CN116502343A - 一种汽车悬架优化设计方法、系统、存储介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车悬架优化设计方法、系统、存储介质及设备，该方法包括：建立整车刚柔耦合多体动力学模型；建立四通道轮胎耦合虚拟振动试验台；将动力学模型装配于虚拟振动试验台之上，对虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动；获取汽车悬架中设于所述车桥顶部的弹性元件的受力数据与形变数据；根据受力数据与形变数据，判断汽车悬架是否发生击穿；若是，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据目标设计参数对汽车悬架进行设计。旨在解决现有技术中对汽车悬架进行测试，识别故障耗时且成本高，容易延误汽车开发项目的时间节点的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽车设计技术领域，具体涉及一种汽车悬架优化设计方法、系统、存储介质及设备。
背景技术
汽车悬架，即用于连接车轮与车身的结构，具有较好的缓冲效果，按照结构划分，包括独立悬架与非独立悬架，独立悬架例如四连杆、五连杆式独立悬架，非独立悬架例如扭力梁式、钢板弹簧式非独立悬架。
当汽车在高低不平的路面上行驶时，会经常出现车桥与车身纵梁上橡胶弹性元件相互撞击的现象，当橡胶弹性元件被压缩至极限，即悬架上跳行程达到极限状态，此时就出现了悬架击穿问题。频繁的悬架击穿不仅会对驾驶员和乘员产生极不舒适感，还会使得汽车相关结构部件出现强度和疲劳破坏,进而影响到汽车行车安全性，因此防止汽车悬架出现击穿问题至关重要。
目前，针对汽车悬架击穿问题，主要是采用反复试验法，此方法待样车完成试制后，对实际样车进行测试，获得弹性元件的实际受力及变形情况，进而判断是否出现了悬架击穿问题，若出现悬架击穿问题，需要重新对悬架弹性元件、阻尼元件及上跳行程等关键设计参数进行重新匹配，并制作样件重新进行测试，直到此问题不出现为止。
因此，现有技术中针对汽车悬架击穿问题所使用的反复试验法在样车完成试制后进行测试，识别故障非常耗时且成本高，一般在取得理想效果前，可能已经延误了整个项目的时间节点，进而极大地削弱了产品的竞争力。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种汽车悬架优化设计方法、系统、存储介质及设备，旨在解决现有技术中对汽车悬架进行测试在样车制作完成时候，识别故障耗时且成本高，容易延误汽车开发项目的时间节点的技术问题。
本发明的第一方面在于提供一种汽车悬架优化设计方法，所述方法包括：
获取汽车的结构数据，根据所述结构数据建立整车刚柔耦合多体动力学模型；
建立四通道轮胎耦合虚拟振动试验台；其中，所述虚拟振动试验台包括多个作动器及其托盘，所述作动器安装于固态表面之上；
将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，使所述托盘支撑所述动力学模型中的轮胎，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动；
获取汽车悬架中设于所述车桥顶部的弹性元件的受力数据与形变数据；
根据所述受力数据与所述形变数据，判断所述汽车悬架是否发生击穿；
若是，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计。
根据上述技术方案的一方面，将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动的步骤中，生成垂向位移数据所需参数的计算公式包括：
前轴第一个脉冲开始时间T1=L1/V;
脉冲持续时间T2=L2/V；
脉冲间隔时间T3=L3/V；
后轴脉冲校对前轴滞后时间T4=L4/V；
路面激励频率f1=V/（L2+L3）。
根据上述技术方案的一方面，将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动的步骤，具体包括：
将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，按照测试要求，设定多个激励频率以分别对应汽车的不同车速；
对所述虚拟振动试验台施加不同的所述激励频率，以输出作用于所述动力学模型的垂向位移激励；
其中，所述垂向位移激励为垂向方波脉冲位移激励。
根据上述技术方案的一方面，根据所述受力数据与所述形变数据，判断所述汽车悬架是否发生击穿的步骤，包括：
