CN115169167A - 汽车板簧运动行程参数优化匹配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车板簧运动行程参数优化匹配方法及系统。该方法包括：对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz；建立整车ADAMS多体动力学模型，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，并求解板簧在板簧座处的载荷；对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析；将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数。本发明能够解决现有技术中人工反复试错导致优化迭代周期长的问题，能够加快产品开发速度。

Description

汽车板簧运动行程参数优化匹配方法及系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种汽车板簧运动行程参数优化匹配方法及系统。

背景技术

板簧具有成本低、结构简单、维修方便等优势，因此广泛应用于各类车型中作为悬架系统的主要部件。随着设计及工艺水平的提升以及汽车轻量化需求的驱动，板簧通常由变截面的若干片钢板弹簧组成，极致轻量化导致板簧疲劳寿命富裕度较小，因此板簧疲劳寿命成为考核其性能的重要指标，设计阶段需要对板簧参数进行最优化设计，从而获得板簧不会发生路试断裂的最大允许运动行程，进而使得整车可以有较好的NVH性能及避免限位块连接的车身或者车架发生断裂(行程较大，板簧传递到限位块的载荷降低，从而车身系统收到的冲击激励较低，NVH舒适性性能提升，限位块连接系统的耐久寿命提升)。

工程实践中，对板簧疲劳寿命的评估方法主要分有3种：

第一种是台架试验，其是采用正弦载荷加载，以板簧在正弦激励下的可循环次数作为寿命指标。该方法简单易行，但由于台架疲劳试验中忽略了板簧在道路试验中汽车起步或者制动时引起的绕车桥的弯矩、纵向力，而纵向力和弯矩对汽车板簧的疲劳耐久有显著的影响，导致台架试验结果和整车道路试验结果关联性较差；

第二种是强化道路耐久试验，该方法完全依赖道路试验，将板簧总成实际装车后，在强化路面上行驶直至断裂，依据行驶里程判断寿命是否合格，其特点是结论相对准确，但是验证周期长，试验代价昂贵，同时必须对多个板簧总成进行试验才能反映寿命分布，一次设计参数的更改须在试验场行驶数十万公里，耗时数十天甚至数月，代价非常高。

第三种是基于道路谱载荷对板簧进行CAE仿真分析，预测板簧疲劳寿命，是一种高效可行的方法，但板簧的疲劳寿命仿真与板簧的CAE仿真建模方法及板簧的制造工艺有显著的关系；此外，由于板簧疲劳寿命和板簧在悬架系统中的最大允许行程有着巨大的关系，如果初始设计板簧最大行程不合理，板簧寿命不达标，需要重新调整板簧行程参数，进而需要重新计算板簧疲劳寿命，人工反复试错调整，周期较长，且无法获得最优化的行程参数。因此，如何对板簧运动行程参数进行优化匹配，避免人工反复试错导致优化迭代周期长，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

为此，本发明的一个实施例提出一种汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，以解决人工反复试错导致优化迭代周期长的问题，从而加快产品开发速度。

根据本发明一实施例的汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，包括：

对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz；

建立整车ADAMS多体动力学模型，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，并求解板簧在板簧座处的载荷；

对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析；

将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数。

根据本发明实施例提供汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，首先对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz，然后建立整车ADAMS多体动力学模型，施加相应载荷，最后对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析，将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数，能够获得板簧满足疲劳寿命的板簧行程参数，实现了板簧运动行程参数优化匹配，避免了人工反复试错导致优化迭代周期长的问题，能够加快产品开发速度，且相比传统的物理试验，成本显著降低，周期显著缩短。

此外，根据本发明实施例提供的汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，还具有以下技术特征：

进一步地，对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz的步骤具体包括：

通过六分力传感器测量车辆在实际道路耐久测试路面行驶时路面作用于轮胎的两个载荷Fx、Fy和三个扭矩Mx、My、Mz，通过位移传感器测量轮心的垂向位移载荷Dz，Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz用于作为车辆的路面激励。

