某型轎車(chē)制動(dòng)軟管分析優(yōu)化

王鑫，王浩

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

某型轎車(chē)制動(dòng)軟管分析優(yōu)化

王鑫，王浩

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

文章針對(duì)在研某轎車(chē)為例，建立了制動(dòng)軟管分析模型，通過(guò)建立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)輸入模擬管路的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)管路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。從管路受力、間隙校核、包絡(luò)分析等方面提出管路的實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化管路長(zhǎng)度解決了相關(guān)問(wèn)題。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型建立的準(zhǔn)確性。文章建立了管路的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)情況，據(jù)此對(duì)其進(jìn)行分析優(yōu)化，具有一定的指導(dǎo)意義。

制動(dòng)軟管；動(dòng)態(tài)分析；優(yōu)化

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-207-03

引言

隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，精細(xì)化設(shè)計(jì)越來(lái)越重要，導(dǎo)致布置空間受到了較大的約束。管路系統(tǒng)材料較為廣泛、工作環(huán)境差距很大，運(yùn)送介質(zhì)也不盡相同，因此更為精確的模擬其受力情況，為降低應(yīng)力應(yīng)變等進(jìn)行長(zhǎng)度優(yōu)化具有重要意義。本文基于企業(yè)研發(fā)的某型轎車(chē)在定遠(yuǎn)試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行4萬(wàn)公里可靠性試驗(yàn)中出現(xiàn)的制動(dòng)軟管疑似漏油為例，建立分析模型進(jìn)行基于應(yīng)力的長(zhǎng)度優(yōu)化。初步判斷在顛簸路面行駛中，懸架上下跳動(dòng)及轉(zhuǎn)向過(guò)程中帶動(dòng)制動(dòng)軟管的運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)軟管長(zhǎng)度不合理引起的。同時(shí)需要注意的是當(dāng)管路較長(zhǎng)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生與周邊干涉的可能。因此本文主要建立制動(dòng)軟管的模型，從應(yīng)力合理，管路包絡(luò)的角度進(jìn)行優(yōu)化，提出合理的管路長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)制造快件更換到試驗(yàn)車(chē)輛中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明建立模型準(zhǔn)確、優(yōu)化合理，解決生產(chǎn)問(wèn)題、為管路優(yōu)化提供了一定的指導(dǎo)意義。

1、系統(tǒng)建模

為了建立準(zhǔn)確的分析模型，需要對(duì)管路材料與相關(guān)的屬性進(jìn)行試驗(yàn)確認(rèn)，從供應(yīng)商獲取材料尺寸及材料參數(shù)，考慮重力作用對(duì)管路的影響，具體參數(shù)如下表1所示。

由于管路一端通過(guò)管夾固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上，因此當(dāng)車(chē)輛在行駛過(guò)程中，會(huì)帶動(dòng)管路發(fā)生運(yùn)動(dòng)，即合理準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)向節(jié)運(yùn)動(dòng)特性對(duì)分析優(yōu)化具有重要作用。相關(guān)文章在分析管線(xiàn)路時(shí)候一般都是采用幾個(gè)特殊位置進(jìn)行說(shuō)明，并未從連續(xù)動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)角度模擬出實(shí)際情況。本文根據(jù)表1懸架上下行程及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒輪齒條行程，在CATIA中建立動(dòng)力學(xué)模型，將運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出給建立的分析模型中。具體的CATIA運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)及模型如下圖1，建立的分析優(yōu)化模型如圖2所示。

表1 管路材料及運(yùn)動(dòng)學(xué)輸入

圖1 建立的CATIA運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

其中，管路另外一端固定在車(chē)身鈑金上，在汽車(chē)坐標(biāo)系下可認(rèn)為是固定的。

2、模型分析

根據(jù)建立的分析模型，能計(jì)算出在懸架的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)管路及其兩端管夾的應(yīng)力情況和受力情況，將此數(shù)據(jù)與材料的屈服應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比可判斷其情況。同時(shí)可對(duì)管路與其他運(yùn)動(dòng)物體，例如懸架結(jié)構(gòu)件直接的動(dòng)態(tài)間隙，可據(jù)此判斷出是否存在動(dòng)態(tài)干涉情況。最后還可以建立管路的包絡(luò)體，將其與車(chē)體等物體進(jìn)行尺寸分析，查看是否存在干涉現(xiàn)象。下圖3為懸架運(yùn)動(dòng)示意圖。

圖3 懸架運(yùn)動(dòng)示意圖

圖4 模型分析示意圖

2.1 應(yīng)力分析

對(duì)建立之后的模型進(jìn)行分析計(jì)算，選取橫坐標(biāo)為管路動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，縱坐標(biāo)為管路受到的最大應(yīng)力及剪切應(yīng)力如下圖5所示；

圖5 制動(dòng)軟管應(yīng)力曲線(xiàn)

