CN113536465B - 基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位方法、装置及存储介质 - Google Patents

基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于麦费逊悬架的弹簧穿刺点定位方法、装置及存储介质，该弹簧穿刺点定位方法包括：建立用于计算输出减震器侧向力的第一模型，其中，第一模型包括减震器，减震器包括弹簧；基于第一模型建立麦弗逊悬架仿真模型；基于弹簧第一安装点处于不同坐标的情况下，利用麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；根据输出的减震器油封处和活塞处的侧向力曲线确定弹簧的目标第一安装点；根据弹簧的目标第一安装点确定弹簧的目标第二安装点。本申请能够使悬架在工作过程中减震器油封处和活塞处侧向力最小，同时避免产生绕减震器轴线的旋转力矩。

Description

基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位方法、装置及存储介质
技术领域
本申请涉及车辆结构技术领域，具体涉及一种基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位方法、装置及存储介质。
背景技术
麦弗逊悬架是应用最广泛的乘用车前悬架系统，由于麦弗逊悬架结构和布置特点，在麦弗逊悬架工作过程中减震器要承受侧向力，该侧向力的存在会增大减震器磨损，引起减震器异响，并显著降低底盘次级舒适性，因而应尽量减小该侧向力。而减震器侧向力可通过与减震器轴线成一定角度的弹簧力来抵消，因此，为了使悬架弹簧产生的弹簧力能够抵消减震器侧向力，需要准确设计好悬架弹簧穿刺点，另外，若悬架弹簧穿刺点设计不正确，还会产生绕减震器轴线的力矩，导致行驶跑偏。其中，弹簧穿刺点是指弹簧上下端圈与弹簧座之间的作用力点(安装点)，弹簧上下穿刺点的连线即弹簧实际作用力线。
准确计算减震器油封处和活塞处侧向力是正确设计麦弗逊悬架弹簧穿刺点的基础，目前通常使用经验公式或悬架K&C多体模型计算，但计算精度不够，不能准确设计出弹簧穿刺点，即，无法设计有效抵消减震器侧向力的悬架弹簧，同时容易产生绕减震器轴线的旋转力矩，导致行使跑偏。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本申请的主要目的在于提供一种能够有效抵消减震器侧向力、且避免产生绕减震器轴线力矩而导致行驶跑偏的基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位方法。
为了实现上述目的，本申请具体采用以下技术方案：
本申请提供了一种基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位方法，该弹簧穿刺点定位方法包括：
建立用于计算输出减震器侧向力的第一模型，其中，所述第一模型包括减震器，所述减震器包括弹簧；
基于所述第一模型建立麦弗逊悬架仿真模型；
基于所述弹簧第一安装点处于不同坐标的情况下，利用所述麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；
根据输出的所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线确定所述弹簧的目标第一安装点；
根据所述弹簧的目标第一安装点确定所述弹簧的目标第二安装点；
其中，所述平行轮跳分析为车身固定，左右车轮同时上下运动，计算减震器活塞处和油封处的侧向力；所述侧倾运动分析为左右两侧车轮垂向力之和保持不变，车身做左右侧倾运动，计算减震器活塞处和油封处的侧向力。
在一种具体的实施方式中，所述建立用于计算减震器侧向力的第一模型包括：
建立麦弗逊悬架多体模型；
基于所述麦弗逊悬架多体模型对所述减震器的运动轨迹进行约束；
基于被约束的所述减震器建立减震器侧向力输出通道。
在一种具体的实施方式中，基于所述弹簧第一安装点处于不同坐标的情况下，分别利用所述麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线包括：
在所述弹簧第一安装点处于第一坐标下，利用所述麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；
切换所述弹簧第一安装点的坐标，再利用所述麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线。