进一步地，建立整车ADAMS多体动力学模型，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，并求解板簧在板簧座处的载荷的步骤具体包括：

根据载荷谱采集车辆各部件间的实际连接关系，运用模态综合法，并利用有限元软件计算得到包含模态信息的车架中性文件，利用车架中性文件完成对车架的柔性化处理，从而建立整车ADAMS多体动力学模型，模型至少包括前悬架、后悬架、转向、车架、车身系统；

对前后悬架进行K&C特性对比分析，并将仿真结果与试验结果进行对标，主要对标类型包括前悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，后悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，最后，在对标良好的基础上，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，求解整个系统的响应，并输出板簧在板簧座处的载荷。

进一步地，对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析的步骤具体包括：

将完成参数确认的自由夹紧状态的板簧CAD模型导入有限元前处理软件Hypermesh中，将Hypermesh软件切换到ABAQUS模块，然后对板簧CAD模型基于一阶壳单元进行3-5mm的网格划分，并将变化的料厚属性赋予到板簧网格节点上，实现板簧的变截面模拟，并设置弹性模量、泊松比以及密度三种材料特性，然后将所有簧片制作为一个集合set，并基于集合set建立通用接触，通用接触用于自动模拟板簧实际工作过程中各片间可能发生的实际接触行为；

对未作优化的板簧的多体动力学输出的载荷进行数据特征分析，分析对象包括板簧座从自由夹紧状态运动到路试平衡状态的行程Dzmax，板簧座x、y、z方向最大的力和力矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，并确保载荷的合理性；

在板簧有限元模型中，对板簧前后卷耳进行约束，前卷耳释放转动自由度，后卷耳释放转动自由度及沿板簧长度方向的移动自由度，在板簧座分别施加载荷矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，获得六个受载不同的有限元模型，并提交ABAQUS模块进行求解计算，获得板簧在上述各载荷下的应力场，然后将应力场和整车多体动力学模型中计算获得的板簧座载荷进行关联叠加，应力场具体计算公式如下：

其中，σ(t)为应力场表达式，F_k(t)表示多体动力学软件输入的板簧座处随时间变化的载荷，k＝x/y/Mx/My/Mz，D_z(t)表示板簧座随时间变化的垂向位移，σ_Dzmax表示对板簧施加载荷Dzmax引起的应力，σ_Fxmax表示对板簧施加载荷Fxmax引起的应力，σ_Fymax表示对板簧施加载荷Fymax引起的应力，σ_Mxmax表示对板簧施加载荷Mxmax引起的应力，σ_Mymax表示对板簧施加载荷Mymax引起的应力，σ_Mzmax表示对板簧施加载荷Mzmax引起的应力；

然后在疲劳软件femfat中，基于S-N法对板簧的疲劳寿命进行分析。

进一步地，将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数的步骤具体包括：

以板簧疲劳损伤小于预设值作为目标函数，基于Isight平台并采用多岛遗传算法找出满足板簧疲劳性能的板簧最大行程，即将限位块的硬点z向坐标定义为变量DVz，然后基于Isight优化算法确定最优的板簧最大行程。

本发明的另一个实施例提出一种汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，以解决人工反复试错导致优化迭代周期长的问题，从而加快产品开发速度。

根据本发明一实施例的汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，包括：

采集获取模块，用于对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz；

建立施加模块，用于建立整车ADAMS多体动力学模型，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，并求解板簧在板簧座处的载荷；

求解分析模块，用于对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析；

优化分析模块，用于将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数。

根据本发明实施例提供的汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，首先对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz，然后建立整车ADAMS多体动力学模型，施加相应载荷，最后对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析，将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数，能够获得板簧满足疲劳寿命的板簧行程参数，实现了板簧运动行程参数优化匹配，避免了人工反复试错导致优化迭代周期长的问题，能够加快产品开发速度，且相比传统的物理试验，成本显著降低，周期显著缩短。

