CN104679930A - 一种整车道路载荷提取方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种整车道路载荷提取方法及装置，能够在无实体汽车的前提下，获取汽车各个连接点的载荷。该方法包括：S1、分别建立汽车的底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型、车身的有限元模型，根据路面设计时路面图纸中的相关参数建立路面的有限元模型；S2、将底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型及车身的有限元模型进行装配，组成整车有限元模型；S3、将整车有限元模型与路面的有限元模型进行装配，设定整车有限元模型的运动速度，计算整车有限元模型在路面的有限元模型上运行时的物理参数；S4、从物理参数中提取整车有限元模型各个连接点的载荷信息。该整车道路载荷提取方法及装置用于汽车各个连接点载荷的提取。
Description
技术领域
本发明涉及一种整车道路载荷提取方法及装置。
背景技术
在现代机械工业中，有80%以上的结构强度破坏是由疲劳破坏所造成的。随着机械产品运转速度的提高，疲劳破坏更加普遍。车身是汽车的主要承载部件，尤其轿车、客车等承载式车身，是悬架、发动机和车身附件的安装基础，承受来自路面、发动机等的各种交变载荷，其疲劳强度性能对保证汽车产品的安全性和可靠性至关重要。近年来，车身耐久性CAE(ComputerAided Engineering，计算机辅助工程)分析研究已经取得了较大进展。其中，高效、准确地提取整车中各个连接点的载荷是其中的一个关键问题。目前的载荷提取方法首先需要通过实车在试车场强化试验路段，例如在鹅卵石路、条石路、搓衣板路、坑洼路等上进行试验，提取轮胎中心的载荷，由于在实车的路面载荷谱采集的时候，无法同时获取各个车身连接点的载荷，因此需要通过其他方法来获取这些车身连接点的载荷谱。目前通用的方法是通过创建多体模型来提取，创建多体模型后，需要验证所创建的多体模型的可靠性，即将模拟分析所获取的轮胎中心的六向载荷或者加速度与试验测试的结果数据进行对比，如果对比结果比较相近，则利用该多体模型提取各个车身连接点的载荷。这种载荷提取方法时间周期较长，而且价格昂贵，且在试车场进行整车道路试验时需要与新设计车相同平台的实车模型，因此无法在汽车设计的前期阶段提供实际的指导作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种整车道路载荷提取方法及装置，能够取代大量的实验、节省成本，在无实体汽车的前提下，通过计算机仿真方法建立汽车模型，最终通过汽车模型来提取汽车各个连接点的载荷信息，该载荷信息能够在汽车设计的前期阶段提供实际的指导作用。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种整车道路载荷提取方法，包括以下步骤：
S1、根据汽车设计时的形状和尺寸分别建立底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型、车身的有限元模型，根据路面设计时路面图纸中的相关参数建立路面的有限元模型；
S2、将所述底盘的有限元模型、所述轮胎的有限元模型及所述车身的有限元模型进行装配，组成整车有限元模型；
S3、将所述整车有限元模型与所述路面的有限元模型进行装配，设定所述整车有限元模型的运动速度，计算所述整车有限元模型在所述路面的有限元模型上运行时的物理参数；
S4、从所述物理参数中提取所述整车有限元模型的各个连接点的载荷信息。
本发明实施方式还提供一种整车道路载荷提取装置，包括以下单元：
新建单元，用于根据汽车设计时的形状和尺寸分别建立底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型、车身的有限元模型，根据路面设计时路面图纸中的相关参数建立路面的有限元模型；
装配单元，用于将所述底盘的有限元模型、所述轮胎的有限元模型及所述车身的有限元模型进行装配，组成整车有限元模型；
处理单元，用于将所述整车有限元模型与所述路面的有限元模型进行装配，设定所述整车有限元模型的运动速度，计算所述整车有限元模型在所述路面的有限元模型上运行时的物理参数；
提取单元，用于从所述物理参数中提取所述整车有限元模型的各个连接点的载荷信息。
