一种轿车扭力梁后桥轻量化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种轿车扭力梁后桥轻量化设计方法，对现有后桥结构按拓扑优化方法进行优化，通过优化设计理论，考虑侧翻工况下的边界条件、载荷情况以及行驶时遇到的各种工况和各工况下需要满足的强度、刚度、固有频率等约束条件，借助计算机虚拟分析技术，分析优化了后桥结构，达到结构最优、性能最好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车
，尤其涉及一种轿车扭力梁后桥轻量化设计方法。
技术介绍
随着汽车产业的发展，汽车工业面临严峻的节能与环保的突出问题。日益严格的排放法规及汽车厂商之间激烈的竞争推动着汽车技术不断向更节能、环保、安全的方向发展。提高燃油经济性以降低油耗、减少排放成为世界汽车工业界亟待解决的两大问题。大力发展汽车轻量化技术，在保障汽车安全性和其他基本性能的前提下，通过减轻汽车自身重量来实现节能减排。在当今新能源汽车技术不成熟及发动机技术提升难度日益加大的背景下，不论对传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的关键基础技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种确定轿车扭力梁后桥合理结构、实现了零件轻量化目标，满足侧翻工况下的边界条件，优化后桥结构，满足结构最优、性能最好的轿车扭力梁后桥轻量化设计方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种轿车扭力梁后桥轻量化设计方法，包括如下步骤：1)根据车身采用的后桥方案修改为简化模型，保留了轮毂、铰链连接处、弹簧座、阻尼的位置；2)利用三维建模软件将参数化模型导入有限元软件中，确定后桥拓扑优化的设计空间，将设计空间划分为设计域和非设计域，作为初始设计域；3)建立拓扑优化数学模型：对模型进行网格划分，对设计域进行分析；确定后桥侧翻工况下的边界条件、载荷情况以及行驶时遇到的各种工况和各工况下需要满足的强度、刚度、固有频率约束条件；4)迭代求解：以减少结构材料、轻量化为目的，在软件计算后获得拓扑优化最佳轻量化结构。在尾部的两个加强板结构能够满足侧翻时承受的横向力所需的结构刚度。上述第3步中，侧翻工况受力分析：当汽车发生侧翻时，侧向力最大，纵向力为0，外轮上的垂直反力Fz2o和内轮上的垂直反力Fz2i分别为：Fz2i＝G2-Fz2i，式中，hg为汽车质心高度，B2为轮距，为侧滑附着系数，G2是指驱动桥最大静载轴荷；外轮上侧向力Fy2o和内轮上侧向力Fy2i分别为：内、外轮上的总侧向力Fy2为计算后桥轴荷取6000N，即G2＝6000N，hg为486mm，B2为2700N，为1.0；则外轮上的垂直反力Fz2o和内轮上的垂直反力Fz2i分别为4080N和1920N；外轮上侧向力Fy2o和内轮上侧向力Fy2i分别为4080N和1920N。上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，考虑侧翻工况下的边界条件、载荷情况以及行驶时遇到的各种工况和各工况下需要满足的强度、刚度、固有频率等约束条件，在软件计算后获得拓扑优化最佳轻量化结构。附图说明图1为本专利技术实施例中提供的轿车扭力梁后桥轻量化设计方法的初始设计域的结构示意图；图2为在有限元软件中图1的初始设计域及网格划分的结构示意图；图3为图1的有限元软件优化结果的示意图；图4为图1的有限元软件优化结果的示意图；图5为优化后的最终三维模型图；图6为后桥受力情况图；具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术为考虑侧翻工况下的边界条件、载荷情况以及行驶时遇到的各种工况和各工况下需要满足的强度、刚度、固有频率等约束条件，在软件计算后获得拓扑优化最佳轻量化结构。参见图1，通过确定后桥拓扑优化的设计空间，将设计空间划分为设计域和非设计域，确定后桥满载行驶时的位移边界条件、载荷情况以及启动或制动工况下需要满足的强度、刚度、固有频率等约束条件，在软件计算后获得拓扑优化最佳轻量化结构。