此外，根据本发明实施例提供的汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，还具有以下技术特征：

进一步地，所述采集获取模块具体用于：

通过六分力传感器测量车辆在实际道路耐久测试路面行驶时路面作用于轮胎的两个载荷Fx、Fy和三个扭矩Mx、My、Mz，通过位移传感器测量轮心的垂向位移载荷Dz，Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz用于作为车辆的路面激励。

进一步地，所述建立施加模块具体用于：

根据载荷谱采集车辆各部件间的实际连接关系，运用模态综合法，并利用有限元软件计算得到包含模态信息的车架中性文件，利用车架中性文件完成对车架的柔性化处理，从而建立整车ADAMS多体动力学模型，模型至少包括前悬架、后悬架、转向、车架、车身系统；

对前后悬架进行K&C特性对比分析，并将仿真结果与试验结果进行对标，主要对标类型包括前悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，后悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，最后，在对标良好的基础上，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，求解整个系统的响应，并输出板簧在板簧座处的载荷。

进一步地，所述求解分析模块具体用于：

将完成参数确认的自由夹紧状态的板簧CAD模型导入有限元前处理软件Hypermesh中，将Hypermesh软件切换到ABAQUS模块，然后对板簧CAD模型基于一阶壳单元进行3-5mm的网格划分，并将变化的料厚属性赋予到板簧网格节点上，实现板簧的变截面模拟，并设置弹性模量、泊松比以及密度三种材料特性，然后将所有簧片制作为一个集合set，并基于集合set建立通用接触，通用接触用于自动模拟板簧实际工作过程中各片间可能发生的实际接触行为；

对未作优化的板簧的多体动力学输出的载荷进行数据特征分析，分析对象包括板簧座从自由夹紧状态运动到路试平衡状态的行程Dzmax，板簧座x、y、z方向最大的力和力矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，并确保载荷的合理性；

在板簧有限元模型中，对板簧前后卷耳进行约束，前卷耳释放转动自由度，后卷耳释放转动自由度及沿板簧长度方向的移动自由度，在板簧座分别施加载荷矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，获得六个受载不同的有限元模型，并提交ABAQUS模块进行求解计算，获得板簧在上述各载荷下的应力场，然后将应力场和整车多体动力学模型中计算获得的板簧座载荷进行关联叠加，应力场具体计算公式如下：

其中，σ(t)为应力场表达式，F_k(t)表示多体动力学软件输入的板簧座处随时间变化的载荷，k＝x/y/Mx/My/Mz，D_z(t)表示板簧座随时间变化的垂向位移，σ_Dzmax表示对板簧施加载荷Dzmax引起的应力，σ_Fxmax表示对板簧施加载荷Fxmax引起的应力，σ_Fymax表示对板簧施加载荷Fymax引起的应力，σ_Mxmax表示对板簧施加载荷Mxmax引起的应力，σ_Mymax表示对板簧施加载荷Mymax引起的应力，σ_Mzmax表示对板簧施加载荷Mzmax引起的应力；

然后在疲劳软件femfat中，基于S-N法对板簧的疲劳寿命进行分析。

进一步地，所述优化分析模块具体用于：

以板簧疲劳损伤小于预设值作为目标函数，基于Isight平台并采用多岛遗传算法找出满足板簧疲劳性能的板簧最大行程，即将限位块的硬点z向坐标定义为变量DVz，然后基于Isight优化算法确定最优的板簧最大行程。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。

附图说明

本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一实施例的汽车板簧运动行程参数优化匹配方法的流程图；

图2是一示例性的有限元模型示意图；

图3是板簧行程示意图；

图4是Isight优化流程示意图；

图5是根据本发明一实施例的汽车板簧运动行程参数优化匹配系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明一实施例提出的汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，包括步骤S101～S104：

