提高后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析精度的方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种提高后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析精度的方法。

背景技术

随着现代汽车技术的快速发展，汽车的功能越来越复杂、多样，未来会有越来越多的高端车型配备后轮转向技术，以满足消费者的使用需求。后轮转向技术需要汽车后轮具备转向功能，从而在结构上与传统不具备后轮转向工能的汽车有不同，其中有一处差别就是控制臂外点与转向节连接的位置。具体来看，具备后轮转向功能的后转向节与控制臂连接点采用球面销结构连接；不具备后轮转向功能的后转向节与控制臂连接点采用衬套结构。由于球面销结构使得转向节可以在一定角度范围内绕控制臂连接点转动，从而实现后悬架的后轮转向功能。相比传统的衬套结构，与球面销匹配的转向节结构更加复杂，计算难度更大，在进行有限元分析时，不能完全按照衬套结构分析进行建模。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种提高后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析精度的方法，以解决后轮转向悬架转向节在误用工况中仿真结果不准确的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种提高后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析精度的方法，包括以下步骤：

A、对输入的几何模型进行网格划分；

B、建立转向节与各零部件在连接位置的配合关系；

C、定义转向节、球面销内管外管、制动卡钳、螺栓、螺母、球头螺栓和轴承安装支座材料属性；

D、约束轮心点123456方向自由度；

E、定义分析载荷步；

F、提交商业软件有限元分析计算；

G、若是，进行结果后处理，分析结束；若不是，返回步骤B、步骤C、步骤D或步骤E。

进一步地，步骤A，网格划分过程要求对转向节本体进行二阶四面体网格划分；球面销外管、球面销内管、钢套、球头螺栓、螺栓、螺母进行一阶六面体网格划分；轴承安装支座和卡钳支架进行一阶四面体网格划分。

进一步地，步骤B，在转向节与球面销外管配合的位置，具体配合关系包括球面销外管与转向节间的径向过盈和轴向接触配合，球面销内管和转向节间定义轴向接触。

进一步地，步骤B，二号上控制臂外点螺栓与转向节定义接触和绑定约束。

进一步地，转向节与螺栓在螺纹配合位置定义绑定约束关系；球面销内管与转向节耳片间定义轴向滑动接触关系；螺栓头部与转向节耳片间定义轴向滑动接触关系。

进一步地，步骤B，螺母与球头螺栓间螺纹配合位置定义绑定约束；螺母与转向节配合面间定义滑动接触；转向节与钢套间径向配合位置定义过盈配合；转向节与钢套轴向配合位置定义滑动接触；球头螺栓与钢套配合表面间定义滑动接触。

进一步地，步骤B，转向节与轴承安装支座和卡钳支架接触表面间定义绑定约束并通过刚性单元将螺栓连接区域连接。

进一步地，步骤C，转向节定义非线性材料，其他定义线性材料。

进一步地，步骤E，整个分析过程共需要定义三个分析步，首先，定义过盈接触分析步，具体包括球面销外管与转向节间径向过盈配合和前束臂钢套与转向节间径向过盈配合；然后，定义螺栓预紧分析步，具体包括二号上控制臂螺栓预紧和前束控制臂螺栓预紧；最后，定义误用工况外界载荷作用分析步，包括各个控制臂与转向节连接点位置处的受力。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的一种提高后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析精度的方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的提高后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析精度的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出一种仿真分析方法，可以更充分地考虑到后轮转向节与其他结构配合的特征，使得有限元分析模型可以正更加准确的模拟后轮转向悬架转向节的受力特点，分析结果更加准确，可以在设计阶段更加准确找到转向节结构薄弱位置，指导转向节结构优化设计，使得转向节设计周期大大缩短，提升转向节开发效率，缩短整车开发周期；

本发明针对后轮转向悬架转向节误用工况进行分析，可以提高后轮转向悬架转向节结构的仿真分析精度，通过仿真计算在设计阶段准确计算出转向节误用工况的薄弱位置，提出合理的修改建议，使得转向节得到有效加强，对提高转向节开发效率有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1后轮转向悬架转向节误用工况分析流程图；

图2后轮转向悬架转向节误用工况分析模型图；

图3转向节与一号下控制臂外点球面销外管配合关系；

图4转向节与二号上控制臂球面销内管和螺栓间配合关系；

图5转向节与前束控制臂球头螺栓、螺母和钢套间配合关系；

图6是本发明实施例2中一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提高后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析精度的方法，包括以下步骤：

1、开始后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析，将装配好的几何模型导入前处理软件进行几何清理和网格划分，转向节本体划分为二阶四面体；球面销内管外管、钢衬套和螺栓螺母划分为一阶六面体；轴承安装支座和卡钳支架划分为一阶四面体；

2、定义各个零部件间的配合关系，其中，球面销外管与转向节间定义径向过盈和轴向接触；球面销内管和转向节间定义轴向接触；二号上控制臂外点螺栓与转向节定义接触和绑定约束；钢套与转向节间定义径向过盈和轴向接触；球头螺栓与钢套锥面配合间定义接触；卡钳、轴承座与转向节接触表面间定义绑定约束，非接触面间通过刚性单元连接；螺栓与螺母间定义绑定约束；

