奇瑞汽车后悬架系统碰撞建模指南V.docx
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奇瑞汽车后悬架系统碰撞建模指南V
编号：
版本：
1.0密级:
秘密
后悬架系统碰撞建模指南
编帝I"日期：
洪求才
校对/日期：
审核/日期：
批准/日期：
奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院整车安全部
2007年04月30日
1前言
后悬架与前悬架一样，在整车碰撞过程中传递各个方向的力和力矩，对碰撞结果有很大的影响。
减震器弹簧的压缩状态决定了车辆与地而高度状态，同时也决左了车辆与障壁在碰撞过程中的相对位置，因此后悬架的建模质量非常重要。
后悬架系统碰撞建模是建模中的难点，了解后悬架的结构、连接方式、各部件之间的相互关系对于建模工程师完成精确的模型是必不可少的，可以适当对系统进行简化，保留主要部件和主要特征，以减少单元数量，提高计算效率。
本指南是在《奇瑞汽车碰撞分析通用指南》的基础上，规范了后悬架系统碰撞建模的一般要求和准则，对汽车后悬架系统碰撞建模作了具体、详尽的描述。
建模时以HypcrN4csh7.O为前处理软件。
2后悬架系统几何结构描述
现代汽车悬架一般都是由弹性元件、减震器和导向机构三部分组成。
另外，还包括一些特殊功能的部件，如缓冲块、稳迫杆和拖曳臂等。
在后悬架系统建模中，把与后悬架相连的轮毂、制动器传动轴、副车架和驱动桥等也放在后悬架系统中。
悬架的种类很多，而且不同车型同类的悬架形式也多样。
现就拖曳臂悬架和麦弗逊式后悬架建模进行阐述，下面为某两种车型后悬架：
图2.1拖曳臂后悬架结构图
图2.2麦弗逊式后悬架结构图
表2.1后悬架主要部件爼称
序号
中文名称
英文缩写
CAD编号
1
制动盘
brakehubrr
QXX-35020XX
2
横向稳定杆
Ctrlarmrr
QXX-33011XXX
3
减震器总成
frontdamperassyrr
QXX-29150XX
4
驱动桥总成
drivebridgeassembIy
QXX-24020XX
5
螺旋弹簧
coiIspringrr
0XX-29120XX
6
拖曳臂
Trailingarmrr
QXX-33010XX
7
传动轴
driveshaftrr
0XX-24030XX
8
后转向节
knuckIerr
QXX-24010XX
9
制动嵌
brakecIamprr
QXX-35020XX
10
后副车架
Subframerr
QXX-28100XX
减震器结构复杂，建模时可作适当简化，为有助于建模，减震器的结构如图2.3所示。
图2.3减箴器结构图
表2.2减箴器各部件
序号
中文名称
英文名称
1
油封
pistonrodseaI
2
导向器总成
pistonrodguide
3
连杆
pistonrod
4
内筒
cyIindertube
5
减震器油
damperoiI
6
复原缓冲块
reboundstop
7
复原限位座
supportring
8
活塞阀
pistonvalve
9
外筒/储油筒
outertube
10
底阀
bottomvaIve
11
储油筒底盖
bottomoutertube
12
吊耳
mountingeye
3数据需求
•整车坐标系下半载状态的后悬架系统实际结构3D数模（如图2.1）和3D焊点（焊缝）
•后悬架系统零件名称、零件号、飯金厚度、材料牌号明细表
•后悬架减震器阻尼曲线、减役弹簧刚度和初始压缩戢
•后悬架中胶套的刚度曲线
•后悬架金属材料真实塑性应力•应变曲线
4建模规则
后悬架系统建模主要包括后驱动桥总成、后惮簧、轮毂、转向节、减谡器总成、制动器总成、横向稳立杆和控制臂等建模。
考虑计算资源和计算精度的平衡，网格尺寸控制在10mmX1Omm□尽量控制在8-11mm之间。
4.1几何处理及基本网格处理
基本网格处理以及网格质量要求如图4」所示。
图4.1后悬架系统基本网格示意图
•对于后悬架系统中零件，包括减震器中的务种阀、减震器油、油封、衬套等，建模过程中可忽略这些零件。
