专利名称：一种钢板弹簧动力学仿真方法
技术领域：
本发明属于汽车仿真技术领域，涉及一种钢板弹簧动力学仿真方法，此方法适用 于各种钢板弹簧动力学仿真模型的建立。
背景技术：
钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的弹性元件之一，其仿真模型建立的准确性直 接影响到悬架系统及整车系统的动力学仿真分析精度。目前钢板弹簧的仿真建模方法主要有(1)作为柔性体用有限元软件计算钢板 弹簧的模态，然后将有限元模型转换成模态中性文件；(2)简化方法用万向节或球铰将三 段梁连接起来，然后在中间梁与轴连接处添加固定副，在前后梁与车架连接处添加铰链副， 以此模拟钢板弹簧最典型的工况。作为柔性体处理时，需要网格划分、模态分析等繁琐的转换过程，而且设计参数更 改不灵活，不利于后续的优化工作；简化方法只可模拟几种典型的工况，而且模拟精度不 高。为解决此问题，本行业需要一种新型汽车钢板弹簧动力学仿真方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是通过将每一片钢板弹簧看作是由多个 集中质量的单元构成，每个质量单元看作一个刚体，同片相邻的两个集中质量单元之间用 Massless Beam连接，以此作为承载元件，构成钢板弹簧的离散梁结构。所述技术方案如 下一种汽车钢板弹簧动力学仿真方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤步骤 A 沿每片板簧的中心线，所述中心线为厚度和宽度方向对称面的交线，依次取一系列点，作 为集中质量单元，当板簧为第一片板簧时，还要取所述第一片板簧前后卷耳的中心点；步 骤B 在Adams/Car环境下使用Nonlinear Beam命令依次连接各点，生成各片板簧的离散 梁结构；步骤C 第一片板簧带有卷耳，先单独生成卷耳的模型，然后用Adams/View模块的 Massless Beam命令将卷耳模型与其它集中质量单元部分连接；步骤D 使用Adams/View环 境下的VFORCE函数定义簧片间的摩擦力，使用IMPACT函数定义簧片间的冲击力。优选地，步骤A中，通常沿着板簧中心线均勻地取一系列点，一般取9 13个。优选地，步骤C中，模拟卷耳的模型是空心圆柱模型。优选地，步骤D中，步骤D中，VFORCE用来定义一个具有三个方向的力，IMPACT用 来定义上述三个力中其中一个冲击力。。优选地VFORCE函数定义簧片间的摩擦力，VFORCE定义的摩擦力有x，y，ζ三个方 向的分力，其中ζ方向的分力为冲击力，冲击力用来定义发生接触的上下簧片之间的相互 作用力，冲击力用IMPACT函数定义。优选地，为了既保证上下片簧之间的相互作用力均勻的分布在片簧上，又能够减 少仿真时的计算时间，上下簧片之间沿板簧长度方向均勻的定义四个VFORCE进行仿真。
优选地，所述仿真方法不仅适用于钢板弹簧仿真模型的建立，同样适用于横向稳 定杆仿真模型的建立。本申请提供仿真方法，设计灵活，易于变更设计参数，而且仿真精度高，大大提高 了汽车设计的效率。
图1是本发明所述钢板弹簧动力学仿真方法中Beam力的解析示意图；图2是本发明所述钢板弹簧簧片中心线及在中心线上所取各点示意图；图3是本发明所述第一片钢板弹簧的离散梁结构示意图；图4是本发明所述相邻两片钢板弹簧之间的受力示意图；图5是本发明所述方法流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。本发明将离散梁结构原理引入到钢板弹簧仿真模型的建立当中，既简化了模型建 立过程又保证了仿真精度。其原理和过程如下所述(1)将每一片钢板弹簧看作是由多个集中质量的单元构成，每个质量单元看作一 个刚体，同片相邻的两个集中质量单元之间用Massless Beam连接，以此作为承载元件，构 成钢板弹簧的离散梁结构。Massless Beam是一种无质量的梁单元结构，其在连接两个质量 单元的同时会在两个质量单元之间生成Beam力。(2)Beam力用来定义用Massless Beam连接的两个质量单元之间的相互作用力和 力矩。Massless Beam在其两端生成两个初始方向相同的坐标系，Beam力就是根据这两个 坐标系的相对运动计算两个质量单元之间的相互作用力和力矩。Beam力在其连接的两个集 中质量单元上分别创建线性力和线性力矩。如图1所示沿χ轴的轴向力sl，s7 ；绕χ轴的 转矩:s4, slO ；沿y轴和ζ轴的剪切力:s2, s3，s8，s9 ；绕y轴和ζ轴的弯矩s5，s6，sll， sl2。(3)由于钢板弹簧各片之间有相对滑动，从而会产生摩擦力和阻尼力。上下两片板 簧之间会相互接触，从而会产生冲击力。VFORCE用来定义一个具有三个方向的力，其方向 分别为x，y，z方向。IMPACT用来定义VFORCE三个方向上其中ζ方向的一个冲击力即接触 力。本发明采用Adams/View模块的VFORCE、IMPACT函数加以定义。(4)本方法不仅适用于钢板弹簧仿真模型的建立，还适用于横向稳定杆仿真模型 的建立。下面结合某款钢板弹簧来说明本发明的实施过程。(1)如图2所示，沿每片板簧的中心线①(厚度和宽度方向对称面的交线)依次取 一系列点，通常沿着板簧中心线均勻地取一系列点，一般取9 13个。如板簧为第一片簧， 还要额外取其前后卷耳的中心点。(2) Adams/Car (MSC. ADAMS 软件中的一个模块)环境下使用 Nonlinear Beam 命令 (等同于Massless Beam，在Adams/Car里执行命令叫Nonlinear Beam)依次连接各点，生 成各片板簧的离散梁结构。