根据所述受力数据与所述形变数据，分别确定所述弹性元件的受力与形变量；
判断所述弹性元件的受力是否大于所述弹性元件的极限设计载荷，以及判断所述弹性元件的形变量是否超过所述弹性元件在未压缩状态下的75%；
若是，判定汽车悬架的上跳行程超过预设上跳行程，表面汽车悬架出现悬架击穿。
根据上述技术方案的一方面，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计的步骤中，所述汽车悬架的设计参数包括：
汽车悬架中钢板弹簧的弹簧刚度；
汽车悬架的悬架上跳行程。
根据上述技术方案的一方面，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计的步骤，具体包括：
增加所述汽车悬架中钢板弹簧的弹簧刚度，以及增加汽车悬架的悬架上跳行程；
得到汽车悬架的目标设计参数，根据所述目标设计参数对所述动力学模型中的汽车悬架进行更新；
采用所述虚拟振动试验台对更新后的所述动力学模型进行再次垂向位移激励，获取汽车悬架中设于所述车桥顶部的弹性元件的受力数据与形变数据；
判断优化后汽车悬架的弹性元件受力与形变量是否均小于初始状态下弹性元件的受力与形变量；
若是，判定汽车悬架不会发生悬架击穿，按照所述目标设计参数对汽车悬架进行制作。
根据上述技术方案的一方面，所述动力学模型包括前悬架、后悬架、转向、动力总成及车身；
前悬架为麦弗逊结构，包括摆臂、转向节、副车架及减振器，副车架与摆臂、转向机和车身通过衬套连接；后悬架为钢板弹簧非独立悬架，包括驱动桥、钢板弹簧及减振器；
其中，获取汽车的结构数据，根据所述结构数据建立整车刚柔耦合多体动力学模型的步骤，具体包括：
获取汽车的结构数据，所述结构数据包括悬架结构数据；
根据所述悬架结构数据，运用模态综合法，通过模态中性文件对车辆的副车架进行柔性化处理，采用离散梁法建立钢板弹簧模型，以得到所述动力学模型。
本发明的第二方面在于提供一种汽车悬架优化设计系统，所述系统包括：
模型建立模块，用于获取汽车的结构数据，根据所述结构数据建立整车刚柔耦合多体动力学模型；
试验台构建模块，用于建立四通道轮胎耦合虚拟振动试验台；其中，所述虚拟振动试验台包括多个作动器及其托盘，所述作动器安装于固态表面之上；
试验模块，用于将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，使所述托盘支撑所述动力学模型中的轮胎，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动；
数据获取模块，用于获取汽车悬架中设于所述车桥顶部的弹性元件的受力数据与形变数据；
条件判断模块，用于根据所述受力数据与所述形变数据，判断所述汽车悬架是否发生击穿；
参数优化模块，用于在条件判断模块判定汽车悬架发生击穿时，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计。
本发明的第三方面在于提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述技术方案当中所述方法的步骤。
本发明的第四方面在于提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述技术方案当中所述方法的步骤。
与现有技术相比，采用本发明所示的汽车悬架优化设计方法、系统、存储介质及设备，有益效果在于：
通过建立整车刚柔耦合多体动力学模型以及四通道轮胎耦合虚拟振动试验台，并将动力学模型装配至虚拟振动试验台之上，对虚拟振动试验台输出不同频率的垂向位移激励以激发车身系统产生共振，使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动，并基于车身纵梁与车桥之间弹性元件的受力数据与形变数据判定汽车悬架是否发生击穿，在判定汽车悬架发生击穿时对汽车悬架的设计参数进行优化设计，得到目标设计参数，从而根据目标设计参数设计制作汽车悬架，能够有效汽车悬架发生悬架击穿的次数，保证舒适性，因此采用本申请所示的优化设计方法，能够在汽车的开发设计初期快速检测出汽车悬架可能发生的问题，并对汽车悬架进行优化，以解决背景技术中所记载的技术问题。
附图说明
本发明的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：
图1为本发明第一实施例当中所示汽车悬架优化设计方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例当中所示整车刚柔耦合整车多体动力学模型的结构示意图；