S101，对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz。

如何在产品开发阶段获得板簧的疲劳载荷，是疲劳仿真预测的关键，要获得板簧的疲劳载荷，首先需要获得整车在道路耐久测试中的外界激励。因此，通过对新开发车的基础车(或者竞品车)进行道路载荷谱进行采集，获得在研车型的基础车型在各种坏路，如比利时路、搓板路等路面的载荷谱数据，包含位移、力、力矩。具体通过六分力传感器测量车辆在实际道路耐久测试路面行驶时路面作用于轮胎的两个载荷Fx、Fy和三个扭矩Mx、My、Mz，通过位移传感器测量轮心的垂向位移载荷Dz，Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz用于作为车辆的路面激励。驱动新开发车型的整车多体动力学模型，获得板簧在板簧座的载荷Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，用于板簧疲劳耐久寿命预测。

S102，建立整车ADAMS多体动力学模型，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，并求解板簧在板簧座处的载荷。

其中，具体根据载荷谱采集车辆各部件间的实际连接关系，运用模态综合法，并利用有限元软件计算得到包含模态信息的车架中性文件，利用车架中性文件完成对车架的柔性化处理，从而建立整车ADAMS多体动力学模型，模型至少包括前悬架、后悬架、转向、车架、车身系统。例如，前悬架为双叉臂结构，后悬架为电驱动桥板簧悬架。前悬架系统包括上摆臂、下摆臂、转向节、横向稳定杆、限位块、螺旋弹簧及减振器等部件组成，后悬架系统包括电驱动整体桥、板簧、减震器。悬架系统通过衬套与车架连接，这些衬套的刚度数据均来源于实际测试数据。由于车架在路面不平度的激励下会发生弯曲及扭转变形，故需要对车架进行柔性化处理，本实施例运用模态综合法，利用有限元软件计算得到包含模态信息的车架中性文件，利用模态中性文件完成对车架的柔性化处理，从而建立刚柔耦合整车多体动力学模型。

为验证前后悬架模型的准确性，对前后悬架进行K&C特性对比分析，并将仿真结果与试验结果进行对标，主要对标类型包括前悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，后悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，最后，在对标良好的基础上，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，求解整个系统的响应，并输出板簧在板簧座处的载荷。

S103，对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析。

其中，步骤S103具体包括：

将完成参数确认的自由夹紧状态的板簧CAD模型导入有限元前处理软件Hypermesh中，将Hypermesh软件切换到ABAQUS模块，然后对板簧CAD模型基于一阶壳单元进行3-5mm的网格划分，并将变化的料厚属性赋予到板簧网格节点上，实现板簧的变截面模拟，一示例性的完成建模后的有限元模型如图2所示，设置弹性模量、泊松比以及密度三种材料特性，材料特性的数值例如分别如下：密度为7.85×10^-9吨/mm³，弹性模量E为2.1×10⁵MPa，泊松比为0.3；然后将所有簧片制作为一个集合set，并基于集合set建立通用接触，通用接触用于自动模拟板簧实际工作过程中各片间可能发生的实际接触行为；

对未作优化的板簧的多体动力学输出的载荷进行数据特征分析，分析对象包括板簧座从自由夹紧状态运动到路试平衡状态的行程Dzmax，板簧座x、y、z方向最大的力和力矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，并确保载荷的合理性；

在板簧有限元模型中，对板簧前后卷耳进行约束，前卷耳释放转动自由度，后卷耳释放转动自由度及沿板簧长度方向的移动自由度，在板簧座分别施加载荷矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，获得六个受载不同的有限元模型，并提交ABAQUS模块进行求解计算，获得板簧在上述各载荷下的应力场(Fx.odb,Fy.odb,Dz.odb,Mx.odb,My.odb,Mz.odb)，然后将应力场和整车多体动力学模型中计算获得的板簧座载荷进行关联叠加，应力场具体计算公式如下：

