3、将对柔性连接元件的车身侧的约束作为边界条件，在底盘件与副车架的接附点施加激励力，计算得到对应激励下的第一静态位移值；
S4、将副车架有限元模型刚性化后，通过步骤S3的方法计算得到第二静态位移值；
S5、通过第一静态位移值和第二静态位移值，计算得到副车架的底盘件接附点的等效刚度。
优选的，所述步骤S3具体包括：
S31、将副车架与车身的柔性连接元件在有限元模型中用0长度BUSH单元模拟，并赋予其实测参数或设计参数；
S32、对柔性连接元件的车身侧进行全约束，将该全约束作为分析模型的边界条件；
S33、在底盘件与副车架的接附点施加单位激励力，激励力方向跟衬套设计方向一致，计算得到对应方向的静态位移值。
优选的，所述步骤S4中将副车架有限元模型刚性化具体为：将副车架的材料弹性模量增加到1.0E+32Mpa。
优选的，所述步骤S5中副车架的底盘件接附点的等效刚度为：
其中，Ktotal为通过第一静态位移值Disptatal求得的刚度值，Ktotal＝1/Disptatal；Krigid为通过第二静态位移值Disprigid求得的刚度值，Krigid＝1/Disprigid。
优选的，所述副车架有限元模型的所有接附点包括：副车架与车身连接的衬套中心点，副车架与底盘件连接的衬套中心点。
优选的，所述副车架有限元模型满足有限元网格质量标准。
优选的，所述有限元网格质量标准包括：
宽高比<3，翘曲<10，Jacobian矩阵>0.6，45°<四边形角度<130°，20°<三角形角度<100°。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本方法能得到较为准确的接附点的等效刚度，有利于对具有隔振的副车架底盘接附点的刚度进行分析评价，能较好的指导副车架的设计以及整车性能开发，弥补了目前没有关于带有隔振的副车架底盘接附点刚度的分析方法的缺陷。
2、本方法建立的副车架有限元模型，充分考虑了副车架与车身之间的柔性连接元件衬套的影响，由于副车架质量相较于车身而言比较小，故将柔性连接元件的车身侧进行约束，作为边界条件等效，减少计算量。
3、本方法建立的副车架有限元模型，充分考虑了底盘设计硬点的位置，模型与实际相比精确度高，继而提升了对刚度评估的准确性。
4、本方法通过增加副车架材料的弹性模量实现副车架模型近似刚性化，直接去除副车架柔性模态的影响，实现方式简单，刚化结果准确。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的原理等效图；
图3为实施例中的副车架有限元模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法，用于在汽车产品开发设计阶段对汽车的副车架接附点刚度性能进行分析预测，本方法包括以下步骤：
S1、建立与副车架几何和装配数据对应的副车架有限元模型，每个件的厚度和材料参数分别与对应的实际结构的厚度和材料参数相同，并进行网格质量检查，验证模型；
S2、将副车架有限元模型的所有接附点的位置调整为与设计硬点一致建立车身与副车架的柔性连接元件的有限元模型，设计硬点是指在整车项目开发过程中，为满足整车的操纵稳定性和平顺性的要求，最先由设计人员确定的点；
S3、将对柔性连接元件的车身侧的约束作为边界条件，在底盘件与副车架的接附点施加激励力，计算得到对应激励下的第一静态位移值，具体包括：
S31、将副车架与车身的柔性连接元件在有限元模型中用0长度BUSH单元模拟，并赋予其刚度值、阻尼等实测参数或设计参数；
S32、对柔性连接元件的车身侧进行全约束，将该全约束作为分析模型的边界条件；
S33、在底盘件与副车架的接附点施加单位激励力，激励力方向跟衬套设计方向一致，计算得到对应方向的静态位移值；
S4、将副车架有限元模型刚性化后，通过步骤S3的方法计算得到第二静态位移值，即通过重复步骤S32和步骤S33得到第二静态位移值；
S5、通过第一静态位移值和第二静态位移值，计算得到副车架的底盘件接附点的等效刚度。
步骤S2中副车架有限元模型所有的接附点包括：副车架与车身连接的衬套中心点，副车架与底盘件连接的衬套中心点。
步骤S4中将副车架有限元模型刚性化是将副车架的材料弹性模量增加到1.0E+32Mpa，近似为刚性化处理，实现方式简单，刚化结果准确。
步骤S5中副车架的底盘件接附点的等效刚度的计算公式为：
其中，Ktotal为通过第一静态位移值Disptatal求得的刚度值，Ktotal＝1/Disptatal；Krigid为通过第二静态位移值Disprigid求得的刚度值，Krigid＝1/Disprigid。
图2为本发明的原理等效图，图中KBody表示车身的刚度，KMount表示副车架与车身连接衬套的刚度，KSubframe表示副车架的刚度，KEq表示副车架的底盘件接附点的等效刚度。图3所示为副车架有限元模型。本实施例中，副车架有限元模型满足有限元网格质量标准，具体包括：宽高比(Aspect ratio)<3，翘曲(Warping)<10，Jacobian矩阵>0.6，45°<四边形角度(QUAD Angle)<130°，20°<三角形角度(TRIA Angle)<100°。
将本方法得到的等效刚度值作为目标值，通过检查接附点的实际刚度值，并与目标值比较，可实现对接附点刚度的分析评价。

Claims (6)

1.一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立与副车架几何和装配数据对应的副车架有限元模型；
S2、将副车架有限元模型的所有接附点的位置调整为与设计硬点一致，建立车身与副车架的柔性连接元件的有限元模型；
S3、将对柔性连接元件的车身侧的约束作为边界条件，在底盘件与副车架的接附点施加激励力，计算得到对应激励下的第一静态位移值；
S4、将副车架有限元模型刚性化后，通过步骤S3的方法计算得到第二静态位移值；
S5、通过第一静态位移值和第二静态位移值，计算得到副车架的底盘件接附点的等效刚度；
所述步骤S5中副车架的底盘件接附点的等效刚度为：
其中，Ktotal为通过第一静态位移值Disptatal求得的刚度值，Ktotal＝1Disptatal；Krigid为通过第二静态位移值Disprigid求得的刚度值，Krigid＝1Disprigid。
2.根据权利要求1所述的一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31、将副车架与车身的柔性连接元件在有限元模型中用0长度BUSH单元模拟，并赋予其实测参数或设计参数；
S32、对柔性连接元件的车身侧进行全约束，将该全约束作为分析模型的边界条件；
S33、在底盘件与副车架的接附点施加单位激励力，激励力方向跟衬套设计方向一致，计算得到对应方向的静态位移值。
3.根据权利要求1所述的一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法，其特征在于，所述步骤S4中将副车架有限元模型刚性化具体为：将副车架的材料弹性模量增加到1.0E+32Mpa。
4.根据权利要求1所述的一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法，其特征在于，所述副车架有限元模型的所有接附点包括：副车架与车身连接的衬套中心点，副车架与底盘件连接的衬套中心点。
5.根据权利要求1所述的一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法，其特征在于，所述副车架有限元模型满足有限元网格质量标准。
6.根据权利要求5所述的一种副车架与车身柔性连接的接附点的刚度分析方法，其特征在于，所述有限元网格质量标准包括：
宽高比<3，翘曲<10，Jacobian矩阵>0.6，45°<四边形角度<130°，20°<三角形角度<100°。
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