图3为本发明一实施例当中所示整车四通道轮胎耦合虚拟振动试验台的结构示意图；
图4为本发明一实施例当中所示动力学模型与虚拟振动台的装配示意图；
图5为本发明一实施例当中所示模拟道路中凹坑凸块路面尺寸的示意图；
图6为本发明一实施例当中所示前轴及后轴垂向脉冲激励的示意图；
图7为本发明一实施例当中所示弹性元件在不同车速下的受力示意图；
图8为本发明一实施例当中所示弹性元件在不同车速下的变形量示意图；
图9为本发明一实施例当中所示汽车悬架中车桥及车身位移量的示意图；
图10为本发明一实施例当中所示弹性元件优化前后在不同车速下的受力对比示意图；
图11为本发明一实施例当中所示弹性元件优化前后在不同车速下的变形量对比示意图；
图12为本发明第二实施例当中所示汽车悬架优化设计系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征与优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1，本发明的第一实施例提供了一种汽车悬架优化设计方法，本实施例当中所示的汽车悬架优化设计，旨在对汽车悬架进行优化设计，以避免产生悬架击穿问题，从而解决现有技术中对于汽车悬架进行优化设计是在对样车进行测试，整车测试时较难发现识别汽车悬架的故障点，且测试成本高，从而可能延误汽车的设计开发进度的技术问题。
在本实施例当中，汽车为中大型汽车，例如载客汽车或载货汽车，由于车辆的长度较长，车辆在载荷在多数情况下大部分集中于车辆后轴，例如在车辆满载时，在车辆的运动过程中，因路面起伏导致车辆产生上下颠簸，汽车后轴的汽车悬架极其容易发生悬架击穿问题，因此本实施例当中所示的汽车悬架优化设计方法实际上是对汽车后轴的汽车悬架进行优化设计，从而避免汽车后轴的汽车悬架发生悬架击穿问题。
需要说明的是，悬架击穿，即汽车后轴悬架中的车桥在与车身相对运动的过程中压缩车身纵梁底部安装的弹性元件，且压缩量过大，具体是车桥将弹性元件压缩至弹性元件在初始状态下的四分之一，换言之即压缩量超过75%，如此便发生了一次悬架击穿，而频繁的悬架击穿很容易造成弹性元件的磨损，从而导致失效，严重影响车辆的正常使用。
本实施例当中所示的汽车悬架优化设计方法，包括步骤S10-S60：
步骤S10，获取汽车的结构数据，根据所述结构数据建立整车刚柔耦合多体动力学模型。
其中，汽车的结构数据为车辆硬件结构的表达数据，例如三维数模数据等，在获取汽车的三维数据之后，即可根据三维数据中车辆的装配工艺及公差对车辆的硬件进行实体装配，从而得到本实施例当中所示的整车刚柔耦合多体动力学模型，又称动力学模型。
在本实施例当中，整车刚柔耦合多体动力学模型包括前悬架、后悬架、转向、动力总成及车身系统，前悬架的悬架类型为麦弗逊结构，包括摆臂、转向节、副车架及减振器，副车架与摆臂、转向机和车身通过衬套连接；后悬架的悬架类型为钢板弹簧非独立悬架，包括驱动桥、板簧及减振器组成；
其中，在搭建动力学模型时，运用模态综合法，通过模态中性文件来实现对副车架的柔性化处理，采用离散梁法建立钢板弹簧模型，从而搭建得到动力学模型。
步骤S20，建立四通道轮胎耦合虚拟振动试验台。
其中，所述虚拟振动试验台包括多个作动器及其托盘，所述作动器安装于固态表面之上，该固态表面例如为地面。
具体而言，虚拟振动试验台包括作动器、托盘与轮胎，其中，轮胎支撑在托盘上，作动器和托盘之间为移动副，作动器固定于地面之上，通过作动器给托盘施加垂向位移激励，可模拟出实车通过各类型坏路的情况。
其中，轮胎不需要采用复杂的专有模型，而采用一个三向力模拟轮胎与试验台的接触情况。在垂直方向，垂向力简化为垂向线性弹簧-阻尼系统，垂向力的大小FZ=轮胎与试验台之间垂向位移DZ*轮胎垂向刚度KZ+轮胎与试验台之间垂向速度VZ*阻尼系数C+轮荷，为了在垂直方向模拟出实车出现的轮胎脱离地面的情况，设定当轮胎与试验台之间垂向位移DZ大于轮胎自由半径时，垂向力为0。在纵向和侧向，为模拟出轮胎与试验台之间的摩擦力，纵向力FX=（轮胎与试验台之间纵向位移DX +轮胎与试验台之间纵向速度VX*阻尼系数）*轮胎纵向刚度KX*摩擦系数，侧向力FY=（轮胎与试验台之间侧向位移DY+轮胎与试验台之间纵向速度VY*阻尼系数）*轮胎侧向刚度KY*摩擦系数。
在本实施例当中，该虚拟振动试验台用于安装动力学模型，通过虚拟振动试验台模拟道路环境，使动力学模型相对于虚拟振动试验台产生运动，模拟汽车与地面之间产生相对运动，从而使汽车悬架进行上下跳动。
