414_孙义杰_MotionView在扭梁式悬架参数研究中的应用

Altair 2010 HyperWorks技术大会论文集 - 1 - MotionView在扭梁式悬架参数研究中的应用 孙义杰 代立宏 王江涛 杨阳 安徽奇瑞汽车股份有限公司 芜湖 241009 摘 要: 扭梁式悬架是常用的一种汽车悬架结构形式，也是悬架设计中较难设计的一种悬 架。本文从多体动力学角度对扭梁式悬架参数进行了全面的研究，得出了这类悬架众多设计 参数对 KC 关键性能的影响程度表，这对扭梁式悬架的设计人员具有借鉴和指导意义。 关键词: MotionView，扭梁式悬架，参数研究 1 前言 扭梁式悬架在经济型轿车中应用广泛。这种悬架结构较简单，但由于其对动力学性能以 及疲劳耐久性要求较高，包含了众多设计和制造难点，设计的不合理往往会造成悬架的性能 不佳，以及后轴部件的疲劳失效，从而影响到整个汽车的研发周期。因此，如何实现扭梁式 悬架的最佳化和最短周期的设计，是底盘设计难点。 MotionView 是 Altair 公司 HyperWorks 软件平台下一款多体动力学分析软件，它集成 了强大的多体动力学前处理软件 MotionView 和多体求解器 MotionSolve。本文从多体动力 学角度，提取出该悬架的关键设计参数，借助了 MotionView软件进行了这些参数对悬架 KC 性能的影响研究，得出了影响参数表，这将对扭梁式悬架的设计人员具有借鉴和指导意义。 2 扭梁式悬架参数化模型 扭梁式悬架的关键部件是扭转梁，也称为后轴，该部件的结构和各个橡胶衬套部件以 及减震弹簧系统等综合影响到悬架的 K&C 性能。为了了解悬架参数影响 K&C 那些性能以 及影响的程度，从而确定结构优化与 MBD优化的着重点，因此我们将纵臂衬套硬点、刚度 和衬套空间角度，横梁开口方向等作为建立多体动力学模型的需要考虑的设计参数，扭梁式 悬架所关心的 K&C性能参数作为评价的目标。 其中硬点、各类刚度和衬套布置角度均来自某款车型数据，而且也都很容易在 MotionView 软件中实现自动参数化。后轴结构使用具有剪切梁（代表横梁的剪切属性）和 质心梁（代表横梁的质量属性）两种梁结构的后轴参数化模型（见图 1）。剪切梁和质心梁 的相对夹角实现横梁不同开口方向，剪切梁和质心梁的属性通过改变 MotionView所提供的 属性来实现。 Altair 2010 HyperWorks技术大会论文集 - 2 - 图 1 扭梁式悬架参数化模型 剪切梁和质心梁的位置可使用已有的网格模型，借助 HyperBeam来自动计算梁截面的 剪切中心和质心坐标，其示意图如图 2所示。 a 横梁网格模型 b HyperBeam梁模型（示意图） 图 2 后轴参数化方法示意图 3 悬架参数的研究方法 根据上述建模方法，我们就可以全面研究硬点、刚度和空间角度以及横梁开口方向等 因素对悬架 K&C性能的影响，为该类型悬架设计提供参考依据，具体实现的方法如下文所 描述，由于涉及到数据保密，所关心 K&C性能参数使用代号处理。 3.1 衬套属性的研究方法 衬套参数分为刚度参数、夹角参数和位置参数，研究方法如下： 1）考虑到橡胶件刚度特性稳定性差的特点，分别改变衬套径向和轴向移动刚度的 25％ 并研究其对悬架目标参数的影响； 2）改变衬套扭转刚度的 25％、50％并研究其对悬架目标参数的影响； 由于 MotionView 的前处理十分方便，我们可以直接在输入的线性或非线性刚度参数前 乘以一个系数来实现数值的放大和缩小，如图 3 所示为某线性刚度衬套的刚度缩小 25％如 何在 MotionView中实现的公式。 剪切中心 质心位置 Altair 2010 HyperWorks技术大会论文集 - 3 - 图 3 刚度改变的方法 3）衬套轴线夹角方法是改变俯视图下纵臂衬套轴线与侧向方向夹角的 25％，研究其对 悬架目标参数的影响，分为减小夹角（red25%）和增加夹角（add25%）两种情况，下图 是初始夹角（originally direction）和这两种情况的对比图形； 图 4 衬套轴线方向改变的示意图 4）根据设计要求，只考虑纵臂衬套的硬点在上下方向移动对悬架主要目标参数的影响， 3.2 横梁属性的研究方法 根据建立的后轴参数化模型，通过改变剪切梁和质心梁的硬点位置和刚度实现横梁不同 开口方向和梁的尺寸对悬架 K&C性能的研究。 以汽车坐标系为参考，图 2b 所示梁的开口方向朝汽车前进方向，此时质心位置处于剪 切中心之前，当剪切中心不变，朝下旋转 90度时，此时质心位于剪切中心的下面，此时代 表了梁的开口朝下，分别对比两种模型 K&C计算结果，通过这种方法实现梁开口方向对悬 架 K&C性能的影响。 梁的尺寸是通过改变图 5所示的 Area和 I11、I22、I33数值来实现，这些数据可以通过 梁的实际结构来计算而得。 图 5 横梁特性参数化示意图 Altair 2010 HyperWorks技术大会论文集 - 4 - 3.3 其它参数的研究方法 其余参数包括了轮心位置，弹簧刚度以及减震器阻尼等参数，这些参数都可以直接在 MotionView 中找到对应的变量参数，只需改变这些参数然后分析改变前后所关心的悬架 K&C性能的改变即可，在此就不详细说明了。 4 研究结果 通过上述参数研究方法，最终得出了扭梁式悬架的不同参数的影响程度统计表（表 1 所示为部分统计结果），这为今后同类悬架的设计提供了详细的设计依据。同时根据研究结 果，对该款悬架提出了改进意见，改进后的悬架设计通过 K&C实验证明接近目标车性 能，从而实现了悬架性能的优化设计。 表 1 扭梁式悬架影响程度统计表 硬点 纵臂衬套 扭梁属性 K&C 性能 纵臂衬套上 下方向变化 轮心位置前 后方向变化 轮心位置左 右方向变化 纵臂衬套 径向刚度 纵臂衬套 轴向刚度 衬套轴向 扭转刚度 衬套轴 线夹角 朝下改为 朝前 KC1 + + + - - - + + KC2 - + + - - - - + KC3 - ++ - - - - - - KC4 ++ + - - - - - - KC5 - + - - - - - - KC6 ++ + + - - - - + KC7 - ++ ++ - - - - + … - - - + ++ - ++ - 表中：-表示无影响 +表示有影响 ＋＋表示影响较大 5 结束语 本文利用 MotionView 软件开放性特点，建立了扭梁式悬架的全参数化模型，得出了该 类悬架所关心的设计参数对悬架 KC性能的影响程度，同时根据已有的研究结果，优化了某 款车型后扭梁式悬架的设计方案，实验结果证明该方法是较为准确和有效的，这为解决扭梁 式悬架设计难点提供了有益的尝试。 6 参考文献 [1] 郭孔辉. 汽车操纵动力学. 吉林科学技术出版社，1991. [2] MotionView User’s Manual 前言 扭梁式悬架参数化模型 悬架参数的研究方法 研究结果 结束语 参考文献