CN116415455A - 一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，包括分别完成扭力梁生准3D结构设计冻结和悬架性能参数设计冻结；扭力梁前束外倾CAE变形模型建立和求解；扭力梁前束外倾CAE变形结果后处理；基于扭力梁前束外倾CAE变形结果，给与扭力梁前束外倾等值、反向机加角度补偿；利用扭力梁悬架系统台架试验台，模拟扭力梁悬架整车下线状态，实物验证扭力梁前束外倾变形补偿值。本发明在扭力梁零部件开发阶段就完成前束外倾机加补偿和台架验证，大幅缩短开发周期，提升开发效率，节约开发成本，实现了扭力梁前束外倾设计精度提升，有效保证扭力梁悬架系统车辆操作稳定性和轮胎耐久性，为主机厂开发扭力梁悬架前束外倾补偿提供了新思路。
Description
技术领域
本发明属于乘用车底盘零件设计技术领域，具体涉及一种基于扭力梁CAE变形结果对扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证方法。
背景技术
扭力梁式后悬架结构简单、成本低且承载力大，其是乘用车应用非常普遍的一种后悬架形式。将后轮装在扭力梁的两端，当一侧车轮上下跳动时，会带动扭力梁绕其横梁剪切中心转动，从而使另一侧车轮也相应的跳动。在车辆设计中对于车辆操纵稳定性的控制，主要是通过四轮定位参数来实现。车轮正确的定位可以保证乘座舒适，维持直线行车，延长轮胎寿命，减少路面引起的震动，降低油耗等。相比多连杆式后悬架，采用扭力梁式后悬架的车辆在完成装车后便无法调整后轮定位参数，所以要保证扭力梁式后悬架车辆后轮定位精度，就对其设计和制造过程提出了较高的要求。
对于应用扭力梁式后悬架的车辆，扭力梁前束外倾的设计能直接决定后轮的定位参数，然而对于扭力梁前束外倾的设计，目前存在的问题有：由于弹簧对扭力梁施加下线载荷的因素，扭力梁会发生一定程度变形，导致在车辆下线后后轮前束、外倾检测值与设计中值同时发生较大的单方向的偏离，尤其是左右外倾参数偏离较大；想具体确定下线弹簧载荷对扭力梁前束外倾的影响值，目前通常的解决办法是，主机厂需综合统计分析一批整车后轮前束外倾的检测结果和对应装车的扭力梁零部件的前束外倾检测结果，然后依据统计分析结果对扭力梁前束外倾角度进行机加补偿；对于此方法前束外倾整改周期长、效率低，造成人力和物力的较大浪费，对整车操纵稳定性和轮胎耐久性造成一定的风险。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于扭力梁CAE变形结果对扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，包括以下步骤：
S1、分别完成扭力梁生准3D结构设计冻结和后悬架性能参数设计冻结；
S2、扭力梁前束外倾CAE变形模型建立和CAE求解；
S3、扭力梁前束外倾CAE变形结果后处理；
S4、基于扭力梁前束外倾CAE变形结果，给与扭力梁前束外倾等值、反向机加角度补偿；
S5、利用扭力梁悬架系统台架试验台，模拟扭力梁悬架整车下线状态，实物验证扭力梁前束外倾变形补偿值。
进一步地，步骤S1，所述后悬架性能参数包括弹簧刚度数据和车辆下线状态扭力梁悬架系统硬点数据。
进一步地，步骤S2，扭力梁前束外倾CAE变形模型建立具体包括以下步骤：网格划分、设置材料特性、部件特性、变形模型约束条件、变形模型载荷、结果输出设置，其中，变形模型单元类型，扭力梁端板采用3D实体单元，扭力梁横梁、纵臂等其它冲压零件采用2D壳单元，弹簧采用1D连接单元，弹簧下硬点与弹簧托盘耦合处采用1D分布耦合单元，前衬套硬点与套管耦合处、后滑柱下硬点与减振器支架耦合处和轮心与端板耦合处采用1D运动耦合单元。
更进一步地，变形模型约束条件，均在扭力梁双侧施加，在扭力梁前衬套硬点和弹簧上硬点处施加整车X向、Y向和Z向运动约束，在整车下线状态后轮心位置处只施加整车Z向运动约束。
更进一步地，变形模型载荷，只需设置弹簧的自由高度和刚度，由于轮心位置为整车下线状态，所以模拟了在整车过四轮定位检测前在整车下线状态弹簧对扭力梁产生的压缩载荷。
更进一步地，结果输出设置，只需设置UR1、UR2和UR3，其分别对应绕XYZ轴三个旋转角度，单位为弧度。
进一步地，CAE求解，可任选一款商用有限元求解器进行求解。
进一步地，步骤S3，具体为：利用产品CAE软件后处理模块，完成扭力梁前束外倾变形数据提取和处理；其中关于前束外倾变形数据提取，利用后处理工具提取UR1和UR3，分别对应绕整车X轴和Z轴的弧度；其中关于前束外倾变形数据处理，需将UR1和UR3弧度转化为角度，分别对应为在整车下线状态弹簧压缩扭力梁导致的外倾变化值和前束变化值。
进一步地，步骤S4，具体为：基于扭力梁端板处已设计完成的前束外倾角度，利用CAD软件在扭力梁端板处给与扭力梁前束外倾等值、反向机加角度补偿。