步骤S30，将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，使所述托盘支撑所述动力学模型中的轮胎，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动；
在本实施例当中，由作动器驱动进行运动的托盘用于支撑动力学模型的轮胎，且轮胎不需要固定于托盘之上，只需要保证轮胎平稳放置于托盘中央部位即可。
在将动力学模型装配至虚拟振动试验台上之后，便可启动虚拟振动试验台，以通过虚拟振动试验台的多个作动器同时或分别进行动作，以模拟汽车在道路上行驶的场景。
其中，将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动的步骤中，生成垂向位移数据所需参数的计算公式包括：
前轴第一个脉冲开始时间T1=L1/V;
脉冲持续时间T2=L2/V；
脉冲间隔时间T3=L3/V；
后轴脉冲校对前轴滞后时间T4=L4/V；
路面激励频率f1=V/（L2+L3）。
其中，将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动的步骤，具体包括：
将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，按照测试要求，设定多个激励频率以分别对应汽车的不同车速；
对所述虚拟振动试验台施加不同的所述激励频率，以输出作用于所述动力学模型的垂向位移激励；
其中，所述垂向位移激励为垂向方波脉冲位移激励。
具体而言，在模拟过程中，对虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，即作动器控制托盘进行升降的速度、行程存在一定区别，通过向虚拟振动试验台施加垂向位移激励，激发动力学模型的车身系统产生共振，以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动。
在一些情况下，当垂向位移激励较小时，车桥不会与车身纵梁底部安装的弹性元件进行接触，而当垂向位移激励较大时，车桥容易与车身纵梁底部安装的弹性元件进行接触，说明汽车悬架中钢板弹簧的刚度偏小，导致了汽车悬架的上跳行程偏大，或者是汽车悬架的上跳空间过小，从而导致了悬架击穿。
步骤S40，获取汽车悬架中设于所述车桥顶部的弹性元件的受力数据与形变数据；
在本实施例当中，判断汽车悬架是否发生击穿，需要根据设于车身纵梁底面、位于悬架顶部的弹性元件在与车桥接触时的受力与形变情况来进行判定。
由于需要基于弹性元件的受力与形变情况来判断汽车悬架是否发生击穿，因此在施加垂向位移激励时，需要在弹性元件上设置对应的传感器件，用于获取受力与形变情况，从而得到悬架与车身相对运动时车桥与纵梁之间弹性元件的受力与形变数据。
示例而言，在弹性元件上贴设有应变片，该应变片贴附于弹性元件上时能够时刻监测弹性元件的受力与形变情况，持续的输出受力数据与形变数据。
步骤S50，根据所述受力数据与所述形变数据，判断所述汽车悬架是否发生击穿；
具体而言，在某一垂向位移激励下，获取弹性元件的受力数据与形变数据，根据弹性元件的受力数据与形变数据，判断弹性元件的压缩量是否达到预设的压缩量阈值，若是，判定汽车在该垂向位移激励对应的车速下，汽车悬架将发生击穿。
其中，预设的压缩量阈值为弹性元件在自然伸展状态下厚度的75%，即当汽车悬架的车桥在与弹性元件接触时造成弹性元件压缩75%以上时，表面汽车悬架中钢板弹簧的刚度偏小，造成上跳行程较大，从而引发悬架击穿。
其中，根据所述受力数据与所述形变数据，判断所述汽车悬架是否发生击穿的步骤，包括：
根据所述受力数据与所述形变数据，分别确定所述弹性元件的受力与形变量；
判断所述弹性元件的受力是否大于所述弹性元件的极限设计载荷，以及判断所述弹性元件的形变量是否超过所述弹性元件在未压缩状态下的75%；
若是，判定汽车悬架的上跳行程超过预设上跳行程，表面汽车悬架出现悬架击穿。
在本实施例当中，当根据弹性元件的受力数据与形变数据判定汽车悬架发生击穿时，本实施例当中所示方法进入步骤S60。
步骤S60，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计。
具体而言，当汽车悬架发生击穿，说明汽车悬架中钢板弹簧的刚度偏小，导致汽车悬架上跳行程偏大，从而引发悬架击穿，而对汽车悬架的设计参数进行优化，包括增加钢板弹簧的刚度，增加汽车悬架的上跳行程，从而得到汽车悬架的目标设计参数。
其中，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计的步骤，具体包括：
