奇瑞汽车后悬架系统碰撞建模指南V

后悬架系统碰撞建模指南编制/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日目录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面高度状态，同时也决定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HyperMesh7.0为前处理软件。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、稳定杆和拖曳臂等。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后悬架主要部件名称序号中文名称英文缩写CAD编号1制动盘brakehubrrQXX-35020XX2横向稳定杆CtrlarmrrQXX-33011XXX3减震器总成frontdamperassyrrQXX-29150XX4驱动桥总成drivebridgeassemblyQXX-24020XX5螺旋弹簧coilspringrrQXX-29120XX6拖曳臂TrailingarmrrQXX-33010XX7传动轴driveshaftrrQXX-24030XX8后转向节knucklerrQXX-24010XX9制动嵌brakeclamprrQXX-35020XX10后副车架SubframerrQXX-28100XX2.3所示。2.3所示。图2.3减震器结构图表2.2减震器各部件序号中文名称英文名称1油封pistonrodseal2导向器总成pistonrodguide3连杆pistonrod4内筒cylindertube5减震器油damperoil6复原缓冲块reboundstop7复原限位座supportring8活塞阀pistonvalve9外筒/储油筒outertube10底阀bottomvalve11储油筒底盖bottomoutertube12吊耳mountingeye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、钣金厚度、材料牌号明细表后悬架减震器阻尼曲线、减震弹簧刚度和初始压缩量后悬架中胶套的刚度曲线后悬架金属材料真实塑性应力-应变曲线建模规则后悬架系统建模主要包括后驱动桥总成、后弹簧、轮毂、转向节、减震器总成、制动器总成、横向稳定杆和控制臂等建模。考虑计算资源和计算精度的平衡，网格尺寸控制在10mmX10mm。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4.1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，包括减震器中的各种阀、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。后悬架减震器的建模比较复杂，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和圆柱铰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、横向稳定杆、橡胶软垫、橡胶套等。体单元需尽量采用6面体单元，然后在体单元上做一个接触壳即可。转向节、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，必须赋质量；对于无质量的rigidbody点也要赋质量。一般质量值为 1X10-6kg。图4.2减震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。层板焊接用spotweld(*CONSTRAINED_SPOTWELD)单元模拟，spotweld不能连接solid单元。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，其他定义成一个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这个关键字进行，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定义方式图4.4图4.4XtraNode连接方式图4.5结点重合连接方式4.2.2轮毂与传动轴连接后悬架中的轮毂与传动轴采用转动铰rejoint模拟两者之间的运动关系。传动铰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置，把xtronode分别附给轮毂和传动轴，并且在 xtronode上附上mass（—般质量值为1X10-6kg）,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，其他定义成一个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震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,接触卡片定义如下。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*CONTACTAUTOMATICNODESTOSURFACESSIDMSIDSSTYPMSTYPESBOXIDMBOXIDSPRMPR40/1/2/311FSFDDCVCVDSPENCHKBTDT0.9000.9000.0000.0000.00000.0001.000E+23SFSSFMSSTMSTSFSTSFMTFSFVSF1.0001.0005.0005.0001.0001.0001.0001.000SOFTSOFSCLLCIDABMAXPARSBOPTDEPTHBSORTFRCFRQ10.1001.0250201PENMAXTHK0PTSHLTHKSNLOGISYMI2D3DSLDTHKSLDSTF0.000000000.0000.000IGAPIGNORE104.2.5joints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常用铰JointsRevoluteSphericalTranslationalCylindrical转向横拉杆和转向节之间、横向稳定杆和扭杆臂之间、扭杆臂和减震器之间一般采用球铰或球头销。用sphericaljoints连接，如图4.9中a所示。下横臂与副车架之间、稳定杆与稳定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。活塞杆与储油筒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)sphericaljointsa)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置软垫的建模方法，可选择下述三种方法中的一种。下横臂与副车架之间、稳定杆与稳定杆支架之间用橡胶套连接，见4.2.5所述。方法一：橡胶软垫通过体单元来模拟，体单元需尽量采用6面体单元，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beam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，参数设置见第6节。局部坐标系必须进行定义如下。*DEFINECOORDINATENODES*DEFINECOORDINATENODES方法三：对于减振器橡胶软垫直接给橡胶软垫定义橡胶材料属性，橡胶选用7号材料，橡胶材料参数定义如下。*MAT_BLATZ-KO_RUBBERIDRhoGREF1.975E-60.02404.2.7spring/damper连接spring/damper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_DISCRETE另外，弹性弹簧必须进行如下定义。*ELEMENTDISCREATEIDPIDN1N2VIDSCLPFOFFSETIDID1.0000-100注：Offset为弹簧的压缩量。图4.15阻尼弹簧图图4.15阻尼弹簧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查找，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置轮毂、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_RIGIDIDRhoENUNCOUPLEMALIAS7.850E-062070.290CMOC0N1CON20.000A1A2A3V1V2V3注：如果不同的单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计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，如果设计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。*MATPIECEWISELINEARPLASTICIDRhoENUSIGYETANEPPFTDEL7.85E-06207.0000.2900.0000.000CPLCSSLCSRVPID0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号材料参数设置如下*MATPIECEWISELINEARPLASTICIDRhoENUSIGYETANEPPFTDEL7.85E-06207.0000.2900.8001.0000.0000.000CPLCSSLCSRVP实体橡胶软垫材料选用7号材料：

