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汽车悬架控制臂载荷特性研究与结构优化

洪鹄  
【摘要】:控制臂是汽车悬架系统中的重要组成部分,其连接车身与车轮,起到传递力及扭矩的作用。控制臂的性能对汽车操控性、舒适性及安全性有重要影响,决定控制臂性能好坏的主要因素是载荷输入。准确的载荷输入可以极大提高设计产品的可靠性,减少产品开发周期。传统的采用动力学模型获取控制臂硬点载荷谱的方法往往受动力学模型精度的影响,因此,设计并实施一套能准确采集控制臂上载荷谱的方案对于控制臂设计具有重要意义。本论文以一款车的控制臂为研究对象,对其开展了以下研究工作:建立控制臂有限元模型,对控制臂进行拉、压溃有限元分析,并将分析结果与试验结果对标。分析并校核了控制臂的刚度、模态以及极限工况下的强度是否满足设计要求。设计了控制臂载荷谱采集工装,并对其进行了干涉校核、强度校核,工装加工完成后对其各硬点位置进行校核。在控制臂球销上粘贴应变片,并分别在X向与Y向将应变片组成一个半桥,随后标定了控制臂球铰X、Y向桥路输出与载荷的关系。按预定计划采集了疲劳工况下控制臂上载荷谱,对采集载荷谱进行修正后获得球铰及前后衬套硬点处载荷谱,随后对球铰硬点处载荷谱进行预处理。设计了控制臂疲劳试验工装,通过对比试验工装约束与设计约束下的控制臂损伤分布证明了台架试验方案的可行性。基于损伤等效原则将球铰处载荷谱等效为几个载荷块,对比了控制臂加载原始载荷谱与载荷块时损伤分布,证明了损伤等效结果的正确性,随后对控制臂样件进行疲劳试验,验证了控制臂样件的疲劳性能。以控制臂三条边界位置及控制臂板厚作为设计变量对控制臂的结构进行优化。对比了拉丁超立方采样及哈默斯雷采样的采样点分布,选择了采样点分布更均匀的哈默斯雷采样进行试验设计;分别以Kriging、RBF方法构建代理模型,对比了两代理模型在采样点及非采样点的精度。最后,建立了控制臂结构优化数学模型,并采用遗传算法对模型求解,优化后控制臂的性能得到提升,且其仍满足设计要求。


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