有限元分析中提高整车载荷仿真精度的方法探讨
为了使汽车产品具有需要的工作寿命和可靠性,汽车工程师首先需要获取整车载荷,分析载荷历程数据,然后提供给耐久工程师,对产品进行结构分析、疲劳耐久寿命预测和改进设计。再进行试验,检验疲劳寿命预计的正确性,并且确保产品具有需要的工作寿命和可靠度。
在汽车开发设计阶段,需对车辆进行路谱采集,得到车辆在实际道路行驶中的载荷信息,以此加载到轮心驱动整车模型进行动力学仿真,从而得到系统载荷的分布规律,实现对整车不同部件的耐久、强度试验考核。
路谱采集到的轮心六分力会经由车轮轮心传递至转向节,并分解至其他各个结构,下图所示为轮心六分力传递路径,在力的整个传递过程中,想要提升载荷分解精度,整车的某些关键参数需要重点关注并合理设定。下面就来介绍下影响载荷分解精度的整车关键参数。
1 质量参数
1.1 零部件
基于轮心六分力的半分析法不考虑轮胎的作用,因此,轮胎及轮边零件的质量如何设定显得尤为重要,需要在路谱采集中采集一些轮边信号,通过对标调试来获得。
1.2 整车
整车质量参数包括整车质量、质心以及转动惯量等,需根据实测数据,更新整车的质量信息。整车质心位置和转动惯量可以通过试验获得,也可以通过下图的计算公式来得到。其中,Hr为整车高度,B为轮距,K为经验系数。
2 弹簧刚度
整车中的弹簧主要装在前后悬架上。弹簧的作用是将车辆经过不平路面时所产生的弹跳吸收和释放,减少车辆弹跳的幅度。弹簧刚度的大小对于减振器座、弹簧载荷均有影响,所以载荷仿真计算需要输入和当前开发阶段采集车辆一致的参数。下图所示为弹簧刚度试验图。
3 减振器阻尼
减振器的作用是缓解路面带来的冲击,迅速吸收颠簸时产生的振动,使车辆恢复到正常行驶状态,对整车在行驶过程中的舒适性和安全性有着重要的作用。
载荷计算要求减震器阻尼曲线测试数据来源于实测数据,量程需要结合路试实际情况来考虑。该参数对车身与减震器连接处的载荷影响较为明显。下图为实测阻尼力曲线与设计值的对比图。
下图为两者相对应的减震器阻尼力对比曲线,可以看到对减震器载荷影响很大。