其中，σ(t)为应力场表达式，F_k(t)表示多体动力学软件输入的板簧座处随时间变化的载荷，k＝x/y/Mx/My/Mz，D_z(t)表示板簧座随时间变化的垂向位移，σ_Dzmax表示对板簧施加载荷Dzmax引起的应力，σ_Fxmax表示对板簧施加载荷Fxmax引起的应力，σ_Fymax表示对板簧施加载荷Fymax引起的应力，σ_Mxmax表示对板簧施加载荷Mxmax引起的应力，σ_Mymax表示对板簧施加载荷Mymax引起的应力，σ_Mzmax表示对板簧施加载荷Mzmax引起的应力，则

表示Fx方向单位力引起的应力结果，再乘以多体动力学输出的载荷F_x(t)，结果即为x方向实际载荷F_x(t)引起的应力增量，以此类推，六个方向的应力场叠加即为板簧的实际应力。

然后在疲劳软件femfat中，基于S-N法对板簧的疲劳寿命进行分析。例如，材料表面修正系数设置为1.1，对于某板簧，其疲劳损伤为1.704，超过1，表示板簧完成道路耐久测试后将会发生断裂，因此，需要对板簧的最大行程进行优化(初始最大的行程例如为213mm)。

S104，将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数。

如图3所示，当板簧和限位块距离越小，板簧的最大行程越小，板簧更早接触到限位块，并将车桥传递给板簧的载荷直接传递到车架，板簧的最大应力越小，板簧疲劳寿命越大，反之，板簧最大行程加大，板簧在随机载荷作用下的最大应力将增大，板簧的疲劳寿命将缩短。板簧初始参数设计阶段仅仅基于材料力学强度理论对板簧进行强度评估，行程参数仅仅是根据布置边界和经验进行设计，而行程参数设计不合理将会导致板簧疲劳断裂，根据上一步的疲劳仿真计算结果，可知，板簧的最大行程偏大，导致板簧疲劳寿命偏短，所以需要对板簧行程参数进行精细优化设计。

如果通过人工一次次调整板簧行程，重新计算板簧的疲劳载荷，然后计算板簧疲劳寿命，再根据疲劳结果重新评估是否需要进一步优化板簧行程参数，周期较长，效率低。

本实施例中，以板簧疲劳损伤小于预设值作为目标函数，基于Isight平台并采用多岛遗传算法找出满足板簧疲劳性能的板簧最大行程，即将限位块的硬点z向坐标定义为变量DVz，然后基于Isight优化算法确定最优的板簧最大行程。

例如，以板簧疲劳损伤小于0.286(疲劳损伤1表示板簧刚好满足完成路试的寿命，0.286表示安全系数为3.5)作为目标函数，基于Isight平台并采用多岛遗传算法快速找出满足板簧疲劳性能的板簧最大行程，即将限位块的硬点Z向坐标定义为变量DVz，变量范围为0≤DVz≤50，然后基于Isight优化算法确定最优的板簧最大行程，Isight优化流程如图4所示。优化后板簧的最大行程参数从213mm变化为201mm，经路试，板簧一次性通过耐久测试，验证了优化方案的可行性。

综上，根据本发明提供的汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，首先对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz，然后建立整车ADAMS多体动力学模型，施加相应载荷，最后对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析，将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数，能够获得板簧满足疲劳寿命的板簧行程参数，实现了板簧运动行程参数优化匹配，避免了人工反复试错导致优化迭代周期长的问题，能够加快产品开发速度，且相比传统的物理试验，成本显著降低，周期显著缩短。

请参阅图5，本发明一实施例提出的汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，包括：

采集获取模块，用于对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz；

建立施加模块，用于建立整车ADAMS多体动力学模型，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，并求解板簧在板簧座处的载荷；

求解分析模块，用于对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析；

优化分析模块，用于将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数。

本实施例中，所述采集获取模块具体用于：

通过六分力传感器测量车辆在实际道路耐久测试路面行驶时路面作用于轮胎的两个载荷Fx、Fy和三个扭矩Mx、My、Mz，通过位移传感器测量轮心的垂向位移载荷Dz，Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz用于作为车辆的路面激励。

