一种基于硬点名称的汽车悬架的自动化建模方法

技术领域

本发明涉及汽车的计算机辅助设计领域，具体涉及一种悬架多体动力学模型建立的自动化方法。

背景技术

在汽车设计阶段，常使用悬架的多体动力学模型，进行悬架的性能仿真, 来预测车辆的动力学性能、指导设计及改进方向，因此，悬架的多体动力学模型在产品开发过程中发挥着重要的作用。

目前在进行汽车悬架的开发设计时，汽车工程师常根据悬架硬点和部件间的拓扑关系手动建立悬架系统的多体系统动力学模型，并进行性能仿真。此过程要求工程技术人员具备较好的多体动力学背景知识来进行悬架模型搭建 ，手动录入硬点参数坐标参数等，并进行性能校核。

悬架设计开发过程中， 常因为布置空间、属性间平衡等因素，需要进行多种设计方案的性能分析及比较，例如不同悬架型式结构间的比较，则需要工程师针对新的悬架型式重新建立悬架系统的多体动力学模型，即便只是简单的不同硬点方案的比较分析，也需要重新手动录入改变后的硬点数据。这样，悬架性能分析比较等需要的时间较长，同时工程师的工作量也非常大，也很容易出错。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车悬架多体动力学模型的自动化建模方法，此建模方法包括如下步骤：

第一步，建立一个可修改的硬点表，该硬点表中包括各硬点名称，以及每一硬点对应的空间三维坐标数值，此硬点表可与悬架设计开发过程中的硬点表为同一表单，以保证数据更新的及时性和唯一性； 为确保硬点名称中包含必要的悬架拓扑结构信息，以便实现自动化建模， 需要对硬点及悬架部件的名称的命名方式进行约定，推荐的命名约定如下：

（1）悬架硬点类型一般可总结为两大类型， a) 关节类硬点，连接两个悬架部件（包含弹簧、减振器等力元）的硬点；b）表征车轮姿态的硬点，例如轮心点、轮轴点等，此类硬点的位置信息将用于计算悬架性能参数或曲线。

（2）对于关节类硬点，用一个特征连接字符，例如“2”将两个关联部件（包含弹簧、减振器等力元）的名称连接起来作为该硬点名称， 例如“spring2lca”，如这种命名下的硬点名称还不能完整描述硬点的特征或出现硬点名称重名等问题，可接着在此名称后面添加特征补充字符，例如“_"，连接补充信息字符串， 例如 "lca2body_front"、 "lca2body_rear"，从而能够实现从硬点的名称即可识别零部件拓扑关系。

（3）对于非关节类硬点，沿用关节类硬点的命名方式，只是不再需要特征连接字符，例如”2“，只需要用一个特征补充字符，例如“_”, 连接其所在的部件名称及此硬点的位置或者用途，特征补充字符前的字符串表示所在部件名称，特征补充字符后的字符串代表其具体用途或位置， 例如轮心点为“wheel_center”，轮轴点为”wheel_axis”。

（4）对于悬架部件，一般分为六类，a)普通悬架部件；b) 和大地固连部件；c)力元部件， 例如弹簧、减振器；d)特殊力元部件，减振器支柱；e) 轮端部件；f）转向驱动部件。

（5）对于普通悬架部件，不需要做特别约定， 例如可按照其位置进行命名，例如，“lcafront”。

（6)对于和大地固结部件，需要对其名称进行约定，例如命名为“body”， 或者“subframe”。

（7)对于力元部件（弹簧、减振器等），需要对其名称进行约定，例如，弹簧为“spring”,减振器为”damper”。

（8）对于减振器支柱，尤其是麦弗逊减振器支柱，还兼具运动导向功能，故需对减振器支柱名称做特别约定，例如，上支柱为“strutupper”，下支柱为“strutlower” 。

（9）对于轮端部件， 其运动是计算悬架性能参数和曲线的关键， 需要对名称做特别约定， 例如“wheel”。

（10）对于转向驱动部件， 其是转向运动的加载部件， 需要对名称做特别约定，例如“tierod”。

第二步，读入硬点表，并在多体模型中建立硬点。

第三步，按照如下的步骤进行部件的建模：

（1）遍历硬点表中的硬点名称， 根据特征连接字和特征补充字符进行字符串判断，来识别悬架中的所包含的部件及其名称；例如特征补充字符 “_”，其前面的字符串如无特征连接字符"2", 则此字符串表示部件，如包含特征连接字符“2”，则其前后的字符串都表示部件。

（2）对于每个识别出来的部件，遍历整个硬点表，如硬点名称中包含此部件名称，则将此硬点归属到对应的部件中。

（3）如部件名称中不包含特定力元部件名称(例如 ”spring"、"damper")，根据其包含的硬点在多体模型中建立部件。

第四步，按照如下的步骤对部件名称以及其所包含的关节硬点进行判断，进行铰约束的建模：

（1）如部件名称为和大地固连部件的名称，例如为“body”或“subframe”，建立此部件和大地的固连约束。

（2）如部件名称为减振器下支柱，例如”strutlower“，记录此部件的同时， 判断其关节硬点中是否包含轮端部件名称，例如”wheel“，如包含，则建立与车轮部件的固连约束，如不包含，则建立其与连接部件间的万向节约束。

（3）如部件名称为减振器上支柱，例如“strutupper”，记录此部件的同时，建立和其连接部件间的万向节约束、及和减振器下支柱部件间的圆柱铰约束。

（4）如部件名称为转向驱动部件 ，例如“tierod”，且其中一个关节硬点名称表明其连接和大地固连的部件，例如为“tierod2body” 或"tierod2subframe", 记录此关节硬点，且不在此关节硬点处建立任何铰约束。