该结构为侧翻工况下拓扑优化后的简化模型，由图中可以看出此结构在满足上述要求的情况下，实现了减少结构材料的目的，由于侧翻时横向受力较大，而在尾部的两个加强板结构恰好能够满足侧翻时承受的横向力所需的结构刚度。具体步骤如下：1)根据车身采用的后桥方案修改为简化模型，保留了轮毂、铰链连接处、弹簧座、阻尼的位置；2)利用三维建模软件将参数化模型导入有限元软件中，确定后桥拓扑优化的设计空间，将设计空间划分为设计域和非设计域，作为初始设计域；如图1所示；3)建立拓扑优化数学模型：对模型进行网格划分，对设计域进行分析；如图2所示；确定后桥侧翻工况下的边界条件、载荷情况以及行驶时遇到的各种工况和各工况下需要满足的强度、刚度、固有频率约束条件；4)迭代求解：以减少结构材料、轻量化为目的，在软件计算后获得拓扑优化最佳轻量化结构；如图3和4所示。根据拓扑优化结果创建CAD模型，如图5所示。在尾部的两个加强板结构能够满足侧翻时承受的横向力所需的结构刚度。后桥结构的受力情况如图6所示；自由度约束为两侧轮毂中心和铰接处中心约束x、y、z三个方向的平动。侧翻工况受力分析：当汽车发生侧翻时，侧向力最大Fy2最大，纵向力Fx2＝0，外轮上的垂直反力Fz2o和内轮上的垂直反力Fz2i分别为：Fz2i＝G2-Fz2i＝1920N式中，hg为汽车质心高度，值为486mm，B2为轮距，值为2700N，为侧滑附着系数，计算时取1.O；外轮上侧向力Fy2o和内轮上侧向力Fy2i分别为：内、外轮上的总侧向力Fy2为采用上述的方案后，考虑侧翻工况下的边界条件、载荷情况以及行驶时遇到的各种工况和各工况下需要满足的强度、刚度、固有频率等约束条件，在软件计算后获得拓扑优化最佳轻量化结构。上面结合附图对本专利技术进行了示例性描述，显然本专利技术具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本专利技术的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本专利技术的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轿车扭力梁后桥轻量化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据车身采用的后桥方案修改为简化模型，保留了轮毂、铰链连接处、弹簧座、阻尼的位置；2)利用三维建模软件将参数化模型导入有限元软件中，确定后桥拓扑优化的设计空间，将设计空间划分为设计域和非设计域，作为初始设计域；3)建立拓扑优化数学模型：对模型进行网格划分，对设计域进行分析；确定后桥侧翻工况下的边界条件、载荷情况以及行驶时遇到的各种工况和各工况下需要满足的强度、刚度、固有频率约束条件；4)迭代求解：以减少结构材料、轻量化为目的，在软件计算后获得拓扑优化最佳轻量化结构。

【技术特征摘要】
1.一种轿车扭力梁后桥轻量化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据车身采用的后桥方案修改为简化模型，保留了轮毂、铰链连接处、弹簧座、阻尼
的位置；
2)利用三维建模软件将参数化模型导入有限元软件中，确定后桥拓扑优化的设计空
间，将设计空间划分为设计域和非设计域，作为初始设计域；
3)建立拓扑优化数学模型：
对模型进行网格划分，对设计域进行分析；
确定后桥侧翻工况下的边界条件、载荷情况以及行驶时遇到的各种工况和各工况下需
要满足的强度、刚度、固有频率约束条件；
4)迭代求解：
以减少结构材料、轻量化为目的，在软件计算后获得拓扑优化最佳轻量化结构。
2.如权利要求1所述的轿车扭力梁后桥轻量化设计方法，其特征在于，在尾部的两个加
强板结构能够满足侧翻时承受的横向力所需的结构刚度。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建中，张洪延，汪彬，胡修凯，
申请(专利权)人：众泰控股集团有限公司，浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33