本实施例中，所述建立施加模块具体用于：

根据载荷谱采集车辆各部件间的实际连接关系，运用模态综合法，并利用有限元软件计算得到包含模态信息的车架中性文件，利用车架中性文件完成对车架的柔性化处理，从而建立整车ADAMS多体动力学模型，模型至少包括前悬架、后悬架、转向、车架、车身系统；

对前后悬架进行K&C特性对比分析，并将仿真结果与试验结果进行对标，主要对标类型包括前悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，后悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，最后，在对标良好的基础上，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，求解整个系统的响应，并输出板簧在板簧座处的载荷。

本实施例中，所述求解分析模块具体用于：

将完成参数确认的自由夹紧状态的板簧CAD模型导入有限元前处理软件Hypermesh中，将Hypermesh软件切换到ABAQUS模块，然后对板簧CAD模型基于一阶壳单元进行3-5mm的网格划分，并将变化的料厚属性赋予到板簧网格节点上，实现板簧的变截面模拟，并设置弹性模量、泊松比以及密度三种材料特性，然后将所有簧片制作为一个集合set，并基于集合set建立通用接触，通用接触用于自动模拟板簧实际工作过程中各片间可能发生的实际接触行为；

对未作优化的板簧的多体动力学输出的载荷进行数据特征分析，分析对象包括板簧座从自由夹紧状态运动到路试平衡状态的行程Dzmax，板簧座x、y、z方向最大的力和力矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，并确保载荷的合理性；

在板簧有限元模型中，对板簧前后卷耳进行约束，前卷耳释放转动自由度，后卷耳释放转动自由度及沿板簧长度方向的移动自由度，在板簧座分别施加载荷矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，获得六个受载不同的有限元模型，并提交ABAQUS模块进行求解计算，获得板簧在上述各载荷下的应力场，然后将应力场和整车多体动力学模型中计算获得的板簧座载荷进行关联叠加，应力场具体计算公式如下：

其中，σ(t)为应力场表达式，F_k(t)表示多体动力学软件输入的板簧座处随时间变化的载荷，k＝x/y/Mx/My/Mz，D_z(t)表示板簧座随时间变化的垂向位移，σ_Dzmax表示对板簧施加载荷Dzmax引起的应力，σ_Fxmax表示对板簧施加载荷Fxmax引起的应力，σ_Fymax表示对板簧施加载荷Fymax引起的应力，σ_Mxmax表示对板簧施加载荷Mxmax引起的应力，σ_Mymax表示对板簧施加载荷Mymax引起的应力，σ_Mzmax表示对板簧施加载荷Mzmax引起的应力；

然后在疲劳软件femfat中，基于S-N法对板簧的疲劳寿命进行分析。

本实施例中，所述优化分析模块具体用于：

以板簧疲劳损伤小于预设值作为目标函数，基于Isight平台并采用多岛遗传算法找出满足板簧疲劳性能的板簧最大行程，即将限位块的硬点z向坐标定义为变量DVz，然后基于Isight优化算法确定最优的板簧最大行程。

根据本发明提供的汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，首先对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz，然后建立整车ADAMS多体动力学模型，施加相应载荷，最后对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析，将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数，能够获得板簧满足疲劳寿命的板簧行程参数，实现了板簧运动行程参数优化匹配，避免了人工反复试错导致优化迭代周期长的问题，能够加快产品开发速度，且相比传统的物理试验，成本显著降低，周期显著缩短。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通讯、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，其特征在于，包括：

对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz；

建立整车ADAMS多体动力学模型，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，并求解板簧在板簧座处的载荷；

对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析；

将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数。

2.根据权利要求1所述的汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，其特征在于，对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz的步骤具体包括：

