劉瑩，商航，鄂世國(guó)，喬鑫

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基于優(yōu)化技術(shù)的氣彈簧選型解決方案

劉瑩，商航，鄂世國(guó)，喬鑫

（華晨汽車工程研究院，CAE工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

本著優(yōu)化的思想、結(jié)合有限元技術(shù)，以布置位置、彈簧Fa、Fb為變量，關(guān)閉力歷程為目標(biāo)，對(duì)氣彈簧選型進(jìn)行科學(xué)匹配。實(shí)現(xiàn)對(duì)氣彈簧性能以及安裝位置進(jìn)行系統(tǒng)分析。

選型；試驗(yàn)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)匹配；模擬退火

引言

傳統(tǒng)車型開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們利用已有的氣彈簧資源，結(jié)合布置的一些要求來(lái)選取適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行匹配。隨著資源的豐富以及正向開(kāi)發(fā)思想的影響，如何合理的對(duì)氣彈簧性能以及安裝位置提出要求顯得尤為重要[1]。在尾門(mén)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，關(guān)閉力通常是基本的考察指標(biāo)。目前多學(xué)科聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)被應(yīng)在汽車開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域[2~4]，本文提出對(duì)關(guān)閉力歷程作為目標(biāo)，對(duì)關(guān)閉過(guò)程的手感增益、損失更加全面。

1 氣彈簧的工作原理

氣彈簧是在密閉的腔體內(nèi)壓入惰性氣體(常用氮?dú)?和油、或油氣混合物，以氣體為工作介質(zhì)的一種彈性元件，主要由壓力管、活塞、活塞桿及若干連接件組成。由于在活塞內(nèi)部設(shè)有通孔，活塞兩端氣體壓力相等，而活塞兩側(cè)的截面積不同，一端接有活塞桿而另一端沒(méi)有，故在氣體壓力作用下，會(huì)向截面積小的一側(cè)產(chǎn)生壓力，即氣彈簧的彈力，彈力的大小可以通過(guò)設(shè)置不同的氣壓或者不同直徑的活塞桿予以設(shè)定。如圖1所示，F、F分別為無(wú)活塞桿腔和有活塞桿腔體的壓力；S、S分別為無(wú)活塞桿腔和有活塞桿腔體的截面積；為惰性氣體壓強(qiáng)。氣彈簧彈力的平衡方程為：=F- F=PS–(S-S)＝PS。由氣彈簧彈力的平衡方程可知，彈力與有活塞桿腔的截面積和惰性氣體壓強(qiáng)之積成正比。

2 力學(xué)模型的簡(jiǎn)化

本文利用ABAQUS 進(jìn)行尾門(mén)關(guān)閉仿真，氣彈簧運(yùn)用ABAQUS里CONNECTOR 單元模擬，該單元不僅可以模擬氣彈簧剛度特性，同時(shí)也可以考慮摩擦及阻尼特性；由于尾門(mén)變形不是重點(diǎn)分析對(duì)象，所以講尾門(mén)剛性化處理，并合理配重；根據(jù)力矩平衡原理，得到車身鉸鏈的反力矩曲線，而關(guān)閉力與力矩屬于線性關(guān)系。

3 多目標(biāo)優(yōu)化（仿真流程）

依托有限元分析初始結(jié)果，搭建試驗(yàn)設(shè)計(jì)的仿真流程。流程由五個(gè)組件組成，如圖3：

兩個(gè)計(jì)算組件，分別處理變量之間的關(guān)系、與力與力矩之間的變換關(guān)系，而Data Exchange組件用來(lái)讀取競(jìng)品性能的數(shù)組組件，Abaqus 用以計(jì)算新車型的性能數(shù)據(jù)，同時(shí)兩個(gè)Data Matching 分別用來(lái)生成力矩歷程差目標(biāo)函數(shù)與平衡點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)。

（a）DATA FLOW