在一种具体的实施方式中，根据输出的所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线确定所述弹簧的目标第一安装点包括：
对比所述弹簧第一安装点处于不同坐标下输出的所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；
根据对比结果确定目标侧向力曲线，其中，所述目标侧向力曲线是指减震器油封处和活塞处侧向力最小的侧向力曲线；
将与所述目标侧向力曲线对应的所述弹簧第一安装点的坐标确定为所述弹簧的目标第一安装点。
在一种具体的实施方式中，根据所述弹簧的目标第一安装点确定所述弹簧的目标第二安装点包括：
建立所述目标第一安装点与所述减震器上安装点之间的连线；
将所述连线与弹簧上安装部的交点确定为所述弹簧的目标第二安装点。
相应地，本申请还提供了一种基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位装置，该弹簧穿刺点定位装置包括：
第一建模单元，用于建立用于计算输出减震器侧向力的第一模型，其中，所述第一模型包括减震器，所述减震器包括弹簧；
第二建模单元，用于基于所述第一模型建立麦弗逊悬架仿真模型；
侧向力输出单元，用于基于所述弹簧第一安装点处于不同坐标的情况下，利用所述麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；
第一确定单元，用于根据输出的所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线确定所述弹簧的目标第一安装点；
第二确定单元，用于根据所述弹簧的目标第一安装点确定所述弹簧的目标第二安装点；
其中，所述平行轮跳分析为车身固定，左右车轮同时上下运动，计算减震器活塞处和油封处的侧向力；所述侧倾运动分析为左右两侧车轮垂向力之和保持不变，车身做左右侧倾运动，计算减震器活塞处和油封处的侧向力。
在一种具体的实施方式中，所述第一建模单元包括：
建模子单元，用于建立麦弗逊悬架多体模型；
约束单元，用于基于所述麦弗逊悬架多体模型对所述减震器的运动轨迹进行约束；
输出建立单元，用于基于被约束的所述减震器建立减震器侧向力输出通道。
在一种具体的实施方式中，所述第一确定单元包括：
对比单元，用于对比所述弹簧第一安装点处于不同坐标下输出的所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；
确定子单元，用于根据对比结果确定目标侧向力曲线，其中，所述目标侧向力曲线是指减震器油封处和活塞处侧向力最小的侧向力曲线；
第一安装点确定单元，用于将与所述目标侧向力曲线对应的所述弹簧第一安装点的坐标确定为所述弹簧的目标第一安装点。
在一种具体的实施方式中，第二确定单元包括：
连线建立单元，用于建立所述目标第一安装点与所述减震器上安装点之间的连线；
第二安装点确定单元，用于将所述连线与弹簧上安装部的交点确定为所述弹簧的目标第二安装点。
相应地，本申请还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述任一实施例所述的弹簧穿刺点定位方法。
相比于现有技术，本申请通过建立用于计算输出减震器侧向力的第一模型，再基于第一模型建立麦弗逊悬架仿真模型，然后基于弹簧第一安装点处于不同坐标的情况下，利用麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；最后再根据输出的减震器油封处和活塞处的侧向力曲线确定弹簧的目标第一安装点，及根据弹簧的目标第一安装点确定弹簧的目标第二安装点，进而使得悬架在工作过程中减震器油封处和活塞处侧向力最小，同时避免产生绕减震器轴线的旋转力矩。
附图说明
图1为本申请实施例提供的基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的第一模型中的减震器结构示意图。
图3为本申请实施例提供的在减震器油封处及活塞处设置点副线的结构图。
图4为本申请实施例提供的麦弗逊悬架仿真模型图。
图5为本申请实施例提供的麦弗逊悬架多体模型图。
图6为本申请实施例提供的弹簧安装点优化前后的减震器侧向力对比图。
图7为本申请实施例提供的处于随机路面激励下的减震器侧向力对比图
图8为本申请实施例提供的基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位装置的结构图。
附图标识：
