控制臂的案例
【技術帖】基于架構開發的汽車懸架控制臂優化設計
1 架構項目控制臂開發簡介
懸架系統為汽車底盤的重要組成部分，其與車身和車輪相連，汽車行駛時，承受來自車身的振動和路面激勵等多重載荷。后懸架下控制臂是多連桿后懸架的重要受力部件，一般位于后懸架下方后側，連接輪邊和副車架，并承載減振器、彈簧和穩定桿等調試件，主要作用是承載垂向載荷并控制車輪運動時后輪前束和外傾的變化，因其布置空間受限，且受力復雜，路試中極易失效，其性能直接影響整車的安全性和可靠性。考慮架構平臺的擴展能力，架構開發中多車型共用控制臂，但不同車型的調試件如彈簧、穩定桿等參數不同，底盤性能調試提出了穩定桿庫、彈簧族的設計理念，較大地拓寬了底盤調試件的調試范圍，而架構的調試帶寬直接影響后懸架下控制臂的耐久性能，因此后下控制臂的設計需基于整個架構帶寬，滿足強度、剛度、耐久等零件設計要求，同時做到輕量化和低成本。
2 后下控制臂模型設計
本項目懸架形式為刀鋒臂式四連桿后懸架，圖1示出后懸架下控制臂裝配關系圖。后懸架下控制臂布置在副車架和車輪支架之間，同時為彈簧、減震器、穩定桿提供安裝接口，為確定其設計邊界，在CATIA 里建立了后懸架的運動學DMU 模型，并帶入周邊件。以下控制臂為參考，輸出周邊件相對下控制臂的運動包絡，如圖2 所示。進而在CATIA 裝配模塊下重新以下控制臂作為固定零件，將所獲得的運動包絡依次裝配形成新的懸架模型，構成了下控制臂的空間包絡約束。
展開 優化驅動設計在控制臂設計中的工程應用
近年來，基于拓撲優化設計的鑄件類汽車控制臂已屢見不鮮，鑄件雖然減少了部分重量，但是考慮到性能和成本，綜合效果不是很理想。面對目前新能源汽車對結構件輕量化水平要求越來越高，對于控制臂來說，采用單板沖壓式結構是比較理想的選擇。
本課題以設計輕型單板式控制臂為目標，在設計過程中始終貫徹以綜合性能為約束條件，聯合利用了OptiStruct優化工具，包括拓撲優化、形貌優化、尺寸優化和形狀優化。最終產品不僅滿足各項性能要求，并且重量比同級別車型減重35%，達到設計目標。
2 產品開發流程
單板式控制臂設計流程見下圖：
3 拓撲優化
首先利用拓撲優化，確定控制臂的整體結構形式，為后續優化設計提供基礎構型。控制臂的拓撲優化空間及拓撲后的結果，請參看下圖：
通過拓撲結果可以看出控制臂的基本結構形式，及部分加強筋的分布。
設計部基于拓撲結果可以得到初版數模，如下圖
4 形貌優化
對初版數模進行剛強度驗算，產看設計狀態，為形貌優化準備參考數據。根據分析，選擇中間平板區域進行形貌優化，具體選擇及形貌定義，見下圖：
經過迭代優化后，形貌優化結果及優化前對比，如下圖所示：
5、尺寸及形狀優化
經過形貌優化后，控制臂的設計狀態如下圖
結構設計到現在已經接近最終狀態，最后以目標重量為優化目標，以剛度、強度及穩定性為約束條件進行板厚和局部形狀的細節優化。強度約束及形狀變量定義如下圖：
6 最終設計
經過上述多輪仿真優化驅動設計后，最終產品如下圖：
7 結論
在新型單板式控制臂設計開發中，在不同設計階段利用相應適當的OptiStruct優化工具，實現預期的開發目標，將仿真驅動設計的理念貫徹到實際工程應用中。
展開 現代公司開發新型高強度控制臂用鋼
對前下控制臂來說，由剎車和加速產生的前后方向的負荷是不同負荷條件中最主要的負荷形式。鑒于此，前后方向負荷作為耐久性分析的重點。
之前車型在加強板和主板焊接區域存在問題，沒有達到OEM在耐久性方面的要求。樣品在測試中也遇到了耐久性問題，同樣沒有達到要求。新車型在耐久性分析方面情況不同，因為加強板取消了。新車型主板和A襯套焊接區域是重點部分，整個零件也滿足了OEM的要求。
當車輛通過凹凸不平的地面時，下控制臂可能因為輪胎承受的瞬間載荷而受損。針對這種情況，現代制鐵針對下控制臂進行了案例對照性屈曲分析，來確定在一些負載條件下如通過凹凸不平路面時，下控制臂是否會受損。