3、定义转向节、球面销内管外管、制动卡钳、螺栓、螺母、球头螺栓和轴承安装支座材料属性，转向节定义非线性材料，其他定义线性材料；

4、约束轮心点123456方向自由度；

5、定义分析载荷步：

第一步，进行球面销外套管、钢套与转向节间径向过盈分析；

第二步，进行螺栓预紧分析；

第三步，进行控制臂硬点施加分解载荷分析；

6、提交商业软件有限元分析计算；

7、判断转向节变形是否正确；

8、若是，进行结果后处理，分析结束；若不是，返回步骤5、步骤4、步骤3或步骤2。

实施例1

后轮转向悬架转向节误用工况分析方法，包括有限元建模分析、球面销与转向节配合关系处理、螺栓预紧作用、转向节材料非线性、装配工况计算结果评价标准、外载工况计算结果评价标准等内容。

如图1所示，提高后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析精度的方法，包括以下步骤：

首先，对输入的几何模型进行网格划分，网格划分过程要求对转向节本体进行二阶四面体网格划分；球面销外管、球面销内管、钢套、球头螺栓、螺栓、螺母进行一阶六面体网格划分；轴承安装支座和卡钳支架进行一阶四面体网格划分。

其次，建立转向节与各零部件在连接位置的配合关系。后轮转向悬架转向节误用工况分析通常包括几个特征结构，分别是转向节本体、轴承安装支座、球面销内管、球面销外管、螺栓、卡钳支架、钢衬套、球头螺栓和螺母，如图2所示。

定义各个零部件间配合关系。本发明方法提出在分析时准确充分考虑转向节在各个连接位置与其他零部件间的配合关系，在转向节与球面销外管配合的位置，具体配合关系包括球面销外管与转向节间的径向过盈和轴向接触配合，以一号下控制臂外点球面销外管配合为例，具体配合关系见图3所示。转向节在一号上控制臂外点和二号下控制臂外点处的球面销外管配合关系与在一号下控制臂外点处球面销配合关系一致。

转向节与二号上控制臂螺栓和球面销内管间配合关系如图4所示。其中，转向节与螺栓在螺纹配合位置定义绑定约束关系；球面销内管与转向节耳片间定义轴向滑动接触关系；螺栓头部与转向节耳片间定义轴向滑动接触关系。

转向节与前束臂外点位置处的球头螺栓、螺母和钢套的配合关系如图5所示。其中，螺母与球头螺栓间螺纹配合位置定义绑定约束；螺母与转向节配合面间定义滑动接触；转向节与钢套间径向配合位置定义过盈配合；转向节与钢套轴向配合位置定义滑动接触；球头螺栓与钢套配合表面间定义滑动接触。

转向节与轴承安装支座和卡钳支架接触表面间定义绑定约束并通过刚性单元将螺栓连接区域连接。

对各个零件赋予材料属性。由于误用工况分析时转向节受到的载荷较大，转向节应力水平可能超过材料的弹性阶段，到达材料的塑性阶段，此时需要考虑转向节材料非线性特征，才能得到更加真实准确的分析结果。在后处理过程中，需要关注转向节的塑性应变结果，来判断转向节强度是否满足要求。

定义分析边界条件，在转向节轮心位置约束123456方向自由度。

定义分析载荷步，整个分析过程共需要定义三个分析步。首先，定义过盈接触分析步，具体包括球面销外管与转向节间径向过盈配合和前束臂钢套与转向节间径向过盈配合；然后，定义螺栓预紧分析步，具体包括二号上控制臂螺栓预紧和前束控制臂螺栓预紧；最后，定义误用工况外界载荷作用分析步，包括各个控制臂与转向节连接点位置处的受力。

提交有限元商业软件进行分析计算，检查分析结果，观察转向节在各个工况下的变形和受到的载荷方向是否一致。如果不一致需要按照图1所示流程进行模型检查。

提升转向节疲劳耐久性能对整车使用寿命延长帮助极大，本发明中提出的分析方法可以更加准确全面的预测转向节疲劳耐久性能，对于提升转向节危疲劳耐久性能有很大帮助。本发明中提到的前两个分析载荷步包括过盈配合和螺栓预紧对转向节耐久分析有很大影响，两个分析步产生的应力相当于耐久分析中的常应力，外载产生的载荷相当于交变应力，降低常应力大小对提升转向节耐久性能有很大帮助。分析中要求转向节在前两个工况下不发生屈服，即塑性应变为零。从而保证在常应力状态下转向节的应力水平不至于过高，与不考虑过盈配合和螺栓预紧两个工况条件相比，此种计算方法更加准确，与转向节实际受力情况更加接近，尤其在进行转向节疲劳耐久性能时分析计算更加准确。

实施例2

图6为本发明实施例中的一种计算机设备的结构示意图。图6示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机设备12的框图。图6显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图6未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图6中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。另外，本实施例中的计算机设备12，显示器24不是作为独立个体存在，而是嵌入镜面中，在显示器24的显示面不予显示时，显示器24的显示面与镜面从视觉上融为一体。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的提高后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析精度的方法。

实施例3

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的提高后轮转向悬架转向节误用工况仿真分析精度的方法。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。