通过六分力传感器测量车辆在实际道路耐久测试路面行驶时路面作用于轮胎的两个载荷Fx、Fy和三个扭矩Mx、My、Mz，通过位移传感器测量轮心的垂向位移载荷Dz，Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz用于作为车辆的路面激励。

3.根据权利要求2所述的汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，其特征在于，建立整车ADAMS多体动力学模型，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，并求解板簧在板簧座处的载荷的步骤具体包括：

根据载荷谱采集车辆各部件间的实际连接关系，运用模态综合法，并利用有限元软件计算得到包含模态信息的车架中性文件，利用车架中性文件完成对车架的柔性化处理，从而建立整车ADAMS多体动力学模型，模型至少包括前悬架、后悬架、转向、车架、车身系统；

对前后悬架进行K&C特性对比分析，并将仿真结果与试验结果进行对标，主要对标类型包括前悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，后悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，最后，在对标良好的基础上，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，求解整个系统的响应，并输出板簧在板簧座处的载荷。

4.根据权利要求3所述的汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，其特征在于，对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析的步骤具体包括：

将完成参数确认的自由夹紧状态的板簧CAD模型导入有限元前处理软件Hypermesh中，将Hypermesh软件切换到ABAQUS模块，然后对板簧CAD模型基于一阶壳单元进行3-5mm的网格划分，并将变化的料厚属性赋予到板簧网格节点上，实现板簧的变截面模拟，并设置弹性模量、泊松比以及密度三种材料特性，然后将所有簧片制作为一个集合set，并基于集合set建立通用接触，通用接触用于自动模拟板簧实际工作过程中各片间可能发生的实际接触行为；

对未作优化的板簧的多体动力学输出的载荷进行数据特征分析，分析对象包括板簧座从自由夹紧状态运动到路试平衡状态的行程Dzmax，板簧座x、y、z方向最大的力和力矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，并确保载荷的合理性；

在板簧有限元模型中，对板簧前后卷耳进行约束，前卷耳释放转动自由度，后卷耳释放转动自由度及沿板簧长度方向的移动自由度，在板簧座分别施加载荷矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，获得六个受载不同的有限元模型，并提交ABAQUS模块进行求解计算，获得板簧在上述各载荷下的应力场，然后将应力场和整车多体动力学模型中计算获得的板簧座载荷进行关联叠加，应力场具体计算公式如下：

其中，σ(t)为应力场表达式，F_k(t)表示多体动力学软件输入的板簧座处随时间变化的载荷，k＝x/y/Mx/My/Mz，D_z(t)表示板簧座随时间变化的垂向位移，σ_Dzmax表示对板簧施加载荷Dzmax引起的应力，σ_Fxmax表示对板簧施加载荷Fxmax引起的应力，σ_Fymax表示对板簧施加载荷Fymax引起的应力，σ_Mxmax表示对板簧施加载荷Mxmax引起的应力，σ_Mymax表示对板簧施加载荷Mymax引起的应力，σ_Mzmax表示对板簧施加载荷Mzmax引起的应力；

然后在疲劳软件femfat中，基于S-N法对板簧的疲劳寿命进行分析。

5.根据权利要求1所述的汽车板簧运动行程参数优化匹配方法，其特征在于，将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数的步骤具体包括：

以板簧疲劳损伤小于预设值作为目标函数，基于Isight平台并采用多岛遗传算法找出满足板簧疲劳性能的板簧最大行程，即将限位块的硬点z向坐标定义为变量DVz，然后基于Isight优化算法确定最优的板簧最大行程。

6.一种汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，其特征在于，包括：

采集获取模块，用于对基础车进行道路谱采集，分别获得整车在轮心处的x、y、z方向的载荷Fx、Fy、Dz，以及绕x、y、z轴的扭矩Mx、My、Mz；

建立施加模块，用于建立整车ADAMS多体动力学模型，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，并求解板簧在板簧座处的载荷；