屈曲現象在上一代車型上出現在加強板的末端，在新車型上出現在額外增加的輪緣造型附近。雖然出現的位置不同，但是屈曲強度對兩者來說都是一樣的。
可成形性分析是采用AUTOFORM商業軟件進行的。在進行仿真時，研究人員將材料屬性輸入軟件中，摩擦系數設置為0.15。分析結果顯示A襯套部分最大厚度減少了60%。G襯套擴孔部分的厚度減少了29%。整個部件有好幾處都顯示了厚度減少的現象。
樣品和測試結果
現代制鐵采用的產品預備期鋼材被用于產品的試制，樣品的試制采用了原型模具。在樣品的試制過程中沒有出現成形問題。
前下控制臂安裝在車輛的前橫梁上。為了對其耐久性進行評估，向球頭處施加了作用力。在耐久性和強度測試中，下控制臂固定在試驗臺上，并施加作用力。在耐久性試驗中，對車輛的前后部分施加了負荷。為了確保測試的可靠性，前后共采用了三個樣品。測試結果顯示所有的樣品都滿足OEM的耐久性要求。
對測試和仿真結果進行對比發現，樣品的變形形狀非常相似。
展開 基于Radioss的某車前懸控制臂疲勞強度分析 （接下）
1.疲勞分析有限元模型的建立
1.1 控制臂有限元模型的建立
在HyperWorks11.0 3D/solid map操作界面下對前懸控制臂的幾何模型進行實體網格的劃分
1.2 定義模型的材料和屬性
1.3 創建分析模型的邊界約束條件
1.4 分別定義不同工況條件下的載荷
1.5 分別建立靜力分析工況
1.6 提交分析求解
Radioss求解提交面板
Radioss求解過程
1.7 不同工況條件下分析計算得出的控制臂位移變形云圖
工況一靜力分析結果
工況二靜力分析結果
1.8 不同工況條件下分析計算得出的控制臂應力云圖
工況一靜力分析結果
工況二靜力分析結果
展開 
基于Radioss的某車前懸控制臂疲勞強度分析
1.疲勞分析有限元模型的建立
1.1 控制臂有限元模型的建立
在HyperWorks11.0 3D/solid map操作界面下對前懸控制臂的幾何模型進行實體網格的劃分
1.2 定義模型的材料和屬性
1.3 創建分析模型的邊界約束條件
1.4 分別定義不同工況條件下的載荷
1.5 分別建立靜力分析工況
1.6 提交分析求解
Radioss求解提交面板
Radioss求解過程
1.7 不同工況條件下分析計算得出的控制臂位移變形云圖
工況一靜力分析結果
工況二靜力分析結果
1.8 不同工況條件下分析計算得出的控制臂應力云圖
工況一靜力分析結果
展開 基于多工況加權柔度響應的汽車控制臂拓撲優化
定義設計空間：
· 根據控制臂的安裝點（襯套和球鉸）和輪轂連接點，創建一個盡可能大的包絡體（Bounding Box）作為初始設計區域。本文擺臂設計空間與非設計空間如圖1所示：
圖1 擺臂拓撲優化模型
2. 設定非設計區域：
· 關鍵區域：安裝點（必須保留實體以安裝襯套和球鉸）、與車輪連接的螺栓孔等。這些區域在優化中保持不變。
3. 施加工況與載荷：
· 基于ADAMS/Car等多體動力學仿真或臺架試驗數據，提取各典型工況下控制臂各連接點處的力和力矩。
· 垂向工況：在球鉸處施加Z向力，大小為18522N。
· 制動工況：在球鉸處施加-X向力，大小為-7938N。
· 側向工況：在球鉸處施加Y向力，大小為5292N。
· 正確施加邊界條件，本文約束控制臂前點和后點平動自由度，靜強度工況分析如圖2所示：
圖2 擺臂拓撲優化靜強度工況
4. 分配權重：
· 與設計工程師共同確定各工況的權重。例如，如果車輛更注重舒適性，則垂向工況權重可設為0.5，制動和側向各0.25。如圖3所示：
圖3 加權柔度響應設置
5. 設置優化參數：
· 目標體積分數：設置為0.3（即最終材料用量為設計空間的30%），設置如圖4所示。
圖4 體積分數約束設置
· 優化目標：以最小柔度作為優化目標，設置如圖5所示。
圖5 優化最小柔度設置
· 懲罰因子p：通常為3。
· 濾波：必須采用靈敏度濾波或密度濾波來抑制棋盤格現象并確保 mesh-independence。
6.