进一步地，步骤S5，具体包括以下步骤：
S51、完成扭力梁、弹簧等悬架系统零部件安装；
S52、利用扭力梁轮心调整吊具将扭力梁后悬架轮心调整至整车下线状态位置；
S53、利用三坐标测量设备对扭力梁端板处前束外倾角度进行测量；
S54、将扭力梁前束外倾试验台上测量结果与自由状态下实物测量结果做对比，即可得出在整车下线状态弹簧压缩扭力梁导致的外倾和前束变化值实物验证结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
相比传统利用小批量实车前束外倾统计分析结果对扭力梁前束外倾角度进行机加补偿的方法，本发明应用了CAE变形补偿数字化+台架验证相结合的方式，在扭力梁零部件开发阶段就完成前束外倾机加补偿和台架验证，大幅缩短了开发周期，实现了开发效率的提升，节约了开发成本，同时实现了扭力梁前束外倾设计精度的提升，进而有效保证了扭力梁悬架系统车辆的操作稳定性和轮胎耐久性，为主机厂开发扭力梁悬架前束外倾补偿提供了新的设计和验证方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的一种基于扭力梁CAE变形结果对扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证方法的示意图；
图2为本发明的扭力梁生准3D结构设计的示意图；
图3为本发明的扭力梁前束外倾CAE变形模型的示意图；
图4为本发明的扭力梁前束外倾CAE变形结果的示意图；
图5为本发明的基于扭力梁前束外倾CAE变形结果给与扭力梁前束外倾等值、反向机加角度补偿的示意图；
图6为本发明的利用扭力梁悬架系统台架试验台实物验证扭力梁前束外倾变形补偿值的示意图。
图中，1.扭力梁变形前端板2.扭力梁变形后端板3.扭力梁端板前束外倾位置4.前束外倾等值、反向机加角度补偿后扭力梁端板位置5.台架试验台6.扭力梁7.扭力梁轮心调整吊具8.扭力梁端板前束外倾三坐标检测位置9.弹簧。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，包括以下步骤：
S1、扭力梁生准3D结构设计冻结、悬架性能参数设计冻结。需分别完成扭力梁生准3D结构设计和后悬架性能参数设计，其中后悬架性能参数需包括弹簧刚度数据和车辆下线状态扭力梁悬架系统硬点数据，如图2所示。
S2、扭力梁前束外倾CAE变形模型建立和求解。利用产品CAE软件完成扭力梁前束外倾CAE变形模型的建立，包括网格划分、设置材料特性、部件特性、变形模型约束条件、变形模型载荷和结果输出设置，之后再进行CAE求解；其中关于变形模型单元类型，扭力梁端板采用3D实体单元，扭力梁横梁、纵臂等其它冲压零件采用2D壳单元，弹簧采用1D连接单元，弹簧下硬点与弹簧托盘耦合处采用1D分布耦合单元，前衬套硬点与套管耦合处、后滑柱下硬点与减振器支架耦合处和轮心与端板耦合处采用1D运动耦合单元；其中关于变形模型约束条件，均在扭力梁双侧施加，在扭力梁前衬套硬点和弹簧上硬点处施加整车X向、Y向和Z向运动约束，在整车下线状态后轮心位置处只施加整车Z向运动约束；其中关于变形模型载荷，只需设置弹簧的自由高度和刚度，由于轮心位置为整车下线状态，所以模拟了在整车过四轮定位检测前在整车下线状态弹簧对扭力梁产生的压缩载荷；其中关于结果输出设置，只需设置UR1、UR2和UR3，其分别对应绕XYZ轴三个旋转角度，单位为弧度；其中关于CAE求解，可任选一款商用有限元求解器进行求解，如图3所示。
S3、扭力梁前束外倾CAE变形结果后处理。利用产品CAE软件后处理模块，完成扭力梁前束外倾变形数据提取和处理；其中关于前束外倾变形数据提取，利用后处理工具提取UR1和UR3，分别对应绕整车X轴和Z轴的弧度；其中关于前束外倾变形数据处理，需将UR1和UR3弧度转化为角度，分别对应为在整车下线状态弹簧压缩扭力梁导致的外倾变化值和前束变化值，如图4所示。本发明以某电动出租车扭力梁为例，利用本发明所述扭力梁CAE变形补偿方法计算，在弹簧对扭力梁施加下线载荷后，扭力梁前束变形+2.7′、外倾变形-31.5′。
S4、基于扭力梁前束外倾CAE变形结果，给与扭力梁前束外倾等值、反向机加角度补偿。基于扭力梁端板处已设计完成的前束外倾角度，利用CAD软件在扭力梁端板处给与扭力梁前束外倾等值、反向机加角度补偿，如图5所示。