但是对于每个零件，应让设计部门提供每个零件的重量，建模时应将这些零件的重量体现在模型中。
保证整个模型的质量要正确。
•后悬架减後器的建模比较复杂，建模工程师必须了解各部件的相互关系。
在活塞杆与工作缸之间建立阻尼弹簧spring和圆柱较cyljoint,来模拟油压和活塞杆与工作缸之间的上下运动关系，如图4.2所示。
•后悬中的实心杆件画成实体单元网格，如减震器中的活塞杆、横向稳立杆、橡胶软垫、橡胶套等。
体单元需尽量采用6而体单元，然后在体单元上做一个接触壳即可。
•转向丫j、轮毂、制动钳（盘）等部件受变形的影响不大，在碰撞模型中一般简化为其表面的shell单元。
•建模时要考虑焊接关系，注意网格匹配，方便焊点连接。
•对于所有的无质量的joints,spring和beam单元，必须賦质量：
对于无质量的rigidbody点也要赋质量。
一般质量值为1X10-6kgo
图4.2减箴器有限元模型示意图
4.2连接关系处理
后悬架涉及到多种连接关系，根据连接关系采用相应的连接方式。
2层板焊接用spotweld（*CONSTRAINED_SPOTWELD）单元模拟，spotweld不能连接solid单元©
3层以上板焊接用rigidbody（*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY）单元模拟，用rigidbody连接时»不要激活attachnodesasset选项。
4・2・1轮毂、制动盘等刚体的连接
后悬架中的轮毂、制动盘和转向节等一般处理成刚体，这些刚体之间的连接用*CONSTRAINED_RIGID_BODIES,即把要连接在一起的PART中的一个作为MASTER,英他左义成一个SET_PART_LIST作为SLAVER,在CollectorsCardimaginCOMP用RigidBodyMergy定义连接,如图4.3所示。
与刚体连接的柔性体通过XtraNode的方式固连到刚体上，即采用*CONSTRAINED_EXTRA_NODES这个关键字进彳亍，如图4.4所示；也可用结点重合的方式连接，如图4.5所示。
图4.3Mergy泄义方式
图4.4XtraNode连接方式
图4.5结点重合连接方式
4.2・2轮穀与传动轴连接
后悬架中的轮毂与传动轴采用转动铁rejoint模拟两者之间的运动关系。
传动狡rejont的做法：
由于轮毂和传动轴都处理成刚体，在轮毂和传动轴的中心位垃，把xtronode分別附给轮毂和传动轴，并且在xtronode上附上mass（—般质量值为lXlO^kg）,分别在xtronode上做rejoint来模拟转动关系。
如图4.6所示。
图4.6轮毂和传动轴之间rejoint模拟示意图
4.2.3驱动桥与各安装支架之间的连接
在具有驱动桥形式的车型中，驱动桥总成等一般处理成刚体，这些刚体之间的连接用*CONSTRAINED_RIGID_BODIES,即把要连接在一起的PART中的一个作为MASTER,英他建义成一个SET_PART_LIST作为SLAVER。
在CollectorsCardimaginCOMP用RigidBodyMergy定义连接，参看4.2.1章节。
与刚体连接的柔性体通过XtraNode的方式固连到刚体上，即采用*CONSTRAINED_EXTRA_NODES这个关键字进行，如图4.7所示；也可用结点重合的方式连接。
图4.7XtraNode连接方式
4.2.4减震器活塞杆与工作缸之间限位
后悬架减鳶器活塞杆与工作缸之间限位。
为了真实模拟活塞杆与工作缸之间的运动关系，应根据活塞杆在工作缸中的实际行程，对活塞杆进行限位。
限位方式有两种方式：
1、通过网格单元限位,即在活塞杆运动最大行程位置处，对应的工作缸位置用网格单元模拟限位机构，阻止活塞杆在工作缸内通过此处向前进一步运动，如图4.8a所示；2、通过接触定义限位，如图4.8b所示,接触卡片建义如下。
图4.8a活塞杆限位工作缸内部结构图
图4.8b活塞杆限位工作缸内部结构图
*CONTACT_AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE
SSID
MSID
SSTYP
MSTYPE
SB0XID
MB0XID
SPR
MPR
4
0/1/2/3
1
1
FS
FD
DC
VC
VDS
PENCHK
BT
DT
0.900
0.900
0.000
0.000
0.000
0
0.000
1.000E+23
SFS
SFM
SST
MST
SFST
SFMT
FSF
VSF
1.000
1.000
5.000
5.000
1.000
1.000
1.000
1.000
SOFT
S0FSCL
LCIDAB
MAXPAR
SB0PT
DEPTH
BSORT
FRCFRQ
1
0.100
1.025
0
2
0
1
PENMAX
THK0PT
SHLTHK
SNL0G
ISYM
I2D3D
SLDTHK
SLDSTF
0.000
0
0
0
0
0
0.000
0.000
IGAP
IGNORE
1
0
4.2.5Joints连接
后悬架连接中涉及到各种joints连接，各种joints连接的运动方式见表4.1所示。
4.1常用狡
Joints
Revo1ute
Spherica1
Trans1ationa1
Cy1indrica1
转向横拉杆和转向节之间、横向稳圧杆和扭杆骨之间、扭杆骨和减震器之间一般采用球较或球头销。
用sphericaljoints连接，如图4.9中a所示。
下横臂与副车架之间、稳左杆与稳泄杆支架之间用橡胶套连接，可发生转动，用revolutejoints连接，也可以用solid连接。
如图4.9中b所示；也可采用solid连接。
图4.10为下横臂的两种连接方式。
活塞杆与储油简之间可发生平动和转动，用cylindricaljoints连接，如图4.9中c所示。
a）sphericaljointsb）revolutejointsc）cylindricaljoints
图4.9后悬架中的joints连接
a）solid连接b）joints连接
图4.10下横臂的连接处理
4.2.6橡胶连接revolutejoints
减震器通过橡胶软垫与车身连接，此连接方式类似于发动机悬宜软垫的建模方法，可选择下述三种方法中的一种。
下横臂与副车架之间、稳立杆与稳左杆支架之间用橡胶套连接，见4.2.5所述o
方法一：
橡胶软垫通过体单元来模拟，体单元需尽量采用6而体单元，然后在体单元上做一个接触壳即可，为了防止橡胶出现过大的不切实际的位移，应在橡胶两端把限位的零件也划上，如图4.11所示。
图4.11橡胶软垫建模示意图
方法二：
橡胶软垫通过bcam单元来模拟，如图4.12所示。
在车身上建立一个局部坐标系，局部坐标系采用creatdependent类型，使此局部坐标系依附于车身且使局部坐标系的X轴沿着活塞杆的轴线方向，然后建立一个0长度的beam单元，让beam单元使用此坐标系，如图4.13所示。
图4.12橡胶软垫简化示意图
图4.13局部坐标系建立示意图
beam选用66号材料，参数设苣见第6节。
局部坐标系必须进行定义如下。
*DEFINE.COORDINATE.NODES
CID
N1
N2
N3
FLAG
ID
ID
ID
1
注：
务必使FLAG标记为lo
方法三：
对于减振器橡胶软垫直接给橡胶软垫左义橡胶材料属性，橡胶选用7号材料，橡胶材料参数定义如下。
*MATBLATZ-KORUBBER
ID
Rho
G
REF
1.975E-6
0.024
0
4.2.7spring/damper连接
spring/dainper用来模拟弹性弹簧和阻尼弹簧。
弹性弹簧见图4.14,材料采用S1号材料,阻尼弹簧见图4.15,材料采用S5号材料。
两者属性相同，采用属性*SECTION_DISCRETE0另外，弹性弹簧必须进行如下定义。
*ELEMENT_DISCREATE
ID
PID
N1
N2
VID
SCL
PF
OFFSET
ID
ID
1.000
0
-100
注：
Offset为弹簧的压缩址。
图4・15阻尼惮簧
图4.14弹性弹簧
4.2.8后悬架与车身的连接
后悬架与车身的连接一般用螺栓连接，用rigidbody表示。