展開 基于optistruct靜態多工況下汽車控制臂多目標拓撲優化 ￥80
本例以汽車控制臂三種工況下的多目標拓撲優化為例，講述在optistruct中是如何進行多目標拓撲優化，從而滿足特定要求下汽車控制臂的概念設計，先通過單目標拓撲優化得到每個工況的最大與最小柔度值，然后通過基于SIMP的多工況靜態剛度拓撲優化數學模型得到三各工況綜合柔度的優化方程
，
基于optistruct汽車控制臂多目標拓撲優化 ￥15
汽車控制臂三種工況下的多目標拓撲優化為例，講述在optistruct中是如何進行多目標拓撲優化，從而滿足特定要求下汽車控制臂的概念設計。對于單目標拓撲優化你會發現每一種工況下拓撲優化的結果不一樣，多目標拓撲優化則綜合考慮多種工況下的目標得到一個綜合結果。
對于多目標優化常用的手段：1、將目標轉化為約束條件；2、對多目標采用加權的方法得到一個綜合目標。本案例中采用方法2。
變量：設計空間中每個單元的密度；
約束：體積分數不超過0.3；
目標：多種工況下的綜合應變能最小（每種工況目標權重自定義，此處都定為一樣的1）。
有限元模型
拓撲結果（ISO=0.15）
柔度迭代曲線
本案例僅提供模型文件及相關指導，凡購買的朋友針對本案例仿真實現上有什么疑問可以私信。
請尊重原創，版權所有，翻版必究
展開 基于optistruct汽車控制臂單目標拓撲優化 ￥5
汽車控制臂三種工況下的單目標拓撲優化為例，講述在optistruct中是如何進行拓撲優化，從而滿足特定要求下汽車控制臂的概念設計。你會發現每一種工況下拓撲優化的結果不一樣，對應的應變能迭代曲線也會有所區別。
變量：設計空間中每個單元的密度；
約束：體積分數不超過0.3；
目標：每種工況下的應變能最小。
有限元模型
工況1優化后的結果：
拓撲結果（ISO=0.15）
柔度迭代曲線
工況2優化后的結果：
拓撲結果（ISO=0.15）
柔度迭代曲線
工況3優化后的結果：
拓撲結果（ISO=0.15）
柔度迭代曲線
本案例僅提供模型文件及相關指導，凡購買的朋友針對本案例仿真實現上有什么疑問可以私信。下一節將推出如何結合多種工況進行多目標拓撲優化。
展開 基于optistruct汽車控制臂加權頻率（低階頻率）拓撲優化 ￥15
本案例采取加權頻率（低階1-3階頻率）作為優化目標，并以體積分數不超過0.3作為約束條件,使汽車控制臂模態頻率得到提高。其它詳細說明見收費內容部分。
有限元模型
加權頻率（低階1-3階頻率）拓撲優化結果（ISO=0.15）
加權特征值迭代曲線
優化前的前三階模態及陣型：
一階模態
二階模態
三階模態
優化后的前三階模態及陣型：
一階模態
二階模態
三階模態
其實這種方法優化后的結果與上一節基于optistruct汽車控制臂低階動態特性拓撲優化，雖然采用的方法略有些差異，其結果基本上一樣，略微有點小差別。
本案例僅提供模型文件及相關指導，凡購買的朋友針對本案例仿真實現上有什么疑問可以私信。
展開 增強現實場景下基于穩態視覺誘發電位的機械臂控制系統
接著，將數據段輸入到分類模型識別受試者的意圖，并將其轉化為機械臂控制指令。
2.2EEG機械臂子系統
機械臂子系統主要包括機械臂、工作區域、目標物及控制主機。機械臂為6自由度機械臂，配有二指夾爪，固定在工作臺的右側。工作區域為一個11×11的矩形棋盤，從機械臂視角看，從左至右為橫軸，從上至下為縱軸。目標物為10顆直徑為2.8cm的黑色小球。
