一种前束控制臂的设计方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种前束控制臂的设计方法。包括：对参考车前束控制臂的性能进行分析，获得性能约束参数；确定待设计前束控制臂的挤压截面的设计空间，基于性能约束参数，对挤压截面进行拓扑优化，获得挤压截面的材料分布形式；沿挤压截面的厚度方向进行三维扩展，获得初版前束控制臂；基于性能约束参数，对初版前束控制臂的外观、尺寸进行优化，获得第二版前束控制臂；对第二版前束控制臂进行工艺分析，根据分析的结果继续调整第二版前束控制臂的结构参数，获得第三版前束控制臂；对第三版前束控制臂进行性能分析，获得性能参数，若性能参数合格，则将第三版前束控制臂确定为目标前束控制臂。可以有效实现前束控制臂的轻量化。

A design method of toe control arm

【技术实现步骤摘要】
一种前束控制臂的设计方法
本专利技术实施例涉及汽车设计
，尤其涉及一种前束控制臂的设计方法。
技术介绍
前束控制臂是汽车底盘悬架系统的传力部件之一，它的主要作用是传递副车架和转向节之间的力矩，改变车轮的前束角度。前束控制臂的设计要求结构简单、可靠性好、有一定强度。挤压型材前束控制臂由铝合金挤压、切割、机加等工序最终成型，相对于钢管焊接或铝合金铸/锻造工艺，具有轻量化、低成本、工艺简单、模具成本低、生产效率高等优点。前束控制臂的现有设计方法是在对标车或平台车原有控制臂基础上，根据设计经验和性能要求，对原有前束控制臂进行结构和材料分布参考，通过反复有限元计算或试验验证及修改得到满足设计要求的零件，现有设计方法存在以下缺点：1、若对标车或平台车前束控制臂设计不合理，会导致新设计前束控制臂后续设计不合理，不满足设计要求或设计冗余，且浪费时间和人力；2、目前主流的控制臂轻量化优化方法多采用拓扑优化，方法比较单一，仅有一个骨架轮廓，结构不够细致，对形貌、尺寸、料厚控制不精确；3、除了性能和结构外，在挤压型材前束控制臂设计过程中未考虑挤压工艺因素，虽然一些结构优化软件可以考虑冲压和锻造的开模方向，但无法考虑挤压工艺过程带来的尺寸变化和应力变化。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种前束控制臂的设计方法，可以有效实现前束控制臂的轻量化，同时降低前束控制臂设计的周期及成本、方法通用且可操作性强。第一方面，本专利技术实施例提供了一种前束控制臂的设计方法，该方法包括：对参考车前束控制臂的性能进行分析，获得性能约束参数；其中，所述性能约束参数包括：稳态性能参数、疲劳性能参数和模态性能参数；确定待设计前束控制臂的挤压截面的设计空间，基于所述性能约束参数，对所述挤压截面进行拓扑优化，获得所述挤压截面的材料分布形式；沿所述挤压截面的厚度方向进行三维扩展，获得初版前束控制臂；基于所述性能约束参数，对所述初版前束控制臂的外观尺寸进行优化，获得第二版前束控制臂；对所述第二版前束控制臂进行工艺分析，根据分析的结果继续调整第二版前束控制臂的结构参数，获得第三版前束控制臂；对所述第三版前束控制臂进行性能分析，获得性能参数，若性能参数合格，则将第三版前束控制臂确定为目标前束控制臂。进一步地，对参考车前束控制臂的性能进行分析，获得性能约束参数，包括：获取参考车前束控制臂连接点处的静态载荷和动态载荷；建立参考车前束控制臂的有限元模型，将所述静态载荷和动态载荷输入所述有限元模型，获得稳态性能参数和疲劳性能参数；基于所述有限元模型进行模态分析，获得模态性能参数。进一步地，获取参考车前束控制臂连接点处的静态载荷和动态载荷，包括：根据参考车的路谱试验数据建立多体动力学模型；计算所述参考车在设定工况下的轮胎接地力，将所述轮胎接地力输入所述多体动力学模型，获得参考车前束控制臂连接点处的静态载荷和动态载荷。进一步地，建立参考车前束控制臂的有限元模型，包括：对参考车前束控制臂的模拟几何模型进行网格划分，所述模拟几何模型中的球铰和衬套处的连接由刚性连接单元模拟；对所述模拟几何模型设置材料参数，获得有限元模型。进一步地，确定待设计前束控制臂的挤压截面的设计空间，基于所述性能约束参数，对所述挤压截面进行拓扑优化，获得所述挤压截面的材料分布形式，包括：根据待设计前束控制臂的最大轮廓确定挤压截面的设计空间；基于所述性能约束参数，在设计空间内进行拓扑优化，获得优化后的材料分布形式。进一步地，基于所述性能约束参数，对所述初版前束控制臂的外观尺寸进行优化，获得第二版前束控制臂，包括：对所述初版前束控制臂的曲面及圆角进行平滑处理；基于所述性能约束参数，调整平滑处理后的初版前束控制臂的尺寸，获得第二版前束控制臂，所述尺寸包括壁厚、圆角半径、内部骨架尺寸。进一步地，对所述第二版前束控制臂进行工艺分析，根据分析的结果继续调整第二版前束控制臂的结构参数，获得第三版前束控制臂，包括：对所述第二版前束控制臂按照设定流程进行工艺分析，获得应力和形变分析结果；根据所述应力和形变分析结果对第二版前束控制臂进行结构调整，获得第三版前束控制臂。进一步地，对所述第三版前束控制臂进行性能分析，获得性能参数，若性能参数合格，则将第三版前束控制臂确定为目标前束控制臂，包括：对所述第三版前束控制臂进行有限元性能分析，获得性能参数；将所述性能参数和所述性能约束参数进行比对，确定第三版前束控制臂是否合格；若合格，则将第三版前束控制臂确定为目标前束控制臂。进一步地，在将第三版前束控制臂确定为目标前束控制臂之后，还包括：对所述目标前束控制臂按照产品需求进行后期处理；其中产品需求包括倒角、公差、粗糙度、技术要求、相关标准。本专利技术实施例提供的前束控制臂的设计方法，首先对参考车前束控制臂的性能进行分析，获得性能约束参数；然后确定待设计前束控制臂的挤压截面的设计空间，基于性能约束参数，对挤压截面进行拓扑优化，获得挤压截面的材料分布形式，再然后沿挤压截面的厚度方向进行三维扩展，获得初版前束控制臂，再然后基于性能约束参数，对初版前束控制臂的外观尺寸进行优化，获得第二版前束控制臂，并对第二版前束控制臂进行工艺分析，根据分析的结果继续调整第二版前束控制臂的结构参数，获得第三版前束控制臂，最后对第三版前束控制臂进行性能分析，获得性能参数，若性能参数合格，则将第三版前束控制臂确定为目标前束控制臂。可以有效实现前束控制臂的轻量化，同时降低前束控制臂设计的周期及成本、方法通用且可操作性强。附图说明图1是本专利技术实施例一中的一种前束控制臂的设计方法的流程图；图2是本专利技术实施例一中的获取性能约束参数的流程图；图3是本专利技术实施例一中的前束控制臂优化示例图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术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专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的一种前束控制臂的设计方法的流程图，本实施例可适用于对车辆前束控制臂进行设计的情况，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：步骤110，对参考车前束控制臂的性能进行分析，获得性能约束参数。其中，性能约束参数包括：稳态性能参数、疲劳性能参数和模态性能参数。稳态性能参数可以包括前束控制臂的刚度、强度等性能参数；疲劳性能参数可以包括前束控制臂的各点处的疲劳寿命及疲劳损伤值；模态性能参数可以包括前束控制臂的前6阶弹性体模态的振型及固有频率。参考车可以是对标车或平台车。图2为本专利技术实施例中获取性能约束参数的流程图。具体的，对参考车前束控制臂的性能进行分析，获得性能约束参数的过程可以是：获取参考车前束控制臂连接点处的静态载荷和动态载荷；建立参考车前束控制臂的有限元模型，将静态载荷和动态载荷输入有限元模型，获得稳态性能参数和疲劳性能参数；基于有限元模型进行模态分析，获得模态性能参数。其中，获取参考车前束控制臂连接点处的静态载荷和动态载荷的方式可以是：根据参考车的路谱试验数据建立多体动力学模型；计算参考车在设定工况下的轮胎接地力，将轮胎接地力输入多体动力学模型，获得参考车前束控制臂连接点处的静态载荷和动态载荷。路谱试验数据可以是参考车的12通道随机道路载荷谱数据。设定工况本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种前束控制臂的设计方法，其特征在于，包括：对参考车前束控制臂的性能进行分析，获得性能约束参数；其中，所述性能约束参数包括：稳态性能参数、疲劳性能参数和模态性能参数；确定待设计前束控制臂的挤压截面的设计空间，基于所述性能约束参数，对所述挤压截面进行拓扑优化，获得所述挤压截面的材料分布形式；沿所述挤压截面的厚度方向进行三维扩展，获得初版前束控制臂；基于所述性能约束参数，对所述初版前束控制臂的外观、尺寸进行优化，获得第二版前束控制臂；对所述第二版前束控制臂进行工艺分析，根据分析的结果继续调整第二版前束控制臂的结构参数，获得第三版前束控制臂；对所述第三版前束控制臂进行性能分析，获得性能参数，若性能参数合格，则将第三版前束控制臂确定为目标前束控制臂。