1、筒体；2、活塞杆；3、弹簧；4、衬套；5、弹簧下安装部；6、弹簧上安装部；A、活塞位置；B、油封位置；C、第一点线副；D、第二点线副；100、减震器；200、轮胎。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；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在本申请中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
本申请实施例提供了一种基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位方法，该方法包括：建立用于计算输出减震器侧向力的第一模型及基于第一模型的麦弗逊悬架仿真模型，基于弹簧第一安装点处于不同坐标的情况下，利用麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出减震器油封处和活塞处的侧向力曲线，再根据输出的减震器油封处和活塞处的侧向力曲线确定弹簧的目标第一安装点；最后根据目标第一安装点确定弹簧的目标第二安装点，该目标第一安装点和目标第二安装点用于安装减震器中弹簧的两端部。
参照图1所示，为本申请实施例提供的基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位方法的流程图，该方法具体包括：
S11、建立用于计算输出减震器侧向力的第一模型。
具体地，步骤S11进一步包括：
S111、建立麦弗逊悬架多体模型。
麦弗逊悬架多体模型包括减震器100，减震器100包括筒体1、活塞杆2、弹簧3、衬套4、弹簧下安装部5、弹簧上安装部6和活塞(图中未示出)。活塞设置于筒体1内，活塞杆2一端穿设于筒体1内并与活塞连接，活塞杆2的另一端穿出于筒体1。弹簧3套设于活塞杆2，且弹簧3的下端部与弹簧下安装部5连接，弹簧3的上端部与弹簧上安装部6连接，A处为活塞位置，B处为油封位置，参照图2所示，为第一模型中的减震器结构示意图。
在麦弗逊悬架多体模型中，将减震器总体分为第一部和第二部，第一部与第二部连接，第一部远离第二部的一端通过衬套4或万向节副与车体连接，第二部远离第一部的一端通过衬套或固定副与转向节连接；其中，第一部包括活塞及活塞杆，第二部包括筒体。
S112、基于麦弗逊悬架多体模型对减震器的运动轨迹进行约束。
参照图3所示，为在减震器油封处及活塞处设置点副线的结构图。具体地，在减震器油封处建立第一点线副C，在减震器活塞处建立第二点线副D；其中，第一点线副C连接第一部和第二部，第二点线副D连接第一部和第二部，进而在第一点线副C和第二点线副D的共同作用下，使得第一部和第二部可以沿减震器轴线自由移动，也可以绕减震器轴线转动，即，约束了减震器第一部和第二部的运动轨迹。
S113、基于被约束的减震器建立减震器侧向力输出通道。
具体地，多体模型约束副可输出约束力(包括侧向力)，通过建立约束力输出请求，可实现实时计算减震器油封处和活塞处的侧向力。
S12、基于第一模型建立麦弗逊悬架仿真模型。
具体地，麦弗逊悬架仿真模型可以用于计算悬架工作过程中减震器侧向力，其结构参照图4所示，为麦弗逊悬架仿真模型图。
S13、在弹簧第一安装点处于第一坐标下，利用麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出减震器油封处和活塞处的侧向力曲线。
其中，平行轮跳分析为车身固定，左右车轮同时上下运动，计算减震器活塞处和油封处侧向力；侧倾运动分析为左右两侧车轮垂向力之和保持不变，车身做左右侧倾运动，计算减震器活塞和油封处侧向力。
S14、切换弹簧第一安装点的坐标，再利用麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出减震器油封处和活塞处的侧向力曲线。
具体地，在本实施例中，重复步骤S14至少两次，在其他实施例中，也可以重复步骤S14三次或三次以上。
S15、对比弹簧第一安装点处于不同坐标下输出的减震器油封处和活塞处的侧向力曲线。
S16、根据对比结果确定目标侧向力曲线。
具体地，对输出的减震器油封处和活塞处的各侧向力曲线进行对比，将减震器油封处和活塞处侧向力最小的侧向力曲线确定为目标侧向力曲线。
S17、将与目标侧向力曲线对应的弹簧第一安装点的坐标确定为弹簧的目标第一安装点。
S18、建立目标第一安装点与减震器上安装点之间的连线，并将连线与弹簧上安装部的交点确定为弹簧的目标第二安装点。
本申请采用上述方法确定弹簧的目标第一安装点和目标第二安装点，可以保证弹簧力与减震器轴线、主销轴线相交，二者相交可使弹簧力不会产生绕减震器轴线的力矩，提升车辆直线行驶的稳定性。
