轿车悬架控制臂性能分析与参数化轻量化优化设计

【摘要】近年来随着自主研发的不断推进，我国车身在自主研发方面取得了不错的成就。但由于资金、人才、技术等方面的原因，底盘方面的自主研发能力仍然十分薄弱；另外，随着汽车工业发展，资源与环境问题日益严重，汽车的轻量化则是应对这些问题的有效手段和方法。作为汽车的重要组成部分，底盘零部件的轻量化对于整车的减重具有重要意义。因此，底盘零部件的轻量化成为国内汽车领域底盘研发的重要内容。本文结合吉林省科技发展重大项目《轿车底盘零部件综合性能匹配和轻量化设计研究》（项目编号：20126004）进行研究。以某轿车前悬架控制臂为研究对象，利用虚拟样机技术建立了前悬架子系统、后悬架子系统、动力总成子系统、转向系子系统、横向稳定杆子系统、轮胎子系统、制动子系统、车身子系统等子系统模型，并将这些子系统模型组装得到整车刚体模型。并在此基础上进一步建立了考虑前悬架控制臂弹性的整车刚柔耦合虚拟样机模型。依据国家标准《汽车平顺性随机输人行驶试验方法》和《汽车操纵稳定性试验方法》中的相关规定，仿真分析所建整车刚柔耦合虚拟样机模型的行驶平顺性和操纵稳定性，并与相应的实车试验结果进行对比验证了模型的有效性。利用经验证过的整车刚柔耦合虚拟样机模型进行动态仿真分析，提取在加速工况、制动工况、稳态回转工况以及匀速直线行驶工况下的控制臂连接点处动载荷。对控制臂进行了自由模态分析和试验，并对优化前的控制臂强度、刚度以及传递特性进行仿真分析，确定了优化前控制臂的性能，为优化后进行控制臂性能的对比评价提供了基础。利用网格变形技术，在软件Meshworks/Morpher中对控制臂有限元模型进行参数化建模，并对控制臂进行了拓扑优化设计得到优化的控制臂拓扑结构，然后通过多目标优化对控制臂进行详细的尺寸优化，得到控制臂的轻量化设计方案。对轻量化后的控制臂进行了强度、刚度、模态以及传递特性进行分析，并与优化前的相应性能进行了对比，还对安装轻量化控制臂前后的整车虚拟样机模型的行驶平顺性和操纵稳定性能进行了仿真分析和对比，结果表明，控制臂轻量化后在保持控制臂本身和整车行驶平顺性和操纵稳定性能基本不变的情况下，实现控制臂减重15.6%，取得了显著的轻量化效果。
【作者】黄亚威；
【导师】王登峰；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】性能分析；参数化；轻量化；控制臂；

【参考文献】
[1]孙阳华.论历史学科的研究性学习[D].辽宁师范大学,课程与教学论,2003,硕士.
[2]廖良泉.黄埔区沿岸修造船企业转型升级研究[D].兰州大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[3]全超.多发性硬化和视神经脊髓炎的B细胞功能研究[D].复旦大学,神经病学,2011,博士.
[4]梁景原.“哲学无定论”问题探析[D].西南交通大学,科学技术哲学,2014,硕士.
[5]泸艺鸣.动画角色造型设计与音乐元素的关系[D].吉林大学,艺术设计,2013,硕士.
[6]王彦.走进课堂生活的无声世界[D].广西师范大学,2002.
[7]胡志强.改进后的钢水定氧测头[J].冶金自动化,1985,03:50-51.
[8]胡庆龙.PI4KⅡa在浸润性乳腺癌中的表达与临床病理指标相关性研究[D].南昌大学,外科学（专业学位）,2014,硕士.
[9]皮晓虹.包头中等职业学校教师课堂管理的现状、问题与对策研究[D].内蒙古师范大学,教育管理（专业学位）,2012,硕士.
[10]陈勇,郑鑫帆,王亚良,鲁建厦.基于GASA优化算法的不确定条件下Job-Shop调度问题研究[J].机电工程,2013,12:1455-1461.
[11]常剑.基于Web2.0与RADIUS的计费系统的设计与实现[D].西安科技大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[12]邢春贵.异步电动机智能保护系统的研制[D].大连理工大学,机械电子工程,2004,硕士.
[13]李雅敏.跳跃现象和收益率及波动率的预测[D].厦门大学,金融学,2014,硕士.
[14]阎秀峰,王琴.接种外生菌根对辽东栎幼苗生长的影响[J].植物生态学报,2002,06:701-707.
[15]李宣.工作过程导向的项目课程网络学习环境设计与实现[D].浙江工业大学,2012.
[16]吕飞,沈军樑,丁玉庭.热压开壳对贻贝品质的影响及其脱壳机理[J].现代食品科技,2014,11:175-181+174.