求解分析模块，用于对板簧疲劳分析的应力场进行求解，并进行板簧疲劳分析；

优化分析模块，用于将板簧的最大行程等效转化为限位块硬点坐标的优化，将限位块硬点的z向坐标进行参数化，并基于Isight平台确定最优的板簧行程参数。

7.根据权利要求6所述的汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，其特征在于，所述采集获取模块具体用于：

通过六分力传感器测量车辆在实际道路耐久测试路面行驶时路面作用于轮胎的两个载荷Fx、Fy和三个扭矩Mx、My、Mz，通过位移传感器测量轮心的垂向位移载荷Dz，Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz用于作为车辆的路面激励。

8.根据权利要求7所述的汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，其特征在于，所述建立施加模块具体用于：

根据载荷谱采集车辆各部件间的实际连接关系，运用模态综合法，并利用有限元软件计算得到包含模态信息的车架中性文件，利用车架中性文件完成对车架的柔性化处理，从而建立整车ADAMS多体动力学模型，模型至少包括前悬架、后悬架、转向、车架、车身系统；

对前后悬架进行K&C特性对比分析，并将仿真结果与试验结果进行对标，主要对标类型包括前悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，后悬架垂向刚度、侧向刚度及纵向刚度，最后，在对标良好的基础上，在轮心处施加轮心力Fx、Fy、Dz、Mx、My、Mz，求解整个系统的响应，并输出板簧在板簧座处的载荷。

9.根据权利要求8所述的汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，其特征在于，所述求解分析模块具体用于：

将完成参数确认的自由夹紧状态的板簧CAD模型导入有限元前处理软件Hypermesh中，将Hypermesh软件切换到ABAQUS模块，然后对板簧CAD模型基于一阶壳单元进行3-5mm的网格划分，并将变化的料厚属性赋予到板簧网格节点上，实现板簧的变截面模拟，并设置弹性模量、泊松比以及密度三种材料特性，然后将所有簧片制作为一个集合set，并基于集合set建立通用接触，通用接触用于自动模拟板簧实际工作过程中各片间可能发生的实际接触行为；

对未作优化的板簧的多体动力学输出的载荷进行数据特征分析，分析对象包括板簧座从自由夹紧状态运动到路试平衡状态的行程Dzmax，板簧座x、y、z方向最大的力和力矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，并确保载荷的合理性；

在板簧有限元模型中，对板簧前后卷耳进行约束，前卷耳释放转动自由度，后卷耳释放转动自由度及沿板簧长度方向的移动自由度，在板簧座分别施加载荷矩Fxmax、Fymax、Mxmax、Mymax、Mzmax，获得六个受载不同的有限元模型，并提交ABAQUS模块进行求解计算，获得板簧在上述各载荷下的应力场，然后将应力场和整车多体动力学模型中计算获得的板簧座载荷进行关联叠加，应力场具体计算公式如下：

其中，σ(t)为应力场表达式，F_k(t)表示多体动力学软件输入的板簧座处随时间变化的载荷，k＝x/y/Mx/My/Mz，D_z(t)表示板簧座随时间变化的垂向位移，σ_Dzmax表示对板簧施加载荷Dzmax引起的应力，σ_Fxmax表示对板簧施加载荷Fxmax引起的应力，σ_Fymax表示对板簧施加载荷Fymax引起的应力，σ_Mxmax表示对板簧施加载荷Mxmax引起的应力，σ_Mymax表示对板簧施加载荷Mymax引起的应力，σ_Mzmax表示对板簧施加载荷Mzmax引起的应力；

然后在疲劳软件femfat中，基于S-N法对板簧的疲劳寿命进行分析。

10.根据权利要求6所述的汽车板簧运动行程参数优化匹配系统，其特征在于，所述优化分析模块具体用于：

以板簧疲劳损伤小于预设值作为目标函数，基于Isight平台并采用多岛遗传算法找出满足板簧疲劳性能的板簧最大行程，即将限位块的硬点z向坐标定义为变量DVz，然后基于Isight优化算法确定最优的板簧最大行程。

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