轿车控制臂总成的开发设计方法的研究

摘要

汽车市场的变化瞬息万变,新车开发周期也相应的缩短,以适应市场的变化。目前,国内外的各个汽车制造商正致力于将计算机分析模拟、试验室台架试验和道路试验等各种手段结合在一起,以确保在最短的时间内,以最低的成本设计制造出适应市场需要,质量可靠性能优越的新车。对于汽车零部件的研发来说,不管对于国内还是对于国外来说都是一个非常成熟的行业,尤其是在国际同行业上,它呈现出研发速度快、模块化研发供货以及成本低等很多优点。尤其是在广泛采用计算机化手段基础上,在运用各类优秀成熟的CAD和CAE软件进行虚拟开发、优化设计和验证以后,大大缩短了研发周期,降低了开发成本。而对于我国的研发来说,研发方式主要集中在两种,一种是根据国际知名企业所提供的全套设计文件进行国产化开发供货,另外一种是在选定国际知名品牌的平台后,参照该平台车型的底盘悬架结构进行逆向开发。本文中以控制臂总成作为研究对象,根据不同产品间所具有的极高产品相似特性,探讨如何科学总结轿车底盘零部件的研发规律流程。在此过程中,一方面要找到比较全面的产品共有特性,使今后的研发成为制度性流程;另一方面要通过CAE和必要的试验,对关键的典型设计和研发特性进行充分验证,从而保证这些关键特性优先满足用户需求。在实际研究过程中,不同的整车工况和系统要求与输入,不同的材料结构工艺将构成一系列复杂的产品特性,这些特性一部分用于对整车和系统需求特性的分解和验证,一部分用于冲压、焊接、机加工及装配四大工艺实施时的分配与现场控制。本课题期望能创建这样的描述体系,既用于今后的拓展与完善,又能用于今后越来越多的正向开发设计。在本课题设计中,以控制臂柔性研发平台和设计知识库描述方法,采集现有控制臂产品式样、3D/2D图样、试验方法、CAE报告、试验报告,进行典型性分类,抽取关键设计要素,划分使用条件与场合,区别制造成本与周期,评价综合性能水平,形成类似研发标准的产物,便于正向研发参考。本课题的关键问题在于明确控制臂的系统要求,运用虚拟仿真手段,实现控制臂设计开发的计算机化。同时建立起一个关于控制臂总成较详细的数据平台,为以后的研发提供一定的可以参考的设计资料以及期望在此基础上形成一定的开发平台以及开发模式。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究的意义和工程背景

1.2 国内外的研发现状

1.2.1 国外研发趋势

1.2.2 国内研发现状分析

1.2.3 国内外研发现状差异比较分析

1.3 研究对象概述

1.3.1 控制臂的结构形式

1.3.2 控制臂在轿车整车上的功能描述

1.4 本文研究内容

1.5 本章小结

第二章 数字化开发技术的运用

2.1 CAD 的运用

2.1.1 CATIA 的介绍

2.1.2 CATIA 的功能

2.1.3 CATIA 的应用的领域与前景

2.2 有限元的运用

2.2.1 有限元的分析

2.2.2 有限元的发展趋势

2.2.3 板料成型形限元的介绍

2.3 控制臂疲劳分析计算

2.3.1 测量应变、应力谱图

2.3.2 获取材料数据

2.3.3 损伤计算

2.4 汽车多体运动学动力学仿真分析

2.4.1 ADAMS 软件概述

2.4.2 ADAMS 软件主要功能介绍

2.5 CAD 与CAE 的协同工作及在汽车开发中的作用

2.6 本章小结

第三章 控制臂关键设计要素的建立

3.1 建立与控制臂总布置等相关的设计要素

3.1.1 设计要素之控制臂的硬点坐标

3.1.2 控制臂的硬点坐标对性能的影响

3.2 与制造精度相关的设计要素

3.2.1 设计要素之控制臂安装点的位置度

3.2.2 设计要素之控制臂的冲压焊接机加工装配基准

3.3 建立与结构及强度相关的设计要素

3.3.1 设计要素之冲压焊接结构的断面形式分类

3.3.2 设计要素之控制臂安装点处结构

3.3.3 设计要素之控制臂本体关键结构细节

3.3.4 设计要素之控制臂安装点结构细节

3.4 CAE 在控制臂设计过程中的作用及相关设计要点

3.5 控制臂设计要素系统化（分类分级）与应用分布

3.5.1 总布置阶段（控制臂设计输入协调阶段）

3.5.2 结构设计阶段

3.5.3 设计验算与修改完善阶段

3.5.4 工程设计（2D）阶段

3.6 本章小结

第四章 控制臂分析计算

4.1 L 型零偏距控制臂受力分析计算

4.1.1 L 型零偏距控制臂的特性描述

4.1.2 冲压焊接结构改进设计对L 型控制臂强度的影响及计算

4.2 与车架的安装结构（约束关系）对整车性能的影响分析

4.3 安装尺寸精度对悬架性能的影响及分析计算实例

4.3.1 使用ADAMS 分析尺寸精度对整车性能影响的必要性

4.3.2 建立悬架计算控制模型

4.4 疲劳分析在控制臂设计开发中的应用

4.4.1 对疲劳的概念性理解

4.4.2 举例说明疲劳分析的基本步骤和要点

4.4.3 疲劳分析与试验评价

4.5 本章小结

第五章 开发控制臂验证与试验方法的设计

5.1 控制臂试验种类

5.1.1 单件动态强度试验

5.1.2 置于前悬架模块中的试验

5.1.3 零部件整车道路试验

5.2 试验方法的要素

5.3 本章小结

第六章 结论

6.1 本文开展的主要工作

6.2 展望及下一步可进行的主要工作

参考文献

致谢词

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