复合空气悬架系统数值仿真方法技术方案

本发明专利技术属于车辆动力学仿真技术领域，公开了一种复合空气悬架系统数值仿真方法，具体包括如下步骤：S1、建立复合空气悬架系统三维模型；S2、建立复合空气悬架系统中各部件的有限元模型；S3、建立夹紧机构总成的有限元模型；S4、夹紧机构局部坐标系的建立与坐标变换；S5、复合空气悬架系统中各部件的接触设置；S6、进行弹性元件的刚度模拟；S7、轮胎接地点建模；S8、进行复合空气悬架预紧力工况设置与计算；S9、进行复合空气悬架使用工况设置与计算；S10、结果判定。该复合空气悬架系统数值仿真方法能够真实反映复合空气悬架系统中的各部件的真实情况，以及接触关系，提高了仿真结果的准确性和真实性。准确性和真实性。准确性和真实性。

【技术实现步骤摘要】
复合空气悬架系统数值仿真方法


[0001]本专利技术涉及车辆动力学仿真
，尤其涉及一种复合空气悬架系统数值仿真方法。

技术介绍

[0002]复合式空气悬架的空气弹簧和导向臂集成在同一悬架系统中。其中导向臂起到传力导向杆系的作用，同时也承载部分外载，即导向臂的刚度是复合式空气悬架刚度的一部分。对于商用车架，该复合式空气悬架的布置方便，受力合理；对于传统的钢板弹簧匹配桥，具有良好的通用型，不需要对桥进行大量结构改动；车轴具有理想的运动轨迹，制造成本低。复合式空气悬架系统的结构较为复杂，包含了导向臂大支架、导向臂、桥体、托板以及盖板五个关键部件，整个复合式空气悬架系统的计算融合了几何非线性、接触非线性和材料非线性，具体体现在：首先，该复合式空气悬架系统具有两套夹紧机构，即桥模块夹紧机构(其中包括U型螺栓、盖板和垫块)和导向臂大支架夹紧机构(其中包括螺栓、橡胶衬套和挡圈)；其次，各部件间呈片间接触，接触对的数量众多；最后，需要考虑材料的非线性问题，该非线性问题具体体现在：需要准确模拟导向臂橡胶衬套的垂向刚度和轴向刚度；需要准确模拟导向臂气囊的刚度。
[0003]现有技术中对于导向臂空气悬架结构的有限元仿真计算方法虽然利用有限元分析软件对空气悬架系统进行了整体建模，但存在如下缺陷：第一，并未考虑气囊刚度的建模，而气囊刚度是空气悬架系统模拟的关键点，气囊的刚度对于空气悬架的计算结果有很大影响；第二，该有限元仿真以轮心为悬架系统的载荷输入位置，并不是以轮胎接地点为输入位置，而以轮胎接地点作为载荷输入位置更符合实际情况；第三，该有限元仿真仅对导向臂进行了有效评估，而对其他部件的动力学计算结果并未得到准确性验证。且对于桥壳的模型做了极大的简化，并没有建立鼓包，而鼓包对于桥的刚度影响较大，进而对空气悬架系统在三个极限工况的刚度影响极大，最终影响了导向臂大支架的受力与评价；第四，未考虑导向臂大支架处的夹紧机构的建模与仿真，因此未能考虑导向臂大支架处的夹紧工况对导向臂大支架的预应力的影响情况；第五，由于没有考虑连接板处的气囊刚度，因此无法对连接板进行有效评价。综上所述，上述对于导向臂空气悬架结构的有限元计算方法对模型和约束做了太大的简化，并且不能对整个复合空气悬架系统中的各部件分别进行计算和评估。
[0004]因此，亟需一种复合空气悬架系统数值仿真方法，以解决以上问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种复合空气悬架系统数值仿真方法，该复合空气悬架系统数值仿真方法能够真实反映复合空气悬架系统中的各部件的真实情况，以及接触关系，提高了仿真结果的准确性和真实性。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]复合空气悬架系统数值仿真方法，具体包括如下步骤：
[0008]S1、建立复合空气悬架系统三维模型；
[0009]S2、建立复合空气悬架系统中各部件的有限元模型；
[0010]S3、建立夹紧机构总成的有限元模型；
[0011]S4、夹紧机构局部坐标系的建立与坐标变换；
[0012]S5、复合空气悬架系统中各部件的接触设置；
[0013]S6、进行弹性元件的刚度模拟；
[0014]S7、轮胎接地点建模；
[0015]S8、进行复合空气悬架预紧力工况设置与计算；
[0016]S9、进行复合空气悬架使用工况设置与计算；
[0017]S10、结果判定。
[0018]可选地，步骤S2具体包括如下步骤：
[0019]S21、采用3mm网格，4节点四面体单元建立导向臂大支架的有限元模型；
[0020]S22、采用6mm网格，8节点六面体单元建立导向臂的有限元模型；
[0021]S23、采用5mm网格，8节点六面体单元建立桥体的有限元模型；
[0022]S24、采用3mm网格，4节点四面体单元建立托板的有限元模型；
[0023]S25、采用3mm网格，4节点四面体单元建立盖板的有限元模型。
[0024]可选地，步骤S3具体包括如下步骤：
[0025]S31、建立桥模块夹紧机构的有限元模型；
