流程 更加明确严谨。
[0115] 本发明实施例所提供的设计方法能够有效地缩短悬架关键结构件的开发周期，降 低研发成本，并为汽车其他系统零部件的轻量化设计提供参考。
[0116] 可以理解的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部 分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该的程序可存储于一计算机可 读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，该的存储 介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM)等。
[0117] 以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权 利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【主权项】
1. 一种汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤： 根据预先确定的悬架系统开发方案，建立悬架系统动力学模型，并结合行车工况中不 同工况的轴荷配比与零部件疲劳强度要求，获得典型工况下悬架结构件连接点的等效载 荷，所述典型工况至少包括转向工况，起步工况，制动工况和倒车制动； 根据预先确定的悬架系统开发方案，建立悬架系统机构运动学模型，并根据关键结构 件中的开发结构件的空间包络约束确定开发结构件的初始设计域； 根据所述初始设计域以及所述典型工况下悬架结构件连接点的等效载荷建立开发结 构件初始设计域的有限元分析模型，包括进行有限元前处理和载荷边界确定； 在所述有限元分析模型的基础上，采用拓扑优化技术获得开发结构件的材料分布并确 定开发结构件的基本拓扑构型； 根据所获得的开发结构件基本拓扑构型，结合选定的成型工艺要求获得开发结构件的 概念设计模型； 应用尺寸优化技术，获得所述开发结构件的概念设计模型的各参数最优方案以及优化 设计模型。2. 如权利要求1所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，进一步包括 预先确定悬架系统开发方案的步骤，包括： 根据整车开发目标，确定悬架系统开发方案并设定关键结构件性能指标目标，其中，所 述悬架系统开发方案至少包括悬架形式，分析工况，零部件方案和动态运动间隙；所述关键 结构件至少包括转向节、控制臂和方向杆；所述性能目标至少包括结构件刚度强度、模态和 疲劳耐久性能。3. 如权利要求2所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，所述根据预 先确定的悬架系统开发方案，建立悬架系统机构运动学模型，并根据所述关键结构件中的 开发结构件的空间包络约束确定开发结构件的初始设计域的步骤包括： 根据所述悬架系统开发方案搭建悬架机构运动学模型，包括确定模型固定件与运动件 数量，依据零部件的连接关系确定相应的运动副约束和驱动方式，并校核所建立模型能否 满足运动学自由度校核公式； 其中自由度校核公式如公式1所示。式中：N为系统运动部件数，t为各运动副约束自由度数，FD为系统驱动自由度数； 根据所建立的机构运动学模型开展悬架的运动校核，以开发结构件为运动参照，输出 其他零部件的相对运动包络，构成开发结构件的空间包络约束； 并根据所述开发结构件的空间包络约束确定有限元优化的初始设计域。4. 如权利要求3所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，所述根据所 建立的机构运动学模型开展悬架的运动校核，以开发结构件为运动参照，输出其他零部件 的相对运动包络，构成开发结构件的空间包络约束的步骤包括： 在CATIA软件的DMU模块中，在完成悬架系统DMU模型定义并驱动仿真的基础上，利用 运动包络输出的功能，以开发结构件为运动参考输出相关零部件的运动包络，获得其他零 部件的相对运动包络； 以开发结构件为固定零件，将所有悬架零部件的相对运动包络依次装配形成新的装配 模型，从而获得开发结构件的空间包络约束。5.如权利要求4所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，所述并根据 所述开发结构件的空间包络约束确定有限元优化的初始设计域的步骤包括： 将所述开发结构件的空间包络约束与所述悬架系统开发方案中要求的悬架动态运动 间隙进行的叠加，即获得了满足悬架运动间隙要求下开发结构件的最大设计空间，而两者 的最小空间距离即等效为运动过程中的最小间隙，从而确定了有限元优化初始设计域。6.如权利要求5所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，根据所述初 始设计域以及所述典型工况下悬架结构件连接点的等效载荷建立开发结构件初始设计域 的有限元分析模型的步骤包括： 以所获得的初始设计域作为开发结构件的几何空间进行有限元前处理，包括根据材料 参数和尺寸规格进行材料定义和网格划分； 根据所述典型工况下悬架结构件连接点输入载荷边界。7.如权利要求6所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，在所述有限 元分析模型的基础上，采用拓扑优化技术获得开发结构件的材料分布并确定基本拓扑构型 的步骤包括： 在所述有限元分析模型基础上，基于变密度法进行开发结构件的拓扑优化设计，获得 开发结构件的材料分布并确定基本拓扑构型； 其中，变密度法将单元材料密度作为设计变量在〇~1之间连续变化，求解满足特定约 束条件下目标函数的最优解；其中目标函数为质量、体积或应变能；约束条件为结构体积 t匕、单元应力应变或材料屈服极限；变密度法的拓扑优化数学模型如公式2所示：式中：P为单元材料密度，Cw(p)为优化目标（加权应变能），Q(p)为第i种工况加 权应变能，Wi为第i种工况的权重因子，f(P)为优化响应函数，分别为约束条 件上、下限，N为约束条件数量； 根据拓扑优化结果，选取合适的密度阈值以确定拓扑构型，所述密度阈值取值范围为0? 2~0? 3〇8.如权利要求7所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，所述根据所 获得的开发结构件基本拓扑构型，结合选定的成型工艺要求获得开发结构件的概念设计模 型的步骤包括： 根据基本构型确定载荷传递路线和材料密度分布； 根据成型工艺要求选择成型工艺以及装配关系，所述成型工艺包括铸造、锻造、冲压； 获得开发结构件概念设计模型。9.如权利要求8所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，所述应用尺 寸优化技术，获得概念设计模型各参数最优方案及优化设计模型的步骤包括： 根据所述所获得的概念设计模型中的控制参数，通过应用尺寸优化技术求解获得满足 一定约束条件下设计参数的最后方案，进而确定优化设计模型，所述控制参数至少包括材 料的厚度以及界面的形状； 所述优化设计模型如下：其中：X= [Xl，Xl，…，xn]t为优化设计变量，xfQW、分别为设计变量的上、下限，M， N分别为设计变量和约束条件的数量，f,⑴，V⑴表示约束函数和目标函数。10.如权利要求9所述的汽车悬架关键结构件优化设计方法，其特征在于，进一步包 括：在获得优化设计模型之后，进行样件试制及实验验证，确定最终设计模型。
【专利摘要】本发明提供一种汽车悬架关键结构件优化设计方法，包括如下步骤：根据预先确定的悬架系统开发方案，建立悬架系统动力学模型，并获得典型工况下悬架结构件连接点的等效载荷；建立悬架系统机构运动学模型，并确定开发结构件的初始设计域；建立开发结构件初始设计域的有限元分析模型；获得开发结构件的材料分布并确定开发结构件的基本拓扑构型；获得开发结构件的概念设计模型；获得所述开发结构件的概念设计模型的各参数最优方案以及优化设计模型。实施本发明实施例，能够有效地缩短悬架关键结构件的开发周期，并为汽车其他系统零部件的优化设计提供参考。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105095542
【申请号】CN201410201787
【发明人】林涌周, 王仲宜, 谷玉川
【申请人】广州汽车集团股份有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月13日