汽車底盤系統(tǒng)零件的振動性能優(yōu)化技術(shù)

1、    汽車底盤系統(tǒng)零件的振動性能優(yōu)化技術(shù)         汽車振動性能的優(yōu)化要求對懸架系統(tǒng)的單個零件進(jìn)行分析，同時考慮它們在振動系統(tǒng)中的相互作用。這一工作的最大挑戰(zhàn)在于如何建立簡單有效的動力學(xué)模型，以便獲得用于對零件的性能要求進(jìn)行詳細(xì)定義的足夠數(shù)據(jù)。 汽車的行駛平順性以及聲學(xué)性能的改進(jìn)，除了需要花費(fèi)精力對組成系統(tǒng)的單個零件進(jìn)行細(xì)致的分析設(shè)計(jì)之外，更重要的是需要對整個懸架系統(tǒng)以及組成系統(tǒng)的零部件之間的相互作用進(jìn)行精確研究。通常，由于對單個零件在系統(tǒng)性能中的影響估計(jì)不

2、足，有些公司在花費(fèi)大量的人力物力對懸架或阻尼系統(tǒng)元件進(jìn)行單獨(dú)研發(fā)后，得到的系統(tǒng)性能卻不盡如人意。 無論是開發(fā)新的汽車底盤零件或是對現(xiàn)有底盤零件進(jìn)行性能優(yōu)化，理想的方法是先從整體上對汽車子系統(tǒng)的振動性能進(jìn)行研究，識別現(xiàn)存的性能改進(jìn)空間，然后再通過零件設(shè)計(jì)技術(shù)對單個產(chǎn)品的性能進(jìn)行優(yōu)化，最終通過多個階段的測試來驗(yàn)證所開發(fā)的零件成功與否。 零件開發(fā)及試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù) 基于臺架試驗(yàn)研究所獲得的詳細(xì)的系統(tǒng)特性信息，可以用來建立計(jì)算機(jī)模擬模型。模型包含了所有懸架元件，還有控制臂或連接桿件，有時還會包含具有理想剛性的副車架，元件之間通過耦合元件或力單元相互連接(如圖1)。模型通過對舒

3、適性有影響的零件特性參數(shù)來描述。通過開關(guān)變量來控制被模擬零件的開或關(guān)，以便對比試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果，分析零件對系統(tǒng)性能的影響以及估計(jì)解決方案對系統(tǒng)性能的改進(jìn)空間。系統(tǒng)中的每個零件都可用具有理想特性的元件替代，進(jìn)行性能貢獻(xiàn)分析，以評價(jià)它們各自對系統(tǒng)性能的影響。被優(yōu)化零件的性能改進(jìn)空間，則可以通過初始狀態(tài)和理想狀態(tài)下的性能對比來估計(jì)。將貢獻(xiàn)分析和性能改進(jìn)潛力分析技術(shù)相結(jié)合，可以大量節(jié)省設(shè)計(jì)成本。 貢獻(xiàn)分析完成后可以確定主要的被優(yōu)化零件，例如，充液減振器活塞連桿的摩擦力是小激勵下寄生剛度升高的主要來源，但用一個價(jià)格昂貴的低摩擦減振器來替代它并非絕對必要。通常為現(xiàn)有減振器匹配一個改進(jìn)后的頂部支

4、撐，可以達(dá)到所需的舒適性效果。 大多數(shù)懸架零件都表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性特性，這意味著其動力學(xué)特性依賴于振動幅值、預(yù)應(yīng)力和溫度等因素。測量非線性零件時，選擇試驗(yàn)參數(shù)以及試驗(yàn)條件，同實(shí)際使用條件一致這一點(diǎn)非常重要。威巴克公司開發(fā)了一整套的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)用于汽車振動控制類零件的測試。這包括零部件剛度特性的準(zhǔn)靜態(tài)測試、識別動剛度對試驗(yàn)頻率依賴性的頻率測試、零件的動剛度同激勵幅值之間的依賴特性的掃幅測量，以及確定幾何非線性特性對動剛度影響的預(yù)載荷試驗(yàn)等。首先，原型樣件將按這些標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行評價(jià)，測試結(jié)果同零件設(shè)計(jì)圖紙相比較，如果原型樣件達(dá)到了所有技術(shù)要求，則會被安裝到車橋上進(jìn)行總成臺架測試。多種類型的車橋

