基于優(yōu)化技術的氣彈簧選型解決方案

劉瑩，商航，鄂世國，喬鑫

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基于優(yōu)化技術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、結合有限元技術，以布置位置、彈簧Fa、Fb為變量，關閉力歷程為目標，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；試驗設計；數(shù)據匹配；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]。在尾門的設計過程中，關閉力通常是基本的考察指標。目前多學科聯(lián)合優(yōu)化設計在國內已經被應在汽車開發(fā)設計領域[2~4]，本文提出對關閉力歷程作為目標，對關閉過程的手感增益、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。由于在活塞內部設有通孔，活塞兩端氣體壓力相等，而活塞兩側的截面積不同，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產生壓力，即氣彈簧的彈力，彈力的大小可以通過設置不同的氣壓或者不同直徑的活塞桿予以設定。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；根據力矩平衡原理，得到車身鉸鏈的反力矩曲線，而關閉力與力矩屬于線性關系。

3 多目標優(yōu)化（仿真流程）

依托有限元分析初始結果，搭建試驗設計的仿真流程。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系、與力與力矩之間的變換關系，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，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