[发明专利]车辆道路载荷的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真方法，特别涉及一种用于汽车新车型的开发设计阶段，通过数值试验的手段获得车辆在不同路面条件下的道路载荷的仿真方法，为整车及零部件的耐久性评估提供必须的外部载荷数据。

背景技术

目前道路载荷测量领域主要采用物理试验，其主要试验设备为六分力测量系统。车轮六分力测量系统是一套进行工程试验的物理设备，主要有轴适配器、车轮六分力传感器、轮缘适配器、放大器集流环总成、电子调节设备、数据采集系统等组成，能快速测量车轮受到的三个力三个扭矩。

在新车型的概念设计阶段，由于物理样机还未得到，也无法进行物理试验，无法得到道路载荷数据，无法在设计制造过程之前进行疲劳分析，真实地预测产品的寿命。

发明内容

本发明的技术问题是要提供一种在新车型概念设计阶段使用虚拟样机预测道路载荷数据的仿真方法，在设计制造过程之前进行疲劳分析，真实地预测产品的寿命，极大地降低生产原型机和进行疲劳寿命测试所带来的巨额开销。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种车辆道路载荷的仿真方法，该仿真方法包括如下的步骤：

1)整车模块化建模；

①建立白车身、其他非核心模块有限元模型；

白车身模块包括车身壳体、车门、发动机罩以及其他车身覆盖件；

非核心模块包括转向系、传动系、制动系、仪表盘、座椅、排气管；

所述的白车身、其他非核心模块有限元模型的建立包括网格划分，单元属性选择和材料特性的赋予。网格划分完成后按照表1的各参数评价指标，对网格划分的质量进行评价。对于不符合参数要求的单元进行重新划分，为后续有限元模型计算的准确性提供必要的保证。

表1

白车身、其他非核心模块只有进行了单元属性的选择、材料特性的赋予后才能成为有限元模型。这些有限元模型用壳单元和体单元描述，有限元模型本身的焊接用刚性梁单元描述。发动机、车内成员用集中质量单元描述。

壳单元属性是指单元的厚度、壳单元的公式、厚度方向的积分点数目等。本模型的单元厚度是按照实际的厚度定的，采用B-T壳单元公式，使用缺省的厚度方向的2个积分点，如果壳单元的厚度大于1.5mm，则在厚度方向采用5个积分点。

对于一些各方向尺寸相近的几何体，建模时使用体单元划分网格，如果一些模型中同时有六面体单元与四面体及五面体单元，则使退化的六面体单元按四面体及五面体单元公式计算，增加计算的稳定性。采用中心单点积分，需要控制沙漏。由于预测载荷的需要，厚度方向至少划分两个单元。

对于材料属性，车身及其他部件主要为金属材料。金属材料要体现其物理、力学性能，采用分段线性各向同性弹塑性材料模型。

②悬架有限元模型；

悬架有限元模型，是考虑了悬架弹性衬套的刚度和阻尼特性，通过离散单元、弹簧以及阻尼单元进行建模。使用6个零长度的离散弹簧(3个平移，3个转动)和6个零长度的离散阻尼单元(3个平移，3个转动)来描述弹性衬套。刚度可以定义在局部方向上，刚度和阻尼特性能是线性的，也能是非线性的，如果是非线性的，则需要定义一条描述力—变形关系的曲线，对于阻尼特性来说是力—速度曲线。

悬架弹簧是使用线弹性离散弹簧单元来进行建模的。振动与回弹锁止也是用非线性弹簧单元进行建模的，该非线性弹簧单元的刚度分别只在悬架振动与回弹运动行程之内定义，当变形量达到这个界限的时候，弹簧的刚度将远大于原来弹簧的刚度，以此来实现限制弹簧运动行程的功能。由于模型在路面上行驶的时候施加了重力加速度，因此，车身的重量将会对悬架弹簧起作用，所以，悬架弹簧在仿真运算开始前已经具有一定的变形，因此在建模的时候需要将弹簧从自由长度条件下施加一个初始压缩量，这样弹簧才能在分析时刻为0的时候产生一个力。弹簧的刚度能是线性的，也能是非线性的，如果是非线性的，则需要定义一条描述力—变形关系的载荷曲线。

悬架的减振器是用非线性粘性离散阻尼单元进行建模的，压杆在圆柱体内的运动通过使用柱型连接来实现，同时使用刚体材料以梁单元来构造压杆体和活塞杆。减振器的阻尼特性能是线性的，也能是非线性的，如果是非线性的，则需要定义一条描述力—速度关系的载荷曲线。

③轮胎有限元模型；