控制主機安裝Ubuntu16.04系統和機器人操作系統(Robot Operating System,ROS)。機械臂的驅動程序和運動控制程序均部署在ROS上。在ROS中，除了機械臂原有的節點外，還包括AR-BCI系統發布的節點，用于向機械臂發送控制命令及接收機械臂狀態信息。
機械臂的路徑規劃采用笛卡兒空間軌跡規劃方法，在輸入機械臂的始末端位置、姿態及沿途經過的路徑點位姿變化后，系統自動規劃機械臂的行動路徑。同時，在機械臂行動過程中，系統通過機械臂相關節點實時獲取當前機械臂的運行速度和位置信息，用以確定夾爪工作的開始時刻。
展開 
基于Hyperworks+Abaqus控制臂模態分析/自重分析 ￥20
本案例是基于hyperworks/abaqus汽車控制臂模態分析/自重分析，重點在于說明如何在hyperworks/abaqus中完成前處理（部件建立、網格劃分、材料創建、屬性定義、模態分析設置、約束設置、重力場設置、ABAQUS中質量點添加等），接著導出inp模型文件并在abaqus中進行求解計算，abaqus只是扮演一個求解器的角色，hyperview中進行后處理。
模態分析結果動圖
重力場施加分析結果動圖（含質量點）
本案例模型文件前處理全部在hyperworks的abaqus模塊中完成，要查看前處理具體如何設置，只需要在hyperworks的abaqus操作界面，導入inp模型便可查看。模型文件見附件，凡購買本案例的朋友在操作上有什么疑問，可以一起討論交流。
展開 基于optistruct考慮靜態與動態特性下的汽車控制臂拓撲優化 ￥30
同時考慮靜態下三種工況下每種工況對應的應變能，動態特性低階前三階一階、二階、三階模態下的應變能，也就是采用組合應變能指數作為優化目標，體積分數為約束條件，進行基于optistruct考慮靜態與動態特性下的汽車控制臂拓撲優化。
有限元模型
拓撲優化后的結果
組合應變能指數迭代曲線
優化前的前三階模態及陣型：
一階模態
二階模態
三階模態
優化后的前三階模態及陣型：
一階模態
二階模態
三階模態
本案例僅提供模型文件結果文件及相關指導，凡購買的朋友針對本案例仿真實現上有什么疑問可以私信。
展開 基于optistruct汽車控制臂三種工況、加上1階模態下的多目標拓撲優化案例 ￥80
本例以汽車控制臂三種工況、加上1階模態下的多目標拓撲優化為例，講述在optistruct中是如何進行多目標拓撲優化，非公式，目的就是快速得到傳遞路徑，與傳統輸入公式傳遞路徑基本上百分九十以上的相似度，如果有需要公式方面的同學也可以聯系我，有相關的資料
購買后對于模型中不懂的地方都可以問
基于optistruct＋ncode汽車控制臂多通道疲勞耐久分析 ￥70
本案例在于以汽車控制臂疲勞耐久分析為例，重點介紹如何對采集到的載荷信號在ncode中進行疲勞耐久分析。靜力學分析在optistruct中完成，疲勞分析在ncode中完成。主要涉及到的知識點：采集到的信號轉化為時間序列載荷、多個工況（制動、轉向、過坑工況）信號的合并為一個信號（只是信號文件的合并并不是信號的矢量疊加）、多種工況（多通道載荷譜）的疲勞運算等。
三種工況下的載荷譜
損傷云圖
壽命云圖
具體操作方法、疲勞設置、采集到的的載荷譜文件、模型文件見附件。如購買本案例的朋友針對案例仿真操作實現有什么問題，請私信我。
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