[0026]S32、建立导向臂大支架模块夹紧机构的有限元模型。
[0027]可选地，在步骤S32中，具体包括如下步骤：
[0028]S321、采用4mm网格，8节点六面体单元建立螺栓的有限元模型；
[0029]S322、初步简化橡胶衬套结构；
[0030]S323、采用4mm网格，8节点六面体单元建立橡胶衬套结构的有限元模型；
[0031]S324、确定图纸设计的橡胶衬套刚度比值μ
real
值；
[0032]S325、比较μ
real
和简化的橡胶衬套刚度比值μ
simplified
。
[0033]可选地，在步骤S325中，若μ
real
>μ
simplified
，则缩短外侧钢圈的轴向长度，重新计算μ
simplified
，直至μ
real
＝μ
simplified
，得到最终的橡胶衬套有限元模型；
[0034]若μ
real
<μ
simplified
，则延长外外侧钢圈轴向长度，重新计算μ
simplified
，直至μ
real
＝μ
simplified
，得到最终的橡胶衬套有限元模型。
[0035]可选地，步骤S31具体包括如下步骤：
[0036]S311、采用5mm网格，8节点六面体单元建立U型螺栓的有限元模型；
[0037]S312、采用3mm网格，4节点四面体单元建立盖板的有限元模型；
[0038]S313、采用4mm网格，4节点四面体单元建立垫板的有限元模型。
[0039]可选地，在步骤S5中，具体包括如下步骤：
[0040]S51、建立复合空气悬架系统中各部件的接触关系；
[0041]S52、设置接触关系表。
[0042]可选地，步骤S6具体包括如下步骤：
[0043]S61、基于多元非线性回归模型设置导向臂衬套橡胶材料本构参数；
[0044]S62、进行导向臂气囊刚度模拟。
[0045]可选地，步骤S61具体包括如下步骤：
[0046]S611、确定因素、数量和取值范围；
[0047]S612、制定因素水平编码；
[0048]S613、进行正交组合仿真方案设计，得出计算结果；
[0049]S614、回归方程的建立；
[0050]S615、最小二乘法求得橡胶材料本构参数C
10
和C
01
的值；
[0051]S616、单个橡胶衬套刚度仿真值与试验值一致性验证。
[0052]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.复合空气悬架系统数值仿真方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、建立复合空气悬架系统三维模型；S2、建立复合空气悬架系统中各部件的有限元模型；S3、建立夹紧机构总成的有限元模型；S4、夹紧机构局部坐标系的建立与坐标变换；S5、复合空气悬架系统中各部件的接触设置；S6、进行弹性元件的刚度模拟；S7、轮胎接地点建模；S8、进行复合空气悬架预紧力工况设置与计算；S9、进行复合空气悬架使用工况设置与计算；S10、结果判定。2.根据权利要求1所述的复合空气悬架系统数值仿真方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下步骤：S21、采用3mm网格，4节点四面体单元建立导向臂大支架的有限元模型；S22、采用6mm网格，8节点六面体单元建立导向臂的有限元模型；S23、采用5mm网格，8节点六面体单元建立桥体的有限元模型；S24、采用3mm网格，4节点四面体单元建立托板的有限元模型；S25、采用3mm网格，4节点四面体单元建立盖板的有限元模型。3.根据权利要求1所述的复合空气悬架系统数值仿真方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步骤：S31、建立桥模块夹紧机构的有限元模型；S32、建立导向臂大支架模块夹紧机构的有限元模型。4.根据权利要求3所述的复合空气悬架系统数值仿真方法，其特征在于，在步骤S32中，具体包括如下步骤：S321、采用4mm网格，8节点六面体单元建立螺栓的有限元模型；S322、初步简化橡胶衬套结构；S323、采用4mm网格，8节点六面体单元建立橡胶衬套结构的有限元模型；S324、确定图纸设计的橡胶衬套刚度比值μ
real
值；S325、比较μ
real
和简化的橡胶衬套刚度比值μ
simplified
。5.根据权利要求4所述的复合空气悬架系统数值仿真方法，其特征在于，在步骤S325中，若μ
real
>μ
simplified
，则缩短外侧钢圈的轴向长度，重新计算μ
simplified
，直至μ
real
＝μ
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【专利技术属性】
技术研发人员：黑大全，黄德惠，张金鹏，张排排，卢佳，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：