S5、利用扭力梁悬架系统台架试验台，实物验证扭力梁前束外倾变形补偿值。利用扭力梁悬架系统台架试验台模拟扭力梁悬架整车下线状态，首先完成扭力梁、弹簧等悬架系统零部件安装，然后利用扭力梁轮心调整吊具将扭力梁后悬架轮心调整至整车下线状态位置，再利用三坐标测量设备对扭力梁端板处前束外倾角度进行测量，将扭力梁前束外倾试验台上测量结果与自由状态下实物测量结果做对比，即可得出在整车下线状态弹簧压缩扭力梁导致的外倾和前束变化值实物验证结果，如图6所示。相比传统利用小批量实车前束外倾统计分析结果对扭力梁前束外倾角度进行机加补偿的方法，本发明应用了CAE变形补偿数字化+台架验证相结合的方式，在扭力梁零部件开发阶段就完成前束外倾机加补偿和台架验证，大幅缩短了开发周期，实现了开发效率的提升，还节约了开发成本，同时实现了扭力梁前束外倾设计精度的提升，进而有效保证了扭力梁悬架系统车辆的操作稳定性和轮胎耐久性，为主机厂开发扭力梁悬架前束外倾补偿提供了新的设计和验证方案。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分别完成扭力梁生准3D结构设计冻结和后悬架性能参数设计冻结；
S2、扭力梁前束外倾CAE变形模型建立和CAE求解；
S3、扭力梁前束外倾CAE变形结果后处理；
S4、基于扭力梁前束外倾CAE变形结果，给与扭力梁前束外倾等值、反向机加角度补偿；
S5、利用扭力梁悬架系统台架试验台，模拟扭力梁悬架整车下线状态，实物验证扭力梁前束外倾变形补偿值。
2.根据权利要求1所述的一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，其特征在于：步骤S1，所述后悬架性能参数包括弹簧刚度数据和车辆下线状态扭力梁悬架系统硬点数据。
3.根据权利要求1所述的一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，其特征在于：步骤S2，扭力梁前束外倾CAE变形模型建立具体包括以下步骤：网格划分、设置材料特性、部件特性、变形模型约束条件、变形模型载荷、结果输出设置，其中，变形模型单元类型，扭力梁端板采用3D实体单元，扭力梁横梁、纵臂等其它冲压零件采用2D壳单元，弹簧采用1D连接单元，弹簧下硬点与弹簧托盘耦合处采用1D分布耦合单元，前衬套硬点与套管耦合处、后滑柱下硬点与减振器支架耦合处和轮心与端板耦合处采用1D运动耦合单元。
4.根据权利要求3所述的一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，其特征在于：变形模型约束条件，均在扭力梁双侧施加，在扭力梁前衬套硬点和弹簧上硬点处施加整车X向、Y向和Z向运动约束，在整车下线状态后轮心位置处只施加整车Z向运动约束。
5.根据权利要求3所述的一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，其特征在于：变形模型载荷，只需设置弹簧的自由高度和刚度，由于轮心位置为整车下线状态，所以模拟了在整车过四轮定位检测前在整车下线状态弹簧对扭力梁产生的压缩载荷。
6.根据权利要求3所述的一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，其特征在于：结果输出设置，只需设置UR1、UR2和UR3，其分别对应绕XYZ轴三个旋转角度，单位为弧度。
7.根据权利要求1所述的一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，其特征在于：CAE求解，可任选一款商用有限元求解器进行求解。
8.根据权利要求1所述的一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，其特征在于，步骤S3，具体为：利用产品CAE软件后处理模块，完成扭力梁前束外倾变形数据提取和处理；其中关于前束外倾变形数据提取，利用后处理工具提取UR1和UR3，分别对应绕整车X轴和Z轴的弧度；其中关于前束外倾变形数据处理，需将UR1和UR3弧度转化为角度，分别对应为在整车下线状态弹簧压缩扭力梁导致的外倾变化值和前束变化值。
9.根据权利要求1所述的一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，其特征在于，步骤S4，具体为：基于扭力梁端板处已设计完成的前束外倾角度，利用CAD软件在扭力梁端板处给与扭力梁前束外倾等值、反向机加角度补偿。
10.根据权利要求1所述的一种扭力梁前束外倾机加补偿和台架验证的方法，其特征在于，步骤S5，具体包括以下步骤：
S51、完成扭力梁、弹簧等悬架系统零部件安装；
S52、利用扭力梁轮心调整吊具将扭力梁后悬架轮心调整至整车下线状态位置；
S53、利用三坐标测量设备对扭力梁端板处前束外倾角度进行测量；
S54、将扭力梁前束外倾试验台上测量结果与自由状态下实物测量结果做对比，即可得出在整车下线状态弹簧压缩扭力梁导致的外倾和前束变化值实物验证结果。
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