S19、将弹簧的两端分别连接于目标第一安装点和目标第二安装点，并进行验证。
参照图5所示，为麦弗逊悬架多体模型图，具体地，建立整车四通道多体模型，该多体模型包括悬架子系统、动力总成子系统、转向子系统、轮胎200等，其中，悬架子系统中包含减震器侧向力模型，可进行K&C(K是指Kinematic、运动学特性，C是指Compliance、动力学特性)仿真分析，转向几何仿真分析，同时可输出减震器侧向力数据。例如，在前后车轮处施加路面激励，进行随机路面输入下的平顺性仿真分析，可同时输出减震器侧向力数据。在对减震器侧向力进行验证时，利用整车四通道多体模型分析计算随机路面输入下的减震器侧向力，参照图6所示，图6为弹簧安装点优化前后的减震器侧向力对比图，图中S实线为优化前减震器侧向力，S′虚线为优化后减震器侧向力；参照图7所示，图7为处于随机路面激励下的减震器侧向力对比图，图中实线为优化前减震器侧向力，虚线为优化后减震器侧向力，由图可知，优化后减震器侧向力显著减少，只在零附近波动。
本申请可准确地计算输出减震器油封处和活塞处的侧向力，且可可快速给出满足侧向力最小和绕减震器轴线或主销力矩最小的悬架弹簧上下穿刺点，实现了悬架K&C模型与侧向力计算模型的统一，避免了大量的重复工作，提高了工作效率。
基于上述实施例的基础上，本申请实施例还公开了一种基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位装置，参照图8所示，为本申请实施提供的基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位装置的结构框图。该装置包括第一建模单元100、第二建模单元200、侧向力输出单元300、第一确定单元400和第二确定单元500。第一建模单元100用于建立用于计算输出减震器侧向力的第一模型，其中，第一模型包括减震器，减震器包括弹簧；第二建模单元200用于基于第一模型建立麦弗逊悬架仿真模型；侧向力输出单元300用于基于弹簧第一安装点处于不同坐标的情况下，利用麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；第一确定单元400用于根据输出的减震器油封处和活塞处的侧向力曲线确定弹簧的目标第一安装点；第二确定单元500用于根据弹簧的目标第一安装点确定弹簧的目标第二安装点。其中，平行轮跳分析为车身固定，左右车轮同时上下运动，计算减震器活塞处和油封处的侧向力；侧倾运动分析为左右两侧车轮垂向力之和保持不变，车身做左右侧倾运动，计算减震器活塞处和油封处的侧向力。
具体地，第一建模单元100包括建模子单元、约束单元和输出建立单元，建模子单元用于建立麦弗逊悬架多体模型，约束单元用于基于麦弗逊悬架多体模型对减震器的运动轨迹进行约束，输出建立单元用于基于被约束的减震器建立减震器侧向力输出通道。
侧向力输出单元300具体用于在弹簧第一安装点处于第一坐标下，利用麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；切换弹簧第一安装点的坐标，再利用麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出减震器油封处和活塞处的侧向力曲线。其中，至少切换两次弹簧第一安装点的坐标。
第一确定单元400包括对比单元、确定子单元和第一安装点确定单元，对比单元用于对比弹簧第一安装点处于不同坐标下输出的减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；确定子单元用于根据对比结果确定目标侧向力曲线，其中，目标侧向力曲线是指减震器油封处和活塞处侧向力最小的侧向力曲线；第一安装点确定单元用于将与所述目标侧向力曲线对应的弹簧第一安装点的坐标确定为弹簧的目标第一安装点。
第二确定单元500包括连接建立单元和第二安装点确定单元，连线建立单元用于建立目标第一安装点与减震器上安装点之间的连线；第二安装点确定单元用于将连线与弹簧上安装部的交点确定为弹簧的目标第二安装点。
相应地，本申请的实施例还公开了一种存储介质，该存储介质包括存储的计算机程序，其中，计算机程序运行时控制该存储介质所在设备执行上述任一实施例所述的弹簧穿刺点定位方法。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位方法，其特征在于，包括：
建立用于计算输出减震器侧向力的第一模型，其中，所述第一模型包括减震器，所述减震器包括弹簧；
基于所述第一模型建立麦弗逊悬架仿真模型；
