MotionView在副车架开发中的应用

摘要：本文使用MotionView软件建立前悬架刚柔耦合多体动力学分析模型，通过进行准静态工况的加载来分析副车架的强度。并与台架试验结果进行对比，两者之间有较高的吻合度。
关键词：副车架 多体动力学 MotionView

1 概述

副车架作为重要的支撑和承载部件，其强度和疲劳寿命直接影响到乘员的安全，在开发过程中需要重点关注。传统的开发过程需要先试制样件或是样车，然后通过整车道路试验和台架试验对设计方案进行反复验证，耗费大量的时间和金钱。随着计算机仿真技术的发展，通过CAE分析对设计进行验证被普遍应用到汽车开发过程中。

本文通过使用多体动力学分析软件MotionView对某在开发的副车架进行了分析，以验证其设计方案的结构强度，并将分析结果与台架试验结果进行对比，两者基本吻合。

2 动力学模型建立

副车架主要承受来自地面和动力总成两方面的载荷，其中地面载荷通过悬架传递到副车架，故对副车架进行分析需要建立带有动力总成的前悬架动力学模型。

2.1 建立刚体模型

通过导入MotionView软件自带的麦弗逊式前悬架的模板，并将所有参数更新为本车型的数据，包括硬点、弹簧刚度、衬套刚度曲线、缓冲块位置及曲线等。由于副车架还要承受来自动力总成的载荷，需要在模型中建立动力总成的子系统，包含动力总成质量、质心位置，悬置位置、安装角度和刚度曲线等。

2.2 建立刚柔耦合模型

为了在MotionView中进行强度分析，需要建立刚柔耦合模型，即模型中的副车架为柔性体，其他部件为刚性体。

为了得到副车架的柔性体，首先在HyperMesh中建立副车架的有限元模型，定义材料和属性参数，然后通过MotionView软件的Flextools来生成模态综合柔性体。副车架柔性体的前两阶模态信息如图2和图3所示。通过样件的模态试验得到的一阶扭转和一阶弯曲模态的固有频率分别为102Hz和176Hz，柔性体的固有频率和模态振型信息与样件的试验结果基本吻合，表明柔性体模型能真实地体现实际样件的特性，可用于下一步的分析计算。

将柔性体模型导入到建立好的刚性体模型中替换原先的刚性体副车架，并做好相应的关联，生成刚柔耦合模型如图4所示。

3 强度分析

为了分析副车架地强度，本文选取了4个具有代表性的准静态分析工况，分别为制动、转向、制动带转向和垂向冲击工况。

在MotionView软件中加载Static Load Analysis分析模板，根据各工况的加载系数在车轮和动力总成的位置依次加载相应的载荷。

经过分析计算，在制动工况下控制臂前衬套安装支架上出现高应力区域，该区域可能存在强度风险，分析结果如图5所示。

通过副车架样件的疲劳台架试验，在如图6位置出现了开裂现象，其位置与分析结果中的高应力区域基本一致。

4 结论

通过在MotionView软件中建立刚柔耦合的悬架多体动力学分析模型，可以对副车架等部件进行强度分析，分析结果能较好地与试验结果吻合，可以利用仿真分析进行设计验证，以减少重复试验，缩短开发周期，降低开发成本。

5 参考文献
[1] MotionView User’s Manual;
[2] B Heibing M Ersoy. Chassis Handbook. Berlin: MercedesDruck, 2011;
[3] 蒋玮. 副车架有限元分析及优化设计. 北京汽车, 2010, 2: 13-15.