（5）如果两个部件共同包含2个相同的关节硬点，建立这两个部件在这两个关节硬点处的旋转铰约束。

（6）如果部件中只包含2个关节硬点， 或包含3个关节硬点，但其中包含了力元（弹簧，减振器）的硬点， 则在部件的一端和其连接部件做万向节约束。

（7）在其他关节硬点处建立其连接部件间的球铰约束。

第五步， 按照如下的步骤进行力元的建模：

（1）根据力元部件中包含的关节硬点和力元名称，在其连接的部件间建立相应的力元。

（2）根据记录的减振器支柱下支柱和减振器支柱上支柱部件， 在这两个部件间建立弹簧以及减振器力元。

第六步，按照如下的步骤进行位移驱动的建模：

（1）在轮心硬点，例如“wheel_center”处建立垂向位移驱动。

（2）在第四步记录的转向关节硬点，例如“tierod2body” 或"tierod2subframe"处，建立X、Y、Z三向位移驱动， 其中X、Z向位移驱动为0。

（3）根据仿真工况的定义， 调整轮心硬点，例如“wheel_center”处垂向位移驱动和转向关节硬点，例如“tierod2body” 或"tierod2subframe"处的Y向位移驱动。

完成硬点、部件、铰约束、力元、和位移驱动的建模后， 即可进行悬架的性能仿真。

实施本发明，具有如下的有益效果：

本发明使用硬点表即可完成悬架多体动力学模型的自动化建模，实现使用硬点表驱动悬架模型的建立，即只需更改硬点表即可快速建立悬架系统的多体动力学模型。

本发明适用于各种悬架结构形式。本发明尤为突出的优势是使概念设计阶段悬架悬架建模的工作效率得以大幅提升，大大缩短了悬架系统初期开发时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种汽车悬架模型自动化设计方法的一个实施例的主流程示意图。

图2是图1中的硬点表的示意图。

图3是根据图1硬点信息按照本发明的方法自动化形成的悬架多体系统动力学模型的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的建模方法进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例提供了一种汽车悬架多体动力学模型的自动化建立方法，如图1所示，是本发明一个实施例中的主流程图，该方法包括如下步骤：

步骤S10，准备硬点表，该硬点表包含该汽车悬架的所有硬点，硬点命名方式按照约定方式命名，每个硬点包含空间三维坐标信息。

步骤S20，读入硬点表，并在多体模型中建立硬点。

步骤S30，识别部件及其包含的硬点，在多体模型中建立部件，具体包括：

（1）按照特征连接字符"2"和特征补充字符"_"，对整个硬点表进行遍历和判断，下表为识别出部件名称及其所包含的硬点。

（2）

（3）按照上表中的部件名称及包含的硬点，在多体模型中建立部件。

步骤S40，对部件名称以及其所包含的关节硬点进行判断，进行铰约束的建模，具体包括：

（1）将部件名称为“body”的部件与大地建立固定连接约束。

（2）将“strutlower”部件与“lcarear”部件，在关节硬点“strutlower2lcarear”处建立万向节约束。

（3）将“strutupper”部件与”body“ 部件间在关节硬点”strutupper2body“处建立万向节约束，与 “strutlower”部件沿关节硬点“strutupper2body”和“strutlower2lcarear”连线建立圆柱铰约束。

（4）将关节硬点”tierod2body“记录，用于转向位移驱动的建立。

（5）两个部件共用2个相同的关节硬点间建立旋转铰约束，将部件”uca“与部件”body“在 2个共用关节硬点”uca2body_front"和“uca2body_rear"处建立旋转铰约束。

（6）将只包含2个关节硬点（剔除力元后）的部件的一段，建立万向节约束，具体为：a)将部件”lcafront“与部件”wheel“在”lcafront2wheel“处建立万向节约束；b)将部件”lcarear“与部件”wheel“在”lcarear2wheel“处建立万向节约束；c)将部件”tierod“与部件”wheel“在”tierod2wheel“处建立万向节约束。

（7）在其他关节硬点处，建立球铰约束，具体为：a)将”uca“部件与部件”wheel“在”uca2wheel“处建立球铰约束；b）将”lcafront“部件与部件”body“在”lcafront2body“处建立球铰约束；c）将”lcarear“部件与部件”body“在”lcarear2body“处建立球铰约束。

步骤S50，在多体模型中进行力元的建模，在部件“strutlower”和部件“strutupper” 间建立弹簧以及减振器力元。

步骤S60，进行位移驱动的建模，具体包括：

（1）在轮心硬点“wheel_center”处建立垂向位移驱动。

（2）在第四步记录的转向关节硬点”tierod2body“处，建立X、Y、Z三向位移驱动，其中X、Z向位移驱动为0。

（3）根据仿真工况的定义， 调整轮心硬点“wheel_center”处垂向位移驱动和转向关节硬点“tierod2body” 处的Y向位移驱动。

上述过程即是实现悬架多体动力学模型自动化的主要过程，如图3所示，即为实施例上述过程后获得的悬架多体系统动力学模型的示意图， 其中，圈S代表球铰约束，圈U代表万向节约束，圈C代表圆柱铰约束，圈R代表旋转铰约束，虚线箭头代表位移驱动，此实施例共有7个运动部件，共42个自由度，圆柱铰约束1个（约束4个自由都），旋转铰1个（约束5个自由度），万向节铰5个（共约束20个自由度），球铰3个（共约束9个自由度），4个驱动（等效于约束4个自由度），总自由度为42-4-5-20-9-4=0，符合运动学计算条件。

其他结构类型的悬架可用相同的方法自动化建立悬架的多体动力学模型。

可以理解的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。