基于所述弹簧第一安装点处于不同坐标的情况下，利用所述麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；
根据输出的所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线确定所述弹簧的目标第一安装点；
根据所述弹簧的目标第一安装点确定所述弹簧的目标第二安装点；
其中，所述平行轮跳分析为车身固定，左右车轮同时上下运动，计算减震器活塞处和油封处的侧向力；所述侧倾运动分析为左右两侧车轮垂向力之和保持不变，车身做左右侧倾运动，计算减震器活塞处和油封处的侧向力；
所述根据输出的所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线确定所述弹簧的目标第一安装点包括：
对比所述弹簧第一安装点处于不同坐标下输出的所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；
根据对比结果确定目标侧向力曲线，其中，所述目标侧向力曲线是指减震器油封处和活塞处侧向力最小的侧向力曲线；
将与所述目标侧向力曲线对应的所述弹簧第一安装点的坐标确定为所述弹簧的目标第一安装点；
所述根据所述弹簧的目标第一安装点确定所述弹簧的目标第二安装点包括：
建立所述目标第一安装点与所述减震器上安装点之间的连线；
将所述连线与弹簧上安装部的交点确定为所述弹簧的目标第二安装点。
2.根据权利要求1所述的弹簧穿刺点定位方法，其特征在于，所述建立用于计算减震器侧向力的第一模型包括：
建立麦弗逊悬架多体模型；
基于所述麦弗逊悬架多体模型对所述减震器的运动轨迹进行约束；
基于被约束的所述减震器建立减震器侧向力输出通道。
3.根据权利要求2所述的弹簧穿刺点定位方法，其特征在于，基于所述弹簧第一安装点处于不同坐标的情况下，分别利用所述麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线包括：
在所述弹簧第一安装点处于第一坐标下，利用所述麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；
切换所述弹簧第一安装点的坐标，再利用所述麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线。
4.一种基于麦弗逊悬架的弹簧穿刺点定位装置，其特征在于，包括：
第一建模单元，用于建立用于计算输出减震器侧向力的第一模型，其中，所述第一模型包括减震器，所述减震器包括弹簧；
第二建模单元，用于基于所述第一模型建立麦弗逊悬架仿真模型；
侧向力输出单元，用于基于所述弹簧第一安装点处于不同坐标的情况下，利用所述麦弗逊悬架仿真模型进行平行轮跳分析和侧倾运动分析，并输出所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；
第一确定单元，用于根据输出的所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线确定所述弹簧的目标第一安装点；
第二确定单元，用于根据所述弹簧的目标第一安装点确定所述弹簧的目标第二安装点；
其中，所述平行轮跳分析为车身固定，左右车轮同时上下运动，计算减震器活塞处和油封处的侧向力；所述侧倾运动分析为左右两侧车轮垂向力之和保持不变，车身做左右侧倾运动，计算减震器活塞处和油封处的侧向力；
所述第一确定单元包括：
对比单元，用于对比所述弹簧第一安装点处于不同坐标下输出的所述减震器油封处和活塞处的侧向力曲线；
确定子单元，用于根据对比结果确定目标侧向力曲线，其中，所述目标侧向力曲线是指减震器油封处和活塞处侧向力最小的侧向力曲线；
第一安装点确定单元，用于将与所述目标侧向力曲线对应的所述弹簧第一安装点的坐标确定为所述弹簧的目标第一安装点；
第二确定单元包括：
连线建立单元，用于建立所述目标第一安装点与所述减震器上安装点之间的连线；
第二安装点确定单元，用于将所述连线与弹簧上安装部的交点确定为所述弹簧的目标第二安装点。
5.根据权利要求4所述的弹簧穿刺点定位装置，其特征在于，所述第一建模单元包括：
建模子单元，用于建立麦弗逊悬架多体模型；
约束单元，用于基于所述麦弗逊悬架多体模型对所述减震器的运动轨迹进行约束；
输出建立单元，用于基于被约束的所述减震器建立减震器侧向力输出通道。
6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1～3中任一项所述的弹簧穿刺点定位方法。
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