搜索麦弗逊式前悬架的K&C分析
2013-06-05 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线
本文介绍了调用MotionView软件中的汽车动力学仿真模块,按照正向开发车型最初始设定的参数,修改默认模型的硬点、衬套六向刚度、弹簧刚度、减震器阻尼、缓冲块等数据,然后进行K&C仿真,并在MV提供的自动报告模板里添加两辆Benchmark车的K&C试验数据,通过仿真数据与试验数据的对比,分析初步设定的参数是否合理,尤其是衬套刚度参数设定对操稳和平顺性的影响,并以此为依据对相应参数进行调整。
李庆欢 陈斌 汪文龙 来源:Altair
关键字:CAE Altair 悬架 K&C 衬套硬点
1 概述
某车型的前悬架为麦弗逊结构,处于设计阶段,为了取得和Benchmark车同样的操稳性能,同时减少后期样车调校的工作量,需对该悬架进行K&C分析,优化悬架的硬点和衬套刚度。
2 MDB模型建立
从MotionView自带的整车模型库Assembly Wizard调用所需的前悬架模型,并根据已有的设计修改相应的数据。
2.1 前悬架硬点建立及零部件属性设置
通过模型界面输入关键点的三维坐标,将衬套六向刚度曲线转化为.CSV文件,导入到MotionView,并在相应的衬套中调用。设定弹簧刚度、预载力和减振器的阻尼,以及减振器的长度、行程、上下限位块起作用点的位置。
2.2 横向稳定杆模型建立
横向稳定杆是Roll工况仿真中的关键部件,通常的建模方式有柔性体中性文件和Polybeam两种。在后期可能会对悬架侧倾刚度进行调整,考虑到稳定杆建模和参数调整的方便性,这里采用Polybeam方式,仅需输入稳定杆的硬点和材料参数,如图1所示。
图1稳定杆模型 图2 前悬架模型
2.3 整车参数设定
调入悬架所需的模型并修改相应的数据,就得到如图2所示的前悬架模型,然后对整车的关键参数进行设定,如图3所示。
图3 整车参数表
3 K&C分析结果
完成仿真后,直接调用MotionView的报告生成文件,即可快速查看分析结果,同时为了便于比较,我们也可把试验得到的Benchmark车K&C实验数据分别输入到对应的曲线里。
图4 前束角对比结果 图5 轮胎外倾角对比结果
从分析曲线图4到7可以看出,该悬架在平行跳动和反向跳动工况下,前束角有不足转向的趋势,外倾角在转弯时,有正向外倾的趋势,数值变化范围足够大,有利于车辆的转弯稳定,悬架的垂直刚度也在合理的范围内,保证良好的乘坐舒适性,前束角、外倾角和垂直刚度与Benchmark的曲线非常吻合。
图6 轮胎垂向力曲线 图7 反向跳动外倾角曲线
但同时从Benchmark的曲线来看,该悬架的衬套刚度存在刚度过高现象,主要表现在:
1)侧向力转向角变化。从图8可以看出,Benchmark车在侧向力作用下,前束角变化范围在0.6°左右,而该悬架的前束角变化范围只有0.05°,几乎没有变化,体现不出不足转向的趋势。
图8侧向力工况前束角曲线 图9侧向力工况外倾角曲线
2)侧向力外倾角变化。从图9可以看出,Benchmark车在侧向力作用下,外倾角变化范围在1°左右,而该悬架的前束角变化范围只有0.2°,变化范围太小,无法保证车辆的侧向稳定性。
3)侧向力轮心位移。从图10可以看出,Benchmark车在侧向力作用下,轮心侧向位移范围在2mm左右,而该悬架的变化范围只有0.1mm,几乎不变,体现不了侧向柔性。
4)回正转向。从图11可以看出,Benchmark车在回正力矩的作用下,前束角变化范围在1°左右,而该悬架的变化范围只有0.1°,几乎不变。
从以上分析可以看出,该前悬架下控制臂的前后两个衬套径向刚度太大,导致不足转向梯度太小,外倾角变化过小,很难保证车辆行驶的稳定性,同时,由于衬套刚度过硬的,不利于减弱从路面传递过来的路面冲击力,乘坐舒适性因此也受到很大的影响。
图10侧向力工况轮心位移曲线 图11回正转向工况前束角曲线
4 总结
1)通过调用MotionView的悬架模块实现快速建立动力学仿真模型,并利用报告自动生成文件和曲线处理模块,能够很快实现K&C仿真和Benchmark数据的对比分析。
2)通过对本模型的分析以及Benchmark数据的比较,认为该悬架在ride和roll工况下,有很好的表现,为了获得更好的不足转向、侧向稳定性以及提高车辆的平顺性和NVH性能,应适当降低控制臂前后两个衬套的径向刚度。
3)对于模型的硬点位置设定是否合理,可以利用HyperStudy进行DOE分析,确定对性能影响比较大的硬点,并利用其优化功能进行悬架结构和硬点位置优化。
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