從上圖可以發(fā)現(xiàn)隨著懸架的運(yùn)動(dòng)，管路所受到的應(yīng)力在緩慢增加，其中最大應(yīng)力3.5MPa，剪切應(yīng)力也達(dá)到2.0MPa，管路的屈服應(yīng)力為3.5MPa。因此管路在此工況下存在斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，可適當(dāng)增加管路長(zhǎng)度釋放應(yīng)力驟變的趨勢(shì)。對(duì)管路受到的力進(jìn)行分析，也可發(fā)現(xiàn)存在相同的變化趨勢(shì)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)關(guān)系可得知受力較大的工況為全轉(zhuǎn)向下極限的位置。

圖6 制動(dòng)軟管受力曲線(xiàn)

2.2 間隙分析

在對(duì)管路進(jìn)行布置時(shí)，由于附近存在輪速傳感器線(xiàn)束，因此需特別關(guān)注兩管的動(dòng)態(tài)間隙，當(dāng)兩管路為減小應(yīng)力增加長(zhǎng)度時(shí)特別容易導(dǎo)致相互干涉，因此對(duì)管路間隙進(jìn)行分析如下圖7所示。

圖7 制動(dòng)軟管與輪速傳感器間隙

制動(dòng)軟管與輪速傳感器間隙最小為58mm，滿(mǎn)足不干涉情況。需要注意的是后期在管路優(yōu)化時(shí)保證間隙滿(mǎn)足條件。

2.3 包絡(luò)分析

包絡(luò)體是涵蓋了懸架運(yùn)動(dòng)過(guò)程中管路的所有運(yùn)動(dòng)空間區(qū)域集合，在汽車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，建立準(zhǔn)確的包絡(luò)體，能避免管路與車(chē)體鈑金等產(chǎn)生干涉造成油液泄露造成交通事故，因此獲取準(zhǔn)確的管路包絡(luò)是開(kāi)發(fā)階段需要解決的問(wèn)題，參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)很少考慮管路的彈性變形對(duì)包絡(luò)的影響，因此本方法具有一定的參考意義。形成的包絡(luò)體及周邊間隙如下圖8所示；

圖8 管路包絡(luò)與周邊間隙間隙尺寸

由分析可知，管路與周邊間隙滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3、管路優(yōu)化

由于管路所受壓力和應(yīng)力均在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中較大，因此需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可通過(guò)增加管夾進(jìn)行控制，但是由于空間限制，臨時(shí)增加支架會(huì)增加設(shè)計(jì)變更成本，因此本文通過(guò)管子長(zhǎng)度的優(yōu)化，降低應(yīng)力，但是需校核包絡(luò)。優(yōu)化范圍從管子原長(zhǎng)度215到330毫米進(jìn)行，分析結(jié)果如下圖所示；

可以發(fā)現(xiàn)力和應(yīng)力隨著管子長(zhǎng)度增加逐漸降低，結(jié)合管子能承受的應(yīng)力范圍綜合考慮將長(zhǎng)度優(yōu)化為260mm，將此長(zhǎng)度再次進(jìn)行包絡(luò)和間隙校核均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了說(shuō)明分析的準(zhǔn)確性，將上述優(yōu)化的數(shù)模提給廠(chǎng)家制作快件換到定遠(yuǎn)試驗(yàn)場(chǎng)的車(chē)輛上進(jìn)行可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)可靠性試驗(yàn)折合10萬(wàn)公里發(fā)現(xiàn)，管路并未出現(xiàn)松動(dòng)和干涉現(xiàn)象。滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4、結(jié)論

根據(jù)公司實(shí)車(chē)可靠性問(wèn)題進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)優(yōu)化，結(jié)合懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，建立了考慮管路動(dòng)態(tài)特性的分析模型，能較為準(zhǔn)確的反映實(shí)際管路材料和變形等情況，為其他管路設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)作用。

提出管路動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，較靜態(tài)挑選幾個(gè)狀態(tài)位置分析具有全面性，優(yōu)化結(jié)果經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明了準(zhǔn)確性，優(yōu)化后降低了管路受到的力，提高了管路的壽命，具有一定的實(shí)際研究意義。

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[2] 汽車(chē)振動(dòng)與載貨的統(tǒng)計(jì)分析及懸掛系統(tǒng)的參數(shù)選擇[J].汽車(chē)技術(shù),1976, 4:54.

[3] 基于剪切中心的某扭力梁懸架輪胎包絡(luò)分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程,2016. 54(1).72-76.

[4] 陳憲忠.時(shí)域內(nèi)轎車(chē)行駛平順性建模及仿真研究,[碩士學(xué)位論文],長(zhǎng)春,吉林大學(xué),2003.03.

[5] 駱濤.轎車(chē)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)及整車(chē)平順性仿真:[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2008.

Analysis and Optimization of a certain car Brake Hose

Wang Xin, Wang Hao
( Jianghuai Automobile co., LTD Technology Center, Anhui Hefei 2300601 )

Taking a certain car for example, establish a flexible certain car brake hose model, and a suspension motion is created by catia model to modify this hose, Depend on the equipment, the relly motion of this is shown.This paper will show the reserch of the brake hose from the force and distance and sweptvolume of dymamic analysis, then optimization the longth of the hose, at last the probem is loose.The test is taken to showing the reserch.and modify is right, the paper given a good example in hose designing of working.

Brake Hose; dymamic analysis; optimization

U463.2

A

1671-7988 (2017)10-207-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.071

王鑫，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司。