5、試驗(yàn)臺架(如圖2)可用于汽車車橋總成的試驗(yàn)分析。所有試驗(yàn)中，車橋都通過3軸向載荷測量單元連接到試驗(yàn)臺架的剛性框架結(jié)構(gòu)上。這些載荷測量單元位于車橋同車身相互作用點(diǎn)的位置，用于檢測車橋和車身之間的內(nèi)部力。與零件的臺架試驗(yàn)相比，車橋分析中的主要挑戰(zhàn)在于，它是一個單輸入多輸出系統(tǒng)。如果輪轂在一個方向上被激勵，在所有同汽車底盤相互作用的界面上都會產(chǎn)生響應(yīng)力。 通過對不帶車輪的車橋進(jìn)行測試可以得到輸入剛度和傳遞剛度。對于相同的輸入位移，大的傳遞剛度意味著在輸出端會產(chǎn)生大的力，相應(yīng)地，這些動態(tài)力對于汽車的振動和聲學(xué)舒適性負(fù)有主要責(zé)任。圖3所示為傳遞剛度同頻率之間的關(guān)系。圖中，每一條線代表一個傳遞路

6、徑，顏色是剛度分布的度量。圖中同時還展示了傳遞路徑作為頻率的函數(shù)，隨頻率的變化而變化的特征。隨著頻率的變化，最大力會出現(xiàn)在車身不同的位置上。這可以為整車廠提供有關(guān)車橋同車身之間可能發(fā)生的相互作用信息。整車設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的一點(diǎn)是要保證車身的共振頻率同車橋的共振頻率錯開。 分析了懸架的輸入和傳遞剛度后，就需要對帶有車輪的車橋進(jìn)行研究了。通過液力激振器對轉(zhuǎn)轂進(jìn)行正弦和隨機(jī)激振，來實(shí)現(xiàn)對車橋的試驗(yàn)分析。除了前面提到的力測量技術(shù)，該試驗(yàn)還可以采用高速光學(xué)測量系統(tǒng)進(jìn)行檢測(如圖4)。光學(xué)測量系統(tǒng)測試所得的數(shù)據(jù)揭示了懸架在瞬態(tài)激勵下，垂直方向上車輪跳動的運(yùn)動曲線，以及對車橋的減振行為的評價(jià)，該評價(jià)

7、分別在車輛的垂直方向和前后方向上進(jìn)行。對垂直方向上的減振性能起決定性影響的零件是減振器，另外汽車所采用的前后副車架懸置的阻尼還會對汽車的操縱性能產(chǎn)生影響。除了所需的剛度特性和曲線外，零件設(shè)計(jì)中還需要考慮零件的使用壽命問題。利用有限元技術(shù)進(jìn)行零件的使用壽命預(yù)測，目標(biāo)是如何在首次樣車上滿足零件使用壽命的要求。首先通過有限元工具將載荷時間曲線轉(zhuǎn)化咸應(yīng)力或應(yīng)變時間曲線，以便作出耐久性預(yù)測。計(jì)數(shù)技術(shù)，比如雨流計(jì)數(shù)，被用來對結(jié)果進(jìn)行分級，在下一步中，該結(jié)果將同材料特性聯(lián)系起來。材料的疲勞特性通過Woehler曲線或Haigh圖的形式來表示。計(jì)算所得的損壞因子為工程師提供了在實(shí)際載荷條件下零件使用壽命的指標(biāo)。 如果車橋總成臺架試驗(yàn)結(jié)果同計(jì)算所得的結(jié)果一致，零件將被安裝在原型車上，最終設(shè)計(jì)是否成功將通過對整車的主觀以及客觀評價(jià)進(jìn)行驗(yàn)證。 &