[17]李擎.江南地方特色餐具设计[D].浙江理工大学,艺术设计（专业学位）,2014,硕士.
[18]王春枝,凌世焱,柯敏毅.数据挖掘技术及其在银行业务中的应用[J].计算机与数子工程,2003,06:70-72+5.
[19]胡连伟.中国高尔夫球俱乐部利益相关者共同治理研究[D].石家庄经济学院,企业管理,2012,硕士.
[20]谭宁,徐健学,康艳梅,陈永红.实验中的筛形吸引域在噪声影响下的可观察性[J].控制与决策,2004,01:65-68.
[21]孙康谊.非英语专业大学生歧义容忍度与英语阅读焦虑的相关性研究[D].沈阳师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[22]王刊良.基于分类的企业电子商务模式创新方法[J].系统工程理论与实践,2003,03:18-23.
[23]陈碧珍.写作教学的最高境界是塑造学生健全的人格[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[24]成珂.银行债权的公司治理效应研究[D].山东财经大学,会计学,2014,硕士.
[25]孙琳.尿IL-6、TNF-α表达在肾性血尿中医证型及肾脏病理中的意义[D].浙江中医药大学,中西医结合肾脏疾病的研究,2013,硕士.
[26]杨超.翻译文学的地位与翻译策略的选择[D].沈阳师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[27]余欣蓉.我国污染环境罪研究[D].中南林业科技大学,环境与资源保护法学,2013,硕士.
[28]吕成军.过程级工业软件平台设计与实现[J].冶金自动化,2012,04:33-36+50.
[29]耿晓丽.猪粪为底物中温厌氧消化垃圾焚烧发电厂渗滤液的研究[D].西南交通大学,环境工程,2014,硕士.
[30]高延红,庄华夏,李西宗,伍亚玲,刘如泰.水工混凝土氯离子侵蚀模拟的相似性研究[J].人民长江,2013,20:46-49+53.
[31]鲍同梅.中小学教学设计的问题透视[D].华东师范大学,课程与教学论,2004,硕士.
[32]杨澜.天津华侨城交通影响分析[D].天津大学,公共管理,2013,硕士.
[33]张静,王恒山.信息技术在交通工程中的应用[A].中国系统工程学会.西部开发与系统工程——中国系统工程学会第12届年会论文集[C].中国系统工程学会:,2002:6.
[34]吕云枫.乳房血管结构运用DCE-MRI技术的研究[D].吉林大学,外科学,2014,硕士.
[35]常敬.中美高校开放教育资源建设比较研究[D].山东师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[36]苗宇.多媒体辅助在初中英语教学中的应用研究[D].延安大学,学科教学,2014,硕士.
[37]冯晓东.提高风电接入能力的大规模储能系统容量配置研究[D].东北电力大学,电气工程,2013,硕士.
[38]白莹.急性冠脉综合征患者氯吡格雷代谢基因多态性与抗血小板功能的注册研究[D].北京协和医学院,内科学,2014,博士.
[39]陈宗平.桁架式钢骨的混凝土异形柱——不对称T形截面正截面承载力研究[D].广西大学,结构工程,2004,硕士.
[40]汪锐,冯佳昕,赵军.一类线性不确定切换系统的非脆弱控制器设计方法[J].控制与决策,2006,07:735-738+744.
[41]郝增勇.基于Hadoop用户行为分析系统设计与实现[D].北京交通大学,2014.
[42]李巧燕.三峡库区物种多样性垂直分布格局[D].北京林业大学,生态学,2013,硕士.
[43]唐俊.苦参碱对腺嘌呤致大鼠肾间质纤维化的干预作用研究[D].湖北中医学院,中西医结合,2004,硕士.
[44]朱小丽.基于对标的上海智慧城市建设对策研究[D].华东师范大学,信息学,2013,硕士.
[45]逄锐之.超越权力转移：亚太地区中美新型大国关系建构的理论视角[D].外交学院,外交学,2014,硕士.
[46]刘济,高丽君.基于UKF和神经网络的一类非线性系统状态估计[J].控制与决策,2014,11:2076-2080.
[47]陈清光,KlausDieterFrhner,ZeLi.木粉尘职业接触极限值的研究[J].中国安全科学学报.2004(12)
[48]张璐平.无交换中心电话系统的研究[D].沈阳理工大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[49]刘赢.玉米果穗籽粒离散过程中籽粒间力学特性的研究[D].河南科技大学,农业机械化工程,2014,硕士.
[50]曹宇.靶向泛素连接酶Smurf1的小分子拮抗剂的筛选及作用机制研究[D].中国人民解放军军事医学科学院,生物化学与分子生物学,2014,博士.