【技术特征摘要】
1.一种前束控制臂的设计方法，其特征在于，包括：对参考车前束控制臂的性能进行分析，获得性能约束参数；其中，所述性能约束参数包括：稳态性能参数、疲劳性能参数和模态性能参数；确定待设计前束控制臂的挤压截面的设计空间，基于所述性能约束参数，对所述挤压截面进行拓扑优化，获得所述挤压截面的材料分布形式；沿所述挤压截面的厚度方向进行三维扩展，获得初版前束控制臂；基于所述性能约束参数，对所述初版前束控制臂的外观、尺寸进行优化，获得第二版前束控制臂；对所述第二版前束控制臂进行工艺分析，根据分析的结果继续调整第二版前束控制臂的结构参数，获得第三版前束控制臂；对所述第三版前束控制臂进行性能分析，获得性能参数，若性能参数合格，则将第三版前束控制臂确定为目标前束控制臂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对参考车前束控制臂的性能进行分析，获得性能约束参数，包括：获取参考车前束控制臂连接点处的静态载荷和动态载荷；建立参考车前束控制臂的有限元模型，将所述静态载荷和动态载荷输入所述有限元模型，获得稳态性能参数和疲劳性能参数；基于所述有限元模型进行模态分析，获得模态性能参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取参考车前束控制臂连接点处的静态载荷和动态载荷，包括：根据参考车的路谱试验数据建立多体动力学模型；计算所述参考车在设定工况下的轮胎接地力，将所述轮胎接地力输入所述多体动力学模型，获得参考车前束控制臂连接点处的静态载荷和动态载荷。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，建立参考车前束控制臂的有限元模型，包括：对参考车前束控制臂的几何模型进行网格划分，所述几何模型中的球铰和衬套处的连接由刚性连接单元模拟；对所述模拟几何模型设置材料参数，获得有...

【专利技术属性】
技术研发人员：马廷涛，石海鑫，金科，李继川，李耀，吕巍，韩超，徐卉，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22