本发明实施方式相对于现有技术而言，在无实体汽车的前提下，利用一种计算机仿真方法首先建立底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型、车身的有限元模型，及路面的有限元模型；然后将所述底盘的有限元模型、所述轮胎的有限元模型及所述车身的有限元模型进行装配，组成整车有限元模型；再给整车有限元模型设定一定的运动速度，接着通过软件计算出整车有限元模型在路面的有限元模型上运行时的物理参数；最后在该物理参数中提取整车有限元模型的各个连接点的载荷信息。该整车道路载荷提取方法可以取代大量的实验、节省成本，该载荷信息能够很好地在汽车设计的前期阶段提供实际的指导作用。
另外，在所述S2之后，所述S3之前，所述方法还包括：标定所述轮胎的有限元模型的刚度，所述轮胎的有限元模型的刚度包括径向刚度、侧向刚度及转向刚度。
通过在装配得到有限元模型之前，对轮胎的有限元模型的径向刚度，侧向刚度及转向刚度等进行标定，可以提高轮胎的精度，从而提高了该整车道路载荷提取方法的精确度。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的整车道路载荷提取方法的流程示意图；
图2是本发明第二实施方式的整车道路载荷提取方法的流程示意图。
具体实施方式
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的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明第一实施方式提供整车道路载荷提取方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤101、建立底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型、车身的有限元模型及路面的有限元模型。
对于底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型及车身的有限元模型，可以将汽车的整车的三维几何模型文件，导入到前处理软件，对底盘、轮胎及车身等每一个零件进行划分网格、赋材料参数、设置接触，同时对发动机和铸造件赋予真实的质量。
具体的，根据设计时的汽车的底盘结构件的形状和尺寸建立底盘的有限元模型，该底盘的有限元模型由前处理软件在汽车的底盘结构件的电脑辅助设计CAD数据上进行网格划分得到，特别的，还要给底盘的有限元模型赋予底盘结构件的实际质量。在本发明的实施方式中，前处理软件可以是Presys软件。前处理软件有很多种，示例的，Ansys、Hypermesh、和Ansa等，在实际工程应用中，可以根据需要任意选择其中一种，本发明对此不作限制。
在前处理软件中输入汽车轮胎的尺寸、汽车轮胎的胎压及汽车轮胎的质量，经过处理得到轮胎的有限元模型。此处得到轮胎的有限元模型的方法与得到底盘有限元模型的方法类似，在此不再赘述。
根据设计时，汽车的车身的形状及尺寸，采用与得到底盘的有限元模型相同的方法得到车身的有限元模型，然后调整车身的有限元模型的车身质量、惯性矩以及质心位置。
在前处理软件中选择路面作为输入，并根据路面设计时路面图纸中的相关参数，示例的，可以根据路面的宽度、长度、凹凸处的曲率及间距等参数来得到路面的有限元模型。
需要说明的是，前处理软件为现有技术中一种成熟的软件，其具体的工作方法及原理为现有技术，本发明在此不再赘述。
此外，车身的有限元模型及路面的有限元模型的材料属性为刚性材料。
步骤102、将底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型及车身的有限元模型进行装配，组成整车有限元模型。
步骤103、将整车有限元模型与路面的有限元模型进行装配，设定整车有限元模型的运动速度，计算整车有限元模型在路面的有限元模型上运行时的物理参数。
在该步骤中，可以通过显式动力学分析软件来计算整车有限元模型在路面的有限元模型上运行时的物理参数。显式动力学分析软件为现有技术中一种成熟的软件，其具体的工作方法及原理为现有技术，本发明在此不再赘述。进一步的，通过计算得到的物理参数包括整车有限元模型在路面上的运行的力、加速度、各零件的位移、汽车各个连接点的载荷信息等。显式动力分析软件可以将上述物理参数作为一个文本输出。
显式动力分析软件有很多种，示例的，Autodyn、LS-DYNA等，在实际工程应用中，可以根据需要任意选择其中一种，本发明对此不作限制。
步骤104、从物理参数中提取整车有限元模型各个连接点的载荷信息。
后处理软件可以将步骤103得到的物理参数进行图形化显示。本发明的实施方式可以在显示的图形化的物理参数中读取整车有限元模型各个连接点的载荷信息，该整车有限元模型各个连接点的载荷信息即为汽车各个连接点的载荷信息。
