车辆道路载荷的仿真方法技术

一种车辆道路载荷的仿真方法，该方法包括如下的步骤：1)整 车模块化建模；2)整车模块化模型的验证；3)整车模型的装配；4) 整车模型的验证；5)建立强化耐久性道路有限元模型；6)模型的初 始化；7)得到虚拟道路载荷结果；8)与物理道路载荷进行对比验证。 本发明专利技术的优点是缩短了开发时间，减低成本，对汽车在概念设计阶段 的开发，具有重大意义。在新车型概念设计阶段使用虚拟样机预测道 路载荷，可以在设计制造过程之前进行疲劳分析，真实地预测产品的 寿命，极大地降低生产原型机和进行疲劳寿命测试所带来的巨额开 销。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种仿真方法，特别涉及一种用于汽车新车型的开发设计阶段，通过数值试验的手段获得车辆在不同路面条件下的道路载荷的仿真方法，为整车及零部件的耐久性评估提供必须的外部载荷数据。
技术介绍
目前道路载荷测量领域主要采用物理试验，其主要试验设备为六分力测量系统。车轮六分力测量系统是一套进行工程试验的物理设备，主要有轴适配器、车轮六分力传感器、轮缘适配器、放大器集流环总成、电子调节设备、数据采集系统等组成，能快速测量车轮受到的三个力三个扭矩。 在新车型的概念设计阶段，由于物理样机还未得到，也无法进行物理试验，无法得到道路载荷数据，无法在设计制造过程之前进行疲劳分析，真实地预测产品的寿命。
技术实现思路
本专利技术的技术问题是要提供一种在新车型概念设计阶段使用虚拟样机预测道路载荷数据的仿真方法，在设计制造过程之前进行疲劳分析，真实地预测产品的寿命，极大地降低生产原型机和进行疲劳寿命测试所带来的巨额开销。 为了解决以上的技术问题，本专利技术提供了一种，该仿真方法包括如下的步骤 1)整车模块化建模； ①建立白车身、其他非核心模块有限元模型； 白车身模块包括车身壳体、车门、发动机罩以及其他车身覆盖件； 非核心模块包括转向系、传动系、制动系、仪表盘、座椅、排气管； 所述的白车身、其他非核心模块有限元模型的建立包括网格划分，单元属性选择和材料特性的赋予。网格划分完成后按照表1的各参数评价指标，对网格划分的质量进行评价。对于不符合参数要求的单元进行重新划分，为后续有限元模型计算的准确性提供必要的保证。 表1 白车身、其他非核心模块只有进行了单元属性的选择、材料特性的赋予后才能成为有限元模型。这些有限元模型用壳单元和体单元描述，有限元模型本身的焊接用刚性梁单元描述。发动机、车内成员用集中质量单元描述。 壳单元属性是指单元的厚度、壳单元的公式、厚度方向的积分点数目等。本模型的单元厚度是按照实际的厚度定的，采用B-T壳单元公式，使用缺省的厚度方向的2个积分点，如果壳单元的厚度大于1.5mm，则在厚度方向采用5个积分点。 对于一些各方向尺寸相近的几何体，建模时使用体单元划分网格，如果一些模型中同时有六面体单元与四面体及五面体单元，则使退化的六面体单元按四面体及五面体单元公式计算，增加计算的稳定性。采用中心单点积分，需要控制沙漏。由于预测载荷的需要，厚度方向至少划分两个单元。 对于材料属性，车身及其他部件主要为金属材料。金属材料要体现其物理、力学性能，采用分段线性各向同性弹塑性材料模型。 ②悬架有限元模型； 悬架有限元模型，是考虑了悬架弹性衬套的刚度和阻尼特性，通过离散单元、弹簧以及阻尼单元进行建模。使用6个零长度的离散弹簧(3个平移，3个转动)和6个零长度的离散阻尼单元(3个平移，3个转动)来描述弹性衬套。刚度可以定义在局部方向上，刚度和阻尼特性能是线性的，也能是非线性的，如果是非线性的，则需要定义一条描述力—变形关系的曲线，对于阻尼特性来说是力—速度曲线。 悬架弹簧是使用线弹性离散弹簧单元来进行建模的。振动与回弹锁止也是用非线性弹簧单元进行建模的，该非线性弹簧单元的刚度分别只在悬架振动与回弹运动行程之内定义，当变形量达到这个界限的时候，弹簧的刚度将远大于原来弹簧的刚度，以此来实现限制弹簧运动行程的功能。由于模型在路面上行驶的时候施加了重力加速度，因此，车身的重量将会对悬架弹簧起作用，所以，悬架弹簧在仿真运算开始前已经具有一定的变形，因此在建模的时候需要将弹簧从自由长度条件下施加一个初始压缩量，这样弹簧才能在分析时刻为0的时候产生一个力。