*MATBLATZ-KORUBBERIDRhoGREF1.975E-060.0240模拟橡胶软垫的beam单元采用66号材料*MATNONLINEARELASTICDISCRETEBEAMIDRhoLCIDTRLCIDTSLCIDTTLCIDRRLCIDRSLCIDRT1.000E-06122344LCIDTDRLCIDTDSLCIDTDTLCIDRDRLCIDRDSLCIDRDT注：1与type6(ELFORM=6)BEAM单元一起应用。体单元外面的壳单元采用9号材料：*MATNULLIDROPCMUTERODCERODEPR7.800E-670.0000.330注：实体橡胶软垫表面的壳单元R0为1.520E-06。减震器材料选用S5号材料：*MATDAMPERNONLINEARVISCOUS表5.1减震器的阻尼曲线参考值后减震器速度mm/ms力kN-1.000-2.058-0.600-1.470-0.300-0.833-0.100-0.441-0.050-0.2740.0000.0000.0500.3720.1000.5680.3001.2740.6002.058

1.0003.038后悬架弹性弹簧采用S1号材料：*MATSPRINGELASTICIDK0.0176属性壳单元参数设置*SECTIONSHELLIDELFORMSHRFNIPPROPTQR/IRIDICOMPSETYP21.00031.00.000/ID01T1NLOCMAREA4.8000.00.000注：其中T1为壳单元的实际厚度。NIP为积分点个数，当Tl〉3时，NIP=5；当3±T1±1.O时，NIP=3；当T<1.0时NIP=2。接触壳的属性也使用壳单元属性模式，单元厚度改为0.1即可。实体单元参数设置：*SECTIONSOLIDIDELFORMAET1橡胶软垫beam单元参数设置*SECTIONBEAMIDELFORMSHRFQRCSTSCOOR61.0002.00.0VOLINERCIDCA/DOF1OFSET/DOF2RRCONSRCONTRCON100.000100.000ID0.0000.0000.00.00.0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：*SECTIONDISCRETEIDDROKDV0CLFD0/1CDLTDL

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：*HOURGLASSIDIHQQMIBQQ1Q2QBQW40.0501.50.06007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rearsuspensionn。component、材料、属性、曲线和plot名称采用英文缩写形式，如pnllwr-ctrlarmlwrrr。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。特别注意，左右对称的刚体一定要放在不同的component中。与joint连接的rigidbody放在不同的component中，命名为rigidAforjoint-susrr和rigidBforjoint-susrr。做出与车身的连接rigidbody，放在同一component中，便于组装模型的工程师查找。模型命名规则见表7.1。模型中ID号的分配见表7.2，要求propertyID与partID相同。表7.1模型命名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5101111pnlupr-ctriarmrrlwrpropertyshell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）5101111pnlupr-ctriarmrrlwrsoild-susrrmaterial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-damprrcurve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-damprrcurvetitle相应曲线名称出去子系统名称ST12plot曲线类别-子系统名metal-susrrsetpart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”partstohubrrlhgroupXtraNodeXtraNode_柔体名称-刚体名称XtraNode_knuckle-suptrr