所有与车身相连的rigidbody放在一个component中，便于组装整车的工程师査找，rigidbody只做出与后悬架的连接，组装整车的工程师只要更新即可。
5材料
悬架常用材料的参数设巻
轮毂、制动钳（盘）、转向节、传动轴和驱动桥等一些在碰撞过程中不易变形的零件一般处理成刚体。
*MAT.RIGID
ID
Rho
E
NU
N
COUPLE
M
ALIAS
7.850E-06
207
0.290
CM0
C0N1
C0N2
0.0
0
0
A1
A2
A3
V1
V2
V3
注：
如果不同的取元组的运动是独立的，那么它们必须用不同的partID.否则会改变结构。
后悬架中的金属结构根据设il•部门提供的材料牌号与材料参数进行设置。
材料本构模型采用24号材料模型，如果设讣部门没有提供材料牌号，管状结构采用材料STEEL20,冲压件采用材料SAPH400.
*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTIC
ID
Rho
E
NU
SIGY
ETAN
EPPF
TDEL
7.85E-06
207.000
0.290
0.000
0.000
C
P
LCSS
LCSR
VP
ID
0
注：
LCSS输入相应材料牌号对应的有效应力应变曲线。
如果涉及部门没有提供后悬架中的金属实心杆件的材料，24号材料参数设宜如下:
*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTIC
ID
Rho
E
NU
SIGY
ETAN
EPPF
TDEL
7.85E-06
207.000
0.290
0.800
1.000
0.000
0.000
C
P
LCSS
LCSR
VP
实体橡胶软垫材料选用7号材料:
*MAT_BLATZ-KO_RUBBER
ID
Rho
G
REF
1.975E-06
0.024
0
模拟橡胶软垫的beam单元釆用66号材料:
*MAT_NONLINEAR_ELASTIC_DISCRETE_BEAM
ID
Rho
LCIDTR
LCIDTS
LCIDTT
LCIDRR
LCIDRS
LCIDRT
1.000E-06
1
2
2
3
4
4
LCIDTDR
LCIDTDS
LCIDTDT
LCIDRDR
LCIDRDS
LCIDRDT
注：
1与type6（ELF0RM=6）BEAM单元一起应用。
体单元外而的壳单元采用9号材料：
*MATNULL
ID
RO
PC
MU
TEROD
CEROD
E
PR
7.800E-6
70.000
0.330
注：
实体橡胶软垫表而的壳讥元RO为1.520E-06o
减震器材料选用S5号材料：
*MAT_DAMPER_NONLINEAR.VISCOUS
ID
LCDR
ID
注：
以某车悬架中减丧器的阻尼曲线为例说明，见表6.1。
表5.1减震器的阻尼曲线参考值
后减震器
速度mm/ms
力kN
-1.000
-2.058
-0.600
-1.470
-0.300
-0.833
-0.100
-0.441
-0.050
-0.274
0.000
0.000
0.050
0.372
0.100
0.568
0.300
1.274
0.600
2.058
1.000
3.038
后悬架弹性弹簧采用S1号材料:
*MAT_SPRING_ELASTIC
ID
K
0.017
6属性
壳单元参数设宜:
*SECTION_SHELL
ID
ELFORM
SHRF
NIP
PROPT
QR/IRID
ICOMP
SETYP
2
1.000
3
1.0
0.000/ID
0
1
T1
NLOC
MAREA
4.800
0.0
0.000
注：
其中T1为壳魏元的实际厚度。
NIP为积分点个数，肖Tl>3时，NIP=5：
为3左T1N1.0时，NIP=3：
当T<1.0时NIP=2o
接触壳的属性也使用壳0元屈性模式，单元厚度改为0・1即可。
实体单元参数设置：
*SECTION_SOLID
ID
ELFORM
AET
1
橡胶软垫beam单元参数设置:
*SECTION_BEAM
ID
ELFORM
SHRF
QR
CST
SCOOR
6
1.000
2.0
0.0
VOL
INER
CID
CA/D0F1
0FSET/D0F2
RRCON
SRCON
TRCON
100.000
100.000
ID
0.000
0.000
0.0
0.0
0.0
注：
局部坐标系CID的X轴沿活塞杆的轴线方向。
spring/damper单元参数设置:
*SECTION_DISCRETE
ID
DRO
KD
VO
CL
FD
0/1
CDL
TDL
注：
DRO=O.伸缩spring/damper:
DRO=1.扭转spring/dampero
对于实体单元，还要加上沙漏控制，以此避免出现负体积，沙漏控制设置如下:
*HOURGLASS
ID
IHQ
QM
IBQ
01
02
QB
QW
4
0.05
0
1.5
0.06
0
0
7命名规则
•对于后悬副车架上的零件，如果有零件号，则以零件号命名：
如果没有，则采用英文命名规则命名。
其他的assembly、component、材料、属性等,一律采用英文命名规则命名。
•assembly采用全称，如rearsuspensionnocomponent、材料、属性、曲线和plot名称采用英文缩写形式,如pnllwr-ctrlarmIwrrr。
•后悬架中的关键对称件要放在不同的component中，但要设置相同的颜色。
对于后悬中的一些小支架，可以放在同一component中。
特別注意，左右对称的刚体一泄要放在不同的component中。
•与joint连接的rigidbody放在不同的component中，命名为rigidAforjoint-susrr和rigidBforjoint-susrr。
•做岀与车身的连接rigidbody,放在同一component中，便于组装模型的工程师査找。
•模型命需规则见表7.1。
•模型中ID号的分配见表7.2,要求propertyID与partID相同。
表7.1模型命爼规则
项目
命名规则
示例
component
副车架用零件号，其他的按零件号的命名规则命名
5101111
pnIupr-ctriarmrrIwr
property
shelI单元的属性名称与component名称相同,solid单元用一个属性（参数相同）或与component名称相同（参数不相同）
5101111
pnIupr-ctriarmrrIwr
soiId-susrr
materiaI
公用材料：
牌号（名称）-子系统名
刚体材料：
rigid-子系统名（参数相同）
其他材料：
与component名称相同
STEEL20-susrrrigid-susrrspring-damprr
curve
对于材料性能曲线，与相应材料名称相同（材料只有单一性能曲线）或“材料名称_曲线标识”；对与载荷趋向，与载荷名称相同
STEEL20-susrrdamprrmountT_X-damprr
curvetitle
相应曲线名称出去子系统名称
ST12
pIot
曲线类别-子系统名
metaI-susrr
set
part
常用的2个规定按示例命名；在定义刚性体间的连接时从动件集的命名为“partsto主动件名”
partstohubrr1h
group
XtraNode
XtraNode.柔体名称-刚体名称
XtraNode_knuck1e-suptrr
Ih
Sysco1
Syscol-子系统名
Sysco1-susrr
rigidbody/spotwe1d
连接部件：
MPC_子系统名（-子系统名）连接运动副：
rigidA/Bforjoint-子系统名
MPC_susrr（-body）
rigidAforjoint-susrr
joint
joint-子系统名
joint-susrr
上表只是列举了一般情况，不可能全部概括，需要时可参考“模型示例库”，有新的需求时要根据基本命名原则命划，以保证模型的一致性、规范性和可读性。
图7.
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