增加所述汽车悬架中钢板弹簧的弹簧刚度，以及增加汽车悬架的悬架上跳行程；
得到汽车悬架的目标设计参数，根据所述目标设计参数对所述动力学模型中的汽车悬架进行更新；
采用所述虚拟振动试验台对更新后的所述动力学模型进行再次垂向位移激励，获取汽车悬架中设于所述车桥顶部的弹性元件的受力数据与形变数据；
判断优化后汽车悬架的弹性元件受力与形变量是否均小于初始状态下弹性元件的受力与形变量；
若是，判定汽车悬架不会发生悬架击穿，按照所述目标设计参数对汽车悬架进行制作。
在本实施例当中，在得到汽车悬架的目标设计参数之后，还需要根据该目标设计参数对汽车悬架的结构进行改进，例如增加钢板弹簧的刚度，并通过虚拟振动试验台再次对动力学模型进行测试，只有在与引发悬架击穿相同的垂向位移激励下，不会再次出现悬架击穿时，才可根据该目标设计参数对汽车悬架进行改进，采用该目标车机参数改进的汽车悬架装配至车辆上时，在日常的用车过程中，也不会发生悬架击穿。
需要说明的是，本申请当中所示的汽车悬架优化设计方法，旨在通过对汽车悬架进行优化设计，降低汽车悬架发生悬架击穿的可能性，并不能从根本上杜绝汽车悬架在任意场景下可能发生的悬架击穿，也就是说，本实施例当中所示方法对汽车悬架进行优化，旨在降低汽车悬架中车桥与弹性元件的接触次数，以及降低车桥与弹性元件接触时弹性元件的压缩量，从而能够在大多数用车场景下保证汽车悬架不发生悬架击穿。
在一些更为具体的实施例当中，该方法包括：
如图2-图4所示，将动力学模型与虚拟振动试验台装配在一起，通过虚拟振动试验台对动力学模型施加不同频率的垂向方波脉冲位移激励，模拟实车以不同车速通过图5所示均匀间隔的凹坑凸块路面，激发车身系统共振，使得车桥和车身产生相对运动。其中，均匀间隔凹坑凸块路面前5个为凹坑，后5个为凸块，凹坑及凸块路的深度为L5=50mm，宽度为L2=800mm，长度为L6=2500mm，相邻两个凹坑或凸块的间隔为L3=15000mm，车辆轴距L4=3750mm，第一个凹坑距离起点距离L1=6000mm。
以车辆行驶速度V=60km/h车速为例，说明生成垂向方波脉冲位移激励所需参数计算公式如表1和图6所示，后轴的波形与前轴相同，但由于轴距原因，后轴激励信号比前轴滞后t4。
表1
依次类推，可依次得到车速为40/50/60/70km/h时，前轴及后轴垂向方波脉冲位移激励，每个车速对应于一个激励频率，并对第一步的建立的动力学模型依次进行激励，得到汽车悬架中弹性元件的受力及变形情况，如图7和图8所示。
从图7和图8可以看出，当车速为60km/h时，弹性元件变形量为76.3mm，超出了弹性元件自由长度的3/4，即超出了弹性元件极限压缩量75mm，汽车悬架上跳行程已超出设计值，弹性元件受力为39.9KN，超出汽车悬架块极限设计载荷30KN，表明后汽车悬架已经出现汽车悬架击穿问题。
当车速为60km/h时，车身相对地面的位移、车桥相对于地面的位移及车身与车桥的相对位移如图9所示，在持续的路面激励下，车身相对于地面的位移量越来越大，即车身的俯仰振幅越来越大。当车身与车桥的相对位移量在压缩方向达到极值76.3mm时，车桥向上跳动量为59.3mm，车身向下运动的位移量为-17mm，说明当车桥向上跳动时，车身的运动姿态为向下运动，两者相对运动挤压弹性元件，故产生了汽车悬架击穿问题。
其中路面激励频率为1.05Hz，而车身俯仰运动的固有频率为2.08Hz，固有频率约为路面激励频率的2倍，因此在持续的路面激励下，车身出现俯仰共振现象。
从上一步分析可知，引起汽车悬架击穿问题的原因为：车桥与车身之间的运动空间不足，即汽车悬架的上跳行程偏小；板簧的刚度偏小，造成车桥上跳行程偏大。因此，将板簧刚度由原方案80/180N/mm提高为85/220N/mm，汽车悬架上跳行程由原方案75mm增加至81mm。
针对优化后的汽车悬架参数，重新在虚拟试验台上进行垂向位移激励，并记录各车速下汽车悬架弹性元件的受力及变形情况，如图10和图11所示，优化后弹性元件的受力及变形量均小于原设计方案，且优化设计后的汽车悬架弹性元件的受力为12.9KN，变形量为70.5mm，两者均小于弹性元件的设计值，表明不会再出现汽车悬架击穿问题。
综上，与现有技术相比，采用本实施例当中所示的汽车悬架优化设计方法，有益效果在于：