弹簧的刚度能是线性的，也能是非线性的，如果是非线性的，则需要定义一条描述力—变形关系的载荷曲线。 悬架的减振器是用非线性粘性离散阻尼单元进行建模的，压杆在圆柱体内的运动通过使用柱型连接来实现，同时使用刚体材料以梁单元来构造压杆体和活塞杆。减振器的阻尼特性能是线性的，也能是非线性的，如果是非线性的，则需要定义一条描述力—速度关系的载荷曲线。 ③轮胎有限元模型； 包括轮胎的径向刚度、侧向刚度、外倾刚度和侧偏刚度在内的机械特性，保证地面与轮胎产生的力与位移准确地传递到悬架系统以及车身上。该轮胎由上胎面、下胎面、顶层帘布、侧壁、包布、轮毂和轮辋组成，轮胎几何结构和受力情况异常复杂，而且橡胶材料具有不均匀性、不可压缩性、物理非线性及帘布-橡胶复合材料的各向异性等因素。其中上胎面、下胎面和包布采用实体单元，其他部分采用壳体单元。 2)整车模块化模型的验证； ①白车身模型的校核； 包括白车身的弯曲刚度、扭转刚度(静态特性)校核，和白车身的模态信息(动态特性)校核。与物理试验获得的垂直位移量、扭转变形量、模态信息比较完成校核。 白车身的静态弯曲刚度约束前后支撑处所有自由度，在前后座椅处施加载荷，通过静态有限元分析获得白车身各个单元的变形量。与物理实验中通过垂直位移传感器，测得垂直位移量比较完成弯曲刚度校核。 白车身扭转刚度约束是，后支撑刚性固定，前支撑施加扭矩，通过静态有限元分析获得白车身的扭转变形量。与物理实验中通过位移传感器，测得并换算得到的扭转变形量比较完成扭转刚度校核。 白车身模态分析过程中不施加任何约束，利用采用分块兰索斯法(block lanczos)提取前若干阶模态信息，此算法求解精度高，计算速度较快，适用于对大型对称特征值求解问题。与物理试验比较完成模态信息的校核。 ②悬架模型的校核； 悬架的作用是把路面作用于车轮上的垂直反力(支撑力)、纵向反力(牵引力和制动力)和侧向反力所造成的力矩都要传递到车身上。为了验证悬架模型建立的正确性，对该模型进行包括悬架模型动力传递试验和悬架模型偏频试验。 悬架模型动力传递试验条件 约束将车身固定，即将悬架上与车身连接的部件进行约束，包括减振器支点、横向稳定杆中部的梁、转向拉杆和小摆臂；载荷在左右万向节头位置施加Z方向的载荷；输出定义减振器和衬套上的力输出。 关于悬架模型偏频试验条件 建立一个有120mm凸起的特殊路面。测试前悬架偏频时将前轮置于凸台上，对汽车进行静平衡分析，然后再对汽车施加水平方向的匀速运动，使得汽车能驶过凸台然后在重力作用下作自由落体运动，记录车身点的时间历程响应，根据频率与振动周期的关系，即可得到前悬架的振动固有频率。后悬架的偏频仿真方法与前悬架相同。 ③轮胎模型的校核； 轮胎的径向刚度虚拟试验首先建立轮胎模型和轮胎下方建立刚性平板的有限元模型；然后定义轮心处6个方向的自由度、创建轮胎和刚性板之间的自动面对面接触；最后在轮胎Z方向设定恒定速度和仿真持续时间，同时为减小系统动态效应，施加系统阻尼，取0.2。 纵向刚度试验时，固定轮心除了垂直方向平动自由度，在轮心加上垂直预载荷，并在此条件下，定义平板的沿轮胎纵向方向的匀速运动，则纵向方向的接触力与平板的位移关系即可表征轮胎的纵向刚度。 自由跌落分析是轮胎的标准动力试验之一。为了验证有限元轮胎的动力特性和特征，进行1m的自由跌落分析。从动力方程可以得到 式中h为初始高度，g为重力加速度。V是跌落物体在接触到地面之前的速度。与静态刚度试验不同的是，系统阻尼和动力缩减都不需要引入到跌落分析中。轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆道路载荷的仿真方法，该方法包括如下的步骤：　１）整车模块化建模；　①建立白车身、其他非核心模块有限元模型；　②悬架有限元模型；　③轮胎有限元模型；　２）整车模块化模型的验证；　①白车身模型的校核； 　②悬架模型的校核；　③轮胎模型的校核；　３）整车模型的装配；　４）整车模型的验证；　５）建立强化耐久性道路有限元模型；　６）模型的初始化；　７）得到虚拟道路载荷结果；　８）与物理道路载荷进行 对比验证。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴光强，李运超，盛云，
申请(专利权)人：吴光强，李运超，盛云，
类型：发明
国别省市：31