(3)如图3所示，第一片板簧带有卷耳，先单独生成卷耳的空心圆柱模型，然后用 Adams/View模块(MSC. ADAMS软件中的一个模块)的Massless Beam命令将其与其它部分 连接。(4)如图4所示，使用Adams/View环境下的VFORCE函数定义簧片间的摩擦力和 冲击力，用IMPACT函数定义的冲击力作为其一个方向上的分力。冲击力主要用来定义发生 接触的上下簧片之间的相互作用力。钢板弹簧作为一种弹性元件，其刚度是其最主要的特 性。上下片簧之间的摩擦力和冲击力定义的个数对其刚度影响不大，所以本专利建议定义 四个VF0RCE，既保证上下片簧之间的相互作用力均勻的分布在片簧上，又能够减少仿真时 的计算时间。本专利能够提高钢板弹簧动力学建模、分析工作的可靠性和求解精度。刚度 仿真值和实验值误差不超过8%。上下簧片之间沿板簧长度方向均勻的定义四个VFORCE即 可满足仿真精度要求。经上述定以后，模型就可以进行精确地仿真了。本发明的流程图如图5所示，步骤501，选择集中质量单元；步骤502，连接各点，生 成离散梁结构；步骤503，生成卷耳模型，与其它各点连接；步骤504，定义摩擦力和冲击力。本发明的优点是本发明披露的技术可以简单、精确地模拟钢板弹簧动力特性，从而更好地分析汽 车悬架特性，为整车的研发提供便利和数据支持。以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式
，本领域的技术人员在本 发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种汽车钢板弹簧动力学仿真方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤步骤A 沿每片板簧的中心线，所述中心线为厚度和宽度方向对称面的交线，依次取一 系列点，作为集中质量单元，当板簧为第一片板簧时，还要取所述第一片板簧前后卷耳的中 心占· 步骤B 在Adams/Car环境下使用Nonlinear Beam命令依次连接各点，生成各片板簧 的离散梁结构；步骤C 第一片板簧带有卷耳，先单独生成卷耳的模型，然后用Adams/View模块的 Massless Beam命令将卷耳模型与其它集中质量单元部分连接；步骤D 使用Adams/View环境下的VFORCE函数定义簧片间的摩擦力，使用IMPACT函 数定义簧片间的冲击力。
2.如权利要求1所述的汽车钢板弹簧动力学仿真方法，其特征在于所述一系列点的 个数为9 13个。
3.如权利要求1所述的汽车钢板弹簧动力学仿真方法，其特征在于所述卷耳的模型 是空心圆柱模型。
4.如权利要求1所述的汽车钢板弹簧动力学仿真方法，其特征在于=VFORCE函数用来 定义一个具有三个方向的力，IMPACT函数用来定义上述三个力中其中一个冲击力。
5.如权利要求4所述的汽车钢板弹簧动力学仿真方法，其特征在于=VFORCE函数定义 簧片间的摩擦力，VFORCE定义的摩擦力有x，y，ζ三个方向的分立，其中ζ方向的分力为冲击 力，冲击力用来定义发生接触的上下簧片之间的相互作用力，冲击力用IMPACT函数定义。
6.如权利要求5所述的汽车钢板弹簧动力学仿真方法，其特征在于上下簧片之间沿 板簧长度方向均勻的定义四个VFORCE函数进行仿真。
7.如权利要求1所述的汽车钢板弹簧动力学仿真方法，其特征在于所述仿真方法适 用于钢板弹簧仿真模型的建立，和横向稳定杆仿真模型的建立。
全文摘要
本发明涉及一种汽车钢板弹簧动力学仿真方法，所述方法包含以下步骤步骤A沿每片板簧的中心线，所述中心线为厚度和宽度方向对称面的交线，依次取一系列点，作为集中质量单元，当板簧为第一片板簧时，还要取所述第一片板簧前后卷耳的中心点；步骤B在Adams/Car环境下使用Nonlinear Beam命令依次连接各点，生成各片板簧的离散梁结构；步骤C第一片板簧带有卷耳，先单独生成卷耳的模型，然后用Adams/View模块的Massless Beam命令将卷耳模型与其它集中质量单元部分连接；步骤D使用Adams/View环境下的VFORCE函数定义簧片间的摩擦力，使用IMPACT函数定义簧片间的冲击力。本申请提供仿真方法，设计灵活，易于变更设计参数，而且仿真精度高，大大提高了汽车设计的效率。
文档编号G06F17/50GK102129501SQ20111006741
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者宋广辉 申请人:奇瑞汽车股份有限公司