通过建立整车刚柔耦合多体动力学模型以及四通道轮胎耦合虚拟振动试验台，并将动力学模型装配至虚拟振动试验台之上，对虚拟振动试验台输出不同频率的垂向位移激励以激发车身系统产生共振，使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动，并基于车身纵梁与车桥之间弹性元件的受力数据与形变数据判定汽车悬架是否发生击穿，在判定汽车悬架发生击穿时对汽车悬架的设计参数进行优化设计，得到目标设计参数，从而根据目标设计参数设计制作汽车悬架，能够有效汽车悬架发生悬架击穿的次数，保证舒适性，因此采用本申请所示的优化设计方法，能够在汽车的开发设计初期快速检测出汽车悬架可能发生的问题，并对汽车悬架进行优化，以解决背景技术中所记载的技术问题。
实施例二
请参阅图12，本发明的第二实施例提供了一种汽车悬架优化设计系统，所述系统包括：模型建立模块10、试验台构建模块20、试验模块30、数据获取模块40、条件判断模块50与参数优化模块60。
模型建立模块10，用于获取汽车的结构数据，根据所述结构数据建立整车刚柔耦合多体动力学模型；
试验台构建模块20，用于建立四通道轮胎耦合虚拟振动试验台；其中，所述虚拟振动试验台包括多个作动器及其托盘，所述作动器安装于固态表面之上；
试验模块30，用于将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，使所述托盘支撑所述动力学模型中的轮胎，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动；
数据获取模块40，用于获取汽车悬架中设于所述车桥顶部的弹性元件的受力数据与形变数据；
条件判断模块50，用于根据所述受力数据与所述形变数据，判断所述汽车悬架是否发生击穿；
参数优化模块60，用于在条件判断模块判定汽车悬架发生击穿时，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计。
与现有技术相比，采用本实施例当中所示的汽车悬架优化设计系统
通过建立整车刚柔耦合多体动力学模型以及四通道轮胎耦合虚拟振动试验台，并将动力学模型装配至虚拟振动试验台之上，对虚拟振动试验台输出不同频率的垂向位移激励以激发车身系统产生共振，使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动，并基于车身纵梁与车桥之间弹性元件的受力数据与形变数据判定汽车悬架是否发生击穿，在判定汽车悬架发生击穿时对汽车悬架的设计参数进行优化设计，得到目标设计参数，从而根据目标设计参数设计制作汽车悬架，能够有效汽车悬架发生悬架击穿的次数，保证舒适性，因此采用本申请所示的优化设计方法，能够在汽车的开发设计初期快速检测出汽车悬架可能发生的问题，并对汽车悬架进行优化，以解决背景技术中所记载的技术问题。
实施例三
本发明的第三实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述实施例当中所述方法的步骤。
实施例四
本发明的第四实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例当中所述方法的步骤。
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。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体与详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形与改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种汽车悬架优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：
获取汽车的结构数据，根据所述结构数据建立整车刚柔耦合多体动力学模型；
建立四通道轮胎耦合虚拟振动试验台；其中，所述虚拟振动试验台包括多个作动器及其托盘，所述作动器安装于固态表面之上；
将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，使所述托盘支撑所述动力学模型中的轮胎，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动；
获取汽车悬架中设于所述车桥顶部的弹性元件的受力数据与形变数据；
根据所述受力数据与所述形变数据，判断所述汽车悬架是否发生击穿；
若是，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计；
其中，生成垂向位移数据所需参数的计算公式包括：
前轴第一个脉冲开始时间T1=L1/V;
脉冲持续时间T2=L2/V；
脉冲间隔时间T3=L3/V；
后轴脉冲校对前轴滞后时间T4=L4/V；
路面激励频率f1=V/（L2+L3）。