后处理软件有很多种，示例的，Presys、Hyperview、LS-Prepost等，特别的，Presys是把前后处理集中到一起的一个软件，因此，该软件也具有后处理软件的功能，也可以用于本发明的步骤104中。在实际工程应用中，可以根据需要任意选择其中一种，本发明对此不作限制。
本发明实施方式相对于现有技术而言，在无实体汽车的前提下，利用一种计算机仿真方法首先建立底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型、车身的有限元模型，及路面的有限元模型；然后将所述底盘的有限元模型、所述轮胎的有限元模型及所述车身的有限元模型进行装配，组成整车有限元模型；再给整车有限元模型设定一定的运动速度，接着通过软件计算出整车有限元模型在路面的有限元模型上运行时的物理参数；最后在该物理参数中提取整车有限元模型的各个连接点的载荷信息。该整车道路载荷提取方法可以取代大量的实验、节省成本，该载荷信息能够很好地在汽车设计的前期阶段提供实际的指导作用。
本发明的第二实施方式涉及整车道路载荷提取方法。第二实施方式在第一实施方式基础上做了进一步改进，如图2所示，主要改进之处在于：本发明第二实施方式中，在执行步骤201之后、步骤203之前，先执行步骤202：标定轮胎的有限元模型的刚度，轮胎的有限元模型的刚度包括径向刚度、侧向刚度及转向刚度，最后再执行步骤204及步骤205。由于轮胎在利用CAE提取车身各个连接点载荷的方法中具有非常重要的作用，轮胎的精度高低，将直接影响各个连接点载荷的提取精度。所以，在将轮胎模型装配到整车模型之前，需要标定轮胎的刚度：径向刚度，侧向刚度及转向刚度等。
需要说明的是，在本实施方式中，步骤201、步骤203、步骤204及步骤205分别于第一实施方式中的步骤101、步骤102、步骤103及步骤104相同，本发明在此不做赘述。
通过在装配得到有限元模型之前，对轮胎的有限元模型的径向刚度，侧向刚度及转向刚度等进行标定，可以提高轮胎的精度，从而提高了该整车道路载荷提取方法的精确度。
本发明的第三实施方式涉及整车道路载荷提取装置，包括以下单元：
新建单元，用于根据汽车设计时的形状和尺寸分别建立底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型、车身的有限元模型，根据路面设计时路面图纸中的相关参数建立路面的有限元模型。
装配单元，用于将底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型及车身的有限元模型进行装配，组成整车有限元模型。
处理单元，用于将整车有限元模型与路面的有限元模型进行装配，设定整车有限元模型的运动速度，计算整车有限元模型在路面的有限元模型上运行时的物理参数。
提取单元，用于从物理参数中提取整车有限元模型的各个连接点的载荷信息。
其中，汽车的底盘的有限元模型由前处理软件在汽车的底盘结构件的电脑辅助设计CAD数据上进行网格划分得到。轮胎的有限元模型由前处理软件根据汽车轮胎的尺寸、汽车轮胎的胎压及汽车轮胎的质量得到。车身的有限元模型及路面的有限元模型的材料属性为刚性材料。
本发明实施方式相对于现有技术而言，在无实体汽车的前提下，利用一种计算机仿真方法首先通过新建单元建立底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型、车身的有限元模型，及路面的有限元模型；然后通过装配单元将底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型及车身的有限元模型进行装配，组成整车有限元模型；再通过处理单元给整车有限元模型设定一定的运动速度，接着通过软件计算出整车有限元模型在路面的有限元模型上运行时的物理参数；最后通过提取单元在该物理参数中提取整车有限元模型的各个连接点的载荷信息。该整车道路载荷提取方法可以取代大量的实验、节省成本，能够很好地在汽车设计的前期阶段提供实际的指导作用。
本发明的第四实施方式涉及整车道路载荷提取装置。第四实施方式在第三实施方式基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：本发明第四实施方式中，除新建单元、装配单元、处理单元及提取单元外，该整车道路载荷提取装置还包括标定单元，该标定单元用于在装配单元将底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型及车身的有限元模型进行装配之前，标定轮胎的有限元模型的刚度，轮胎的有限元模型的刚度包括径向刚度、侧向刚度及转向刚度。
