多连杆悬架结构设计方法以及多连杆悬架

技术领域

本发明涉及汽车悬架设计制造领域，尤其涉及一种多连杆悬架结构设计方法以及多连杆悬架。

背景技术

汽车底盘悬架系统的正向设计布置计算是一个复杂的工程，计算量非常庞大，例如多连杆底盘悬架系统的结构复杂、受力繁多，因而每个设计人员的设计方法可能不一致，会出现多种不同的悬架设计结果；另外设计验证过程也相当复杂，一个悬架设计方案的验证往往需要数周时间，同时常常只能验证几个特定位置的设计参数，难以验证悬架工作的整个过程。因此目前对于汽车悬架设计方案的计算与试验验证存在周期长、准确性低、效率脱节的客观问题。

发明内容

鉴于上述，本发明旨在提供一种多连杆悬架结构设计方法以及多连杆悬架，以解决汽车悬架设计过程中传统的复杂设计计算和计算验证的问题。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种多连杆悬架结构设计方法，其中包括：

将多连杆悬架的硬点数据按既定顺序收集存储，构建出用于在悬架模型计算过程中读取硬点数据的数据库；

根据多连杆悬架结构、驱动及运动特征，建立与悬架实际运动关联的悬架数学模型；

基于多连杆悬架各零部件硬点的几何结构，确定多连杆悬架的主驱动与次驱动；

将预设的系统载荷与力学元件的力学特性参数，以及所述数据库中对应的悬架硬点数据赋予所述悬架数学模型，并使多连杆悬架的所述主驱动与所述次驱动的动作与受力一一对应；

修订所述悬架数学模型与设计需求相关的硬点坐标值，并经若干轮比对分析，得到最佳布置方案；

将所述最佳布置方案中的各关键点按序导入至三维建模平台，并在三维建模平台中呈现可视化的多连杆悬架的基本点线结构。

在其中至少一种可能的实现方式中，构建数据库的过程还包括：将所述最佳布置方案的硬点数据以及力学特性按所述既定顺序存储在所述数据库的指定位置。

在其中至少一种可能的实现方式中，采用预编制的文件表征所述悬架数学模型，得到包含若干模型参数的计算文件。

在其中至少一种可能的实现方式中，以减震器的伸缩位移作为多连杆悬架的所述主驱动。

在其中至少一种可能的实现方式中，以主横向摆臂机构作为多连杆悬架的所述次驱动。

在其中至少一种可能的实现方式中，利用所述三维建模平台开发所述基本点线结构的布置方案模型，并设置为自动设计模块。

第二方面，本发明还提供了一种用于汽车的多连杆悬架，其特征在于，所述多连杆悬架的机械结构由前述的多连杆悬架结构设计方法所获得。

与现有技术相比，本发明的主要设计构思在于，对传统的汽车悬架设计思路进行突破，通过建立数学模型以及以硬点数据表征的几何结构，并结合悬架中所赋予的驱动与运动过程，使之成为一个几何位置与力学特性相互作用的闭环整体，由此将复杂的设计过程简单化处理，形成相对固定的布置方案确定模式，在实际运用中只需改变模型中布置点坐标位置和力学特性参数即可获得不同的悬架布置方案，同时计算结果赋予的目标值还可以作为判定或参考依据，使设计人员及时掌握计算结果的符合性。以本发明方案实施计算优化能够使悬架布置方案更加接近设计预期，而将参考方案与对标方案以若干组结构点坐标数据和力学特性参数表征，可极大方便设计时的对标及引用过程，进而也便于最佳悬架设计方案的继承和传续。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明实施例提供的多连杆悬架结构设计方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的多连杆悬架结构硬点位置参考图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提出了一种多连杆悬架结构设计方法的实施例，具体来说，如图1所示，其中包括：

步骤S1、将多连杆悬架的硬点数据按既定顺序收集存储，构建出用于在悬架模型计算过程中读取硬点数据的数据库；

这里所述的既定顺序，可以按照经验人为定义，此顺序一经确定则不再改变，避免出现“张冠李戴”，最终导致读入失败的情况。譬如结合图2示意的多连杆悬架结构硬点位置参考图，按照既定顺序依次读入ABCD四个硬点的坐标数据，此ABCD四点坐标排列顺序即为所述既定顺序，该既定顺序一旦定义，并与硬点读入过程关联一起，如果在实际操作中错误地将ABCD顺序变成ACDB，则在自动读入时会将“C”当成“B”读入，将“D”当成“C”读入，将“B”当成“D”读入，从而产生错误的读入过程。本发明的构思之一即是使硬点数据读入过程按照既定规则可顺场地重复进行。

关于对收集存储各悬架硬点数据，汽车悬架的结构硬点(也称为关键点、布置点)坐标非常多，若通过人工逐个录入并不现实，本发明提出采用信息化处理的方式按照前述固定的顺序依次读取并录入三维结构数据中的关键点并存储在预设的数据库的指定位置，以构建形成所述数据库。

此外，为了便于后续步骤说明，这里将图2示意的部分悬架硬点结构位置进行简要介绍，该多连杆悬架结构主要包括：减震器机构(模型中已简化为A-B直线)、纵向摆臂机构(简化为Q-O/P)、主横向摆臂机构(简化为D-C)、减振弹簧机构(简化为K-J)、上横向摆臂机构(简化为H-G)、下横向摆臂机构(简化为E-F)、稳定杆机构(简化为R1-Ri)、稳定杆拉杆机构(简化为S-T)、转向节及车轮机构(简化为M-N和若干个点)，副车架机构(简化为U-V和若干个点)。