2.根据权利要求1所述的汽车悬架优化设计方法，其特征在于，将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动的步骤，具体包括：
将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，按照测试要求，设定多个激励频率以分别对应汽车的不同车速；
对所述虚拟振动试验台施加不同的所述激励频率，以输出作用于所述动力学模型的垂向位移激励；
其中，所述垂向位移激励为垂向方波脉冲位移激励。
3.根据权利要求2所述的汽车悬架优化设计方法，其特征在于，根据所述受力数据与所述形变数据，判断所述汽车悬架是否发生击穿的步骤，包括：
根据所述受力数据与所述形变数据，分别确定所述弹性元件的受力与形变量；
判断所述弹性元件的受力是否大于所述弹性元件的极限设计载荷，以及判断所述弹性元件的形变量是否超过所述弹性元件在未压缩状态下的75%；
若是，判定汽车悬架的上跳行程超过预设上跳行程，表面汽车悬架出现悬架击穿。
4.根据权利要求1所述的汽车悬架优化设计方法，其特征在于，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计的步骤中，所述汽车悬架的设计参数包括：
汽车悬架中钢板弹簧的弹簧刚度；
汽车悬架的悬架上跳行程。
5.根据权利要求4所述的汽车悬架优化设计方法，其特征在于，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计的步骤，具体包括：
增加所述汽车悬架中钢板弹簧的弹簧刚度，以及增加汽车悬架的悬架上跳行程；
得到汽车悬架的目标设计参数，根据所述目标设计参数对所述动力学模型中的汽车悬架进行更新；
采用所述虚拟振动试验台对更新后的所述动力学模型进行再次垂向位移激励，获取汽车悬架中设于所述车桥顶部的弹性元件的受力数据与形变数据；
判断优化后汽车悬架的弹性元件受力与形变量是否均小于初始状态下弹性元件的受力与形变量；
若是，判定汽车悬架不会发生悬架击穿，按照所述目标设计参数对汽车悬架进行制作。
6.根据权利要求1-5任一项所述的汽车悬架优化设计方法，其特征在于，所述动力学模型包括前悬架、后悬架、转向、动力总成及车身；
前悬架为麦弗逊结构，包括摆臂、转向节、副车架及减振器，副车架与摆臂、转向机和车身通过衬套连接；后悬架为钢板弹簧非独立悬架，包括驱动桥、钢板弹簧及减振器；
其中，获取汽车的结构数据，根据所述结构数据建立整车刚柔耦合多体动力学模型的步骤，具体包括：
获取汽车的结构数据，所述结构数据包括悬架结构数据；
根据所述悬架结构数据，运用模态综合法，通过模态中性文件对车辆的副车架进行柔性化处理，采用离散梁法建立钢板弹簧模型，以得到所述动力学模型。
7.一种汽车悬架优化设计系统，其特征在于，所述系统包括：
模型建立模块，用于获取汽车的结构数据，根据所述结构数据建立整车刚柔耦合多体动力学模型；
试验台构建模块，用于建立四通道轮胎耦合虚拟振动试验台；其中，所述虚拟振动试验台包括多个作动器及其托盘，所述作动器安装于固态表面之上；
试验模块，用于将所述动力学模型装配于所述虚拟振动试验台之上，使所述托盘支撑所述动力学模型中的轮胎，对所述虚拟振动试验台施加不同频率的垂向位移激励，激发车身系统产生共振以使汽车悬架中的车桥与车身产生相对运动；
数据获取模块，用于获取汽车悬架中设于所述车桥顶部的弹性元件的受力数据与形变数据；
条件判断模块，用于根据所述受力数据与所述形变数据，判断所述汽车悬架是否发生击穿；
参数优化模块，用于在条件判断模块判定汽车悬架发生击穿时，对汽车悬架的设计参数进行优化，得到目标设计参数，以根据所述目标设计参数对汽车悬架进行设计；
其中，生成垂向位移数据所需参数的计算公式包括：
前轴第一个脉冲开始时间T1=L1/V;
脉冲持续时间T2=L2/V；
脉冲间隔时间T3=L3/V；
后轴脉冲校对前轴滞后时间T4=L4/V；
路面激励频率f1=V/（L2+L3）。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-6任意一项所述方法的步骤。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6任意一项所述方法的步骤。
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| GR01 | Patent grant | ||
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