劉瑩，商航，鄂世國，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，喬鑫

（華晨汽車工程研究院，CAE工程室，遼寧 沈陽 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，對氣彈簧選型進行科學匹配。實現(xiàn)對氣彈簧性能以及安裝位置進行系統(tǒng)分析。

選型；試驗設(shè)計；數(shù)據(jù)匹配；模擬退火

引言

傳統(tǒng)車型開發(fā)過程中，我們利用已有的氣彈簧資源，結(jié)合布置的一些要求來選取適當?shù)奈恢眠M行匹配。隨著資源的豐富以及正向開發(fā)思想的影響，如何合理的對氣彈簧性能以及安裝位置提出要求顯得尤為重要[1]。在尾門的設(shè)計過程中，關(guān)閉力通常是基本的考察指標。目前多學科聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計在國內(nèi)已經(jīng)被應(yīng)在汽車開發(fā)設(shè)計領(lǐng)域[2~4]，本文提出對關(guān)閉力歷程作為目標，對關(guān)閉過程的手感增益、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(常用氮氣)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有，故在氣體壓力作用下，會向截面積小的一側(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分別為無活塞桿腔和有活塞桿腔體的壓力；S、S分別為無活塞桿腔和有活塞桿腔體的截面積；為惰性氣體壓強。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之積成正比。

2 力學模型的簡化

本文利用ABAQUS 進行尾門關(guān)閉仿真，氣彈簧運用ABAQUS里CONNECTOR 單元模擬，該單元不僅可以模擬氣彈簧剛度特性，同時也可以考慮摩擦及阻尼特性；由于尾門變形不是重點分析對象，所以講尾門剛性化處理，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 多目標優(yōu)化（仿真流程）

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

兩個計算組件，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組件用來讀取競品性能的數(shù)組組件，Abaqus 用以計算新車型的性能數(shù)據(jù)，同時兩個Data Matching 分別用來生成力矩歷程差目標函數(shù)與平衡點目標函數(shù)。

（a）DATA FLOW