参见图2示意可以具体说明的是，其中J点置于车身副车架上，是相对固定的结构点，承载着来自弹簧的作用力；K点置于后摆臂CD上，车轮及转向节颠簸时，JK间距发生变换，引起减振弹簧的压缩和舒展；R1-Ri代表着横向稳定杆的基本结构点，通过它的结构点位置尺寸可以计算出它的刚度，i代表结构点处数，通常是对称件，如图示意R1-Ri表征一侧有7个点；S点置于横向稳定杆端头一侧上，T点置于后摆臂CD上，车轮及转向节颠簸时，CD会发生位置变化，稳定杆拉杆机构ST将变化位移传递给稳定杆，使一侧平衡另一侧的稳定。

步骤S2、根据多连杆悬架结构、驱动及运动特征，建立与悬架实际运动关联的悬架数学模型；

这里提及的数学模型是指通过数字化的方式将多连杆悬架的实体予以抽象表达，在本发明中所涉及的悬架数学模型，主要是将悬架结构点及运动特性的关系糅合一起，形成虚拟的悬架结构，从运动特性角度其为实体悬架的真实再现。这里可以补充的是，在实际操作中，可以采用预编制的文件(例如可以采用常用的办公软件Excel实现)表征悬架数学模型，得到包含悬架模型若干参数的计算文件。

步骤S3、基于多连杆悬架各零部件硬点的几何结构，确定多连杆悬架的主驱动与次驱动；

结合图2示意，以减震器的伸缩位移(图2示意A-B)作为多连杆悬架的主驱动，以A点为球连接节点与车身连接的代表减震器活塞结构：A点是减震器活塞杆的一端，它与车身副车架球销连接，在理论计算中，通常假定车身是相对静止的，所以A点也被认为是相对静止的点，其轴线上的任何点都在AB的连线上；以B点为球连接节点与转向节连接(本发明关注于多连杆悬架结构，其他悬架可能有所不同)的代表减震器气缸结构，其轴线上的任何点都在AB的连线上。

次驱动是多连杆悬架结构的特点之一，结合图2示意，主要是以主横向摆臂机构(简化为D-C)作为多连杆悬架的次驱动，当然结合实际应用而言，多连杆悬架可以有多种布置方法，其基本原理是一致的，例如有布置在前述主横向摆臂机构上的，也有布置在减震器上的，还有直接布置在转向节与车身之间的。由此展开来说，图2中的C点与副车架存在两个用途，当它相对于副车架位置不变时，它作为球连接节点与副车架连接；当C点置于副车架一条直线上，并在直线上按指定要求作前后滑移运动时，它主要是利用DC长度不变，来推拉转向节D点，改变其距离副车架位置，从而改变转向节以满足车轮四轮定位参数值。当然前述次驱动实施例也可以安排在其他拉杆的车身连接点上，设置的锁止机构处于锁止状态时，C点滑动动作将被终止，只保留C点球连接特点。

步骤S4、将预设的系统载荷与力学元件的力学特性参数，以及所述数据库中对应的悬架硬点数据赋予所述悬架数学模型，并使多连杆悬架的所述主驱动与所述次驱动的动作与受力一一对应；

目的是使所述悬架数学模型的运动计算轨迹与其在3D状态下的运动分析轨迹一致，也即是多连杆悬架运动至预设行程内的任意位置，均可以获得所有零部件对应的硬点坐标、位置信息及受力状态等计算输出参数。

步骤S5、修订所述悬架数学模型与设计需求相关的硬点坐标值，并经若干轮比对分析，得到最佳布置方案。

这里所述的设计需求包括但不限于上文提及的前悬架四轮定位，还可以是侧倾中心点计算、活塞杆受力分析、横向稳定杆性能评估等。而悬架数学模型相当于是以各坐标点及力学特性，通过计算关系建立起来的大型函数，每个“坐标点”和“力学特性”参数均是该函数的自变量，由此，更改其中任意一个自变量，该函数均会发生变化，也即是生成了当前的多连杆悬架的布置(设计)方案，经多次修改参数并与设计预期进行比对优化，可最终确定其中相对最为符合设计预期悬架设计，本实施例称为最佳布置方案，也即是可以被后续设计所继承、沿用的设计方案，因而需要将该最佳布置方案中的硬点坐标与力学特性全部存储起来以备下次调用。由此构思还可以指出的是，对于前述步骤S1中构建数据库的过程，还包括将通过优化形成的所述最佳布置方案的硬点数据以及力学特性逆向按所述既定顺序存储在所述数据库的指定位置。

步骤S6、将所述最佳布置方案中的各关键点按序导入至三维建模平台，并在三维建模平台中呈现可视化的多连杆悬架的基本点线结构(图2中去除虚化的悬架实体背景后所保留的点与线)。

还可以进一步补充的是，后续可利用三维建模平台(如CATIA)二次开发平台开发出基本点线结构的方案模型，并使用但不限于VBA语言编写设计程序，使之成为自动设计模块，以便设计人员提升多连杆悬架的结构细节设计的效率。

综上所述，本发明的主要设计构思在于，对传统的汽车悬架设计思路进行突破，通过建立数学模型以及以硬点数据表征的几何结构，并结合悬架中所赋予的驱动与运动过程，使之成为一个几何位置与力学特性相互作用的闭环整体，由此将复杂的设计过程简单化处理，形成相对固定的布置方案确定模式，在实际运用中只需改变模型中布置点坐标位置和力学特性参数即可获得不同的悬架布置方案，同时计算结果赋予的目标值还可以作为判定或参考依据，使设计人员及时掌握计算结果的符合性。以本发明方案实施计算优化能够使悬架布置方案更加接近设计预期，而将参考方案与对标方案以若干组结构点坐标数据和力学特性参数表征，可极大方便设计时的对标及引用过程，进而也便于最佳悬架设计方案的继承和传续。

本发明实施例中若提及表达方位的措辞，则是基于实施例的相对概念，此外“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。