在装配单元装配得到有限元模型之前，通过标定单元对轮胎的有限元模型的径向刚度，侧向刚度及转向刚度等进行标定，可以提高轮胎的精度，从而提高了该整车道路载荷提取方法的精确度。
值得一提的是，关于装置的实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。各个物理单元的工作原理可以参考方法实施例中的叙述，本发明在此不再赘述。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种整车道路载荷提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据汽车设计时的形状和尺寸分别建立底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型、车身的有限元模型，根据路面设计时路面图纸中的相关参数建立路面的有限元模型；
S2、将所述底盘的有限元模型、所述轮胎的有限元模型及所述车身的有限元模型进行装配，组成整车有限元模型；
S3、将所述整车有限元模型与所述路面的有限元模型进行装配，设定所述整车有限元模型的运动速度，计算所述整车有限元模型在所述路面的有限元模型上运行时的物理参数；
S4、从所述物理参数中提取所述整车有限元模型各个连接点的载荷信息。
2.根据权利要求1所述的整车道路载荷提取方法，其特征在于，在所述S2之后，所述S3之前，所述方法还包括：
标定所述轮胎的有限元模型的刚度，所述轮胎的有限元模型的刚度包括径向刚度、侧向刚度及转向刚度。
3.根据权利要求1所述的整车道路载荷提取方法，其特征在于，所述汽车的底盘的有限元模型由前处理软件在所述汽车的底盘结构件的电脑辅助设计CAD数据上进行网格划分得到。
4.根据权利要求1所述的整车道路载荷提取方法，其特征在于，所述轮胎的有限元模型由所述前处理软件根据所述汽车轮胎的尺寸、所述汽车轮胎的胎压及所述汽车轮胎的质量得到。
5.根据权利要求1所述的整车道路载荷提取方法，其特征在于，所述车身的有限元模型及所述路面的有限元模型的材料属性为刚性材料。
6.一种整车道路载荷提取装置，其特征在于，包括以下单元：
新建单元，用于根据汽车设计时的形状和尺寸分别建立底盘的有限元模型、轮胎的有限元模型、车身的有限元模型，根据路面设计时路面图纸中的相关参数建立路面的有限元模型；
装配单元，用于将所述底盘的有限元模型、所述轮胎的有限元模型及所述车身的有限元模型进行装配，组成整车有限元模型；
处理单元，用于将所述整车有限元模型与所述路面的有限元模型进行装配，设定所述整车有限元模型的运动速度，计算所述整车有限元模型在所述路面的有限元模型上运行时的物理参数；
提取单元，用于从所述物理参数中提取所述整车有限元模型的各个连接点的载荷信息。
7.根据权利要求6所述的整车道路载荷提取装置，其特征在于，所述装置还包括：
标定单元，用于在所述装配单元将所述底盘的有限元模型、所述轮胎的有限元模型及所述车身的有限元模型进行装配之前，标定所述轮胎的有限元模型的刚度，所述轮胎的有限元模型的刚度包括径向刚度、侧向刚度及转向刚度。
8.根据权利要求6所述的整车道路载荷提取装置，其特征在于，所述汽车的底盘的有限元模型由前处理软件在所述汽车的底盘结构件的电脑辅助设计CAD数据上进行网格划分得到。
9.根据权利要求6所述的整车道路载荷提取装置，其特征在于，所述轮胎的有限元模型由所述前处理软件根据所述汽车轮胎的尺寸、所述汽车轮胎的胎压及所述汽车轮胎的质量得到。
10.根据权利要求6所述的整车道路载荷提取装置，其特征在于，所述车身的有限元模型及所述路面的有限元模型的材料属性为刚性材料。
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| JP2017128229A (ja) * | 2016-01-20 | 2017-07-27 | 横浜ゴム株式会社 | 空気入りタイヤのシミュレーション方法及び評価方法 |
| CN107505139A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-12-22 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 一种整车疲劳测试方法及装置 |
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