多连杆后悬副车架结构及衬套优化设计

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摘要： 结合某车型开发工作，针对该车型所采用的新型4连杆后悬架系统，通过科学的优化思想，采用先进的多学科优化技术对后桥结构及衬套刚度进行全面优化设计，满足后桥前期相关的车辆动力学、结构和振动噪声等关键指标以及质量最优化的要求.同时，对遗传算法、模拟退火及混合多梯度探测等多目标优化算法在该系统中的应用进行详细对比论证.这对底盘关键系统的前期开发工作有一定的借鉴意义.

关键词： 多连杆悬架； 后副车架； 衬套； 优化设计

中图分类号： U463.324； TB115.1文献标志码： B

引言

随着优化设计技术和计算机水平的不断提高，应用优化设计进行产品开发成为工业界所公认的最科学、有效的开发方法.全球各汽车公司也越来越广泛地应用优化设计进行车辆的早期开发设计.底盘系统作为国内各大整车厂以及研发机构的开发重点和难点，如何用优化设计方法完成一辆新车型悬架等关键系统的早期开发，是亟待解决的问题之一.

本文在某车型的多连杆后悬架开发过程中，根据硬点和总布置要求，通过科学的试验设计、近似模型以及多目标优化开发过程等进行优化设计，开发满足前期车辆动力学、结构、NVH和质量等多学科要求的最优化后副车架结构，分析悬架各级衬套刚度，为后续整车开发提供坚实、可靠的架构基础.

1设计参数和工况定义

在悬架硬点和布置策略确定后，根据要求建立初始后桥的几何模型.对4连杆后悬架，采用常用井字梁副车架结构形式.后悬架初始几何模型见图1.

图 1后悬架初始几何模型

1.1优化设计工况定义

与后悬架相关的车辆指标包括质量、空间、结构耐久、车辆动力学、NVH以及安全性等几个方面.从该车型的实际开发角度考虑，在前期设计阶段与后副车架结构和衬套相关的工况要求有：副车架质量、结构静刚度、模态、动刚度、整车声压频率响应函数（p/f）以及部分后悬K/C指标.

静刚度包括副车架与各控制臂以及横向稳定杆相连的8个点的x，y和z等3个方向的静刚度.

动刚度包括副车架与各控制臂、横向稳定杆以及与车身连接点等共12个点的3方向低频及中频动刚度.

模态包括副车架前6阶自由模态.

p/f包括4个车轮激励下的车内声压响应曲线中20～50 Hz的3个峰值.

K/C指标包括同向侧向力作用下的轮心侧向位移变化率，中心区外倾角变化率，车轮转角变化率，侧倾中心高度，外倾和前束变化率，偏频，车轮外倾角/车身侧倾角，车轮转角/车身侧倾角，悬架垂向高度和侧视摆臂角等.

包括质量在内共计117个输出指标.每个输出指标根据车型定位制定合理的目标要求.

1.2初始模型计算结果

参照上述各优化设计工况，首先通过CAE手段进行初始模型的计算评估.部分计算结果见表1.除质量不满足前期设计目标要求外，初始模型的动、静刚度均有部分不达标项目.

1.3优化设计变量定义

1.4构造试验设计矩阵

为满足55个不同水平的设计变量以及最小化DOE矩阵样本的要求，同时又能保证后期近似模型的精度，通过对不同试验设计算法的深入研究，自主开发复杂正交试验软件“OATS”进行详细计算与分析[1]，针对该问题构造L256（34425824622）矩阵作为试验设计矩阵.部分设计矩阵见表3.

1.5建立参数化模型

复杂几何参数变量需要建立参数化的模型支持试验设计的计算.本文采用SFEConcept软件，将初始几何模型转化为后副车架的参数化模型，该模型可以根据DOE矩阵的要求自动调整几何参数相关的设计变量，同时输出供不同求解器计算的副车架有限元模型，保证整个过程可以集成自动化运行.参数化几何模型见图2.