悬架设计 1篇：
汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法及装置
第一、技术领域
本发明属于汽车技术领域，特别涉及一种汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法及装置。
第二、背景技术
操纵稳定性是汽车安全设计中重要一块，而汽车操控性是由一套稳健的悬架系统决定的。目前已经广泛利用计算机辅助工程分析(CAE)技术基于特定的悬架运动工况进行汽车悬架空间机构设计进行悬架机构运动性能的分析，基于结果通过改变悬架机构运动连接节点(硬点)空间位置坐标进行性能的改进优化。但理论设计只是确定性的相对最优方案，在制造误差的影响下，也会造成悬架运动性能的波动，这对于保持汽车操控性的稳健性是很不利的。
第三、发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法及装置，能够自动对汽车悬架机构设计方案的稳健性进行评估及优化。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种汽车悬架设计的稳健性评估、优化装置，包括：
灵敏度分析模块，用于分析汽车悬架硬点变量的灵敏度;
方案优化模块，与所述灵敏度分析模块信号连接，用于选择优化算法并寻找最优方案，以获取最优方案的确定解;
稳健性评估分析模块，与所述方案优化模块信号连接，以对所述最优方案的稳健性进行评估分析;
优化模块，与所述稳健性评估分析模块信号连接，以对所述最优方案的稳健性进行优化，并给出最优解。
作为优选，还包括：
验证模块，与所述优化模块信号连接，用于验证硬点稳健性的优化后的所述最优方案。
作为优选，灵敏度分析模块包括：
硬点变量获取单元，用于获取硬点变量;
建模单元，与所述硬点变量获取单元信号连接，以建立基于硬点变量的近似模型，并验证所述近似模型的精度。
作为优选，所述方案优化模块包括：
第一设定单元，与所述建模单元信号连接，用于设定硬点的前束变化率目标值，并基于所述目标值设定变量及约束条件;
选择单元，与所述设定单元信号连接，用于选择所述最优方案;
计算单元，与所述选择单元信号连接，用于计算所述最优方案，以得到所述确定解。
作为优选，稳健性评估分析模块包括：
第二设定单元，与所述方案优化模块信号连接，用于设定方法参数和随机变量;
响应单元，与所述第二设定单元信号连接，以与所述第二设定单元建立响应模型;
稳健性评估单元，与所述响应单元信号连接，以对所述响应模型进行稳健性评估。
作为优选，所述优化模块包括：
第一设置单元，与所述稳健性评估分析模块信号连接，用于设置优化约束条件;
第二设置单元，与所述第一设置单元信号连接，用于设置稳健性优化模型;
优化单元，与所述第二设置单元信号连接，用于优化所述稳健性优化模型。
一种汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法，采用汽车悬架设计的稳健性评估、优化装置，所述汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法包括：
分析汽车悬架硬点变量的灵敏度;
基于所述灵敏度，选择优化算法并寻找最优方案，以获取最优方案的确定解;
对所述最优方案的稳健性进行评估分析;
对所述最优方案的稳健性进行优化，并给出最优解。
作为优选，所述的汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法，所述包括：
对优化后的所述最优方案进行整体验证。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明实现了快速进行悬架稳健性评估和优化的最优设计，通过评估可以使悬架硬点设计的稳健性得到显著提高，同时悬架关键性能指标(前束变化率)未出现明显波动，保证了设计的稳健性。
第四、附图说明
图1为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化装置的组成示意图;
图2为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化装置的灵敏度分析模块的组成示意图;
图3为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化装置的方案优化模块的组成示意图;
图4为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化装置的稳健性评估分析模块的组成示意图;
图5为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化装置的优化模块的组成示意图;
图6为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法的灵敏度分析的流程示意图;
图7为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法的方案优化的流程示意图;
图8为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法的稳健性评估分析的流程示意图;
图9为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法的稳健性优化的流程示意图;
图10为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法的稳健性优化验证的流程示意图;
图11为本发明中的汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法的技术路线流程示意图。
图中：100-汽车悬架设计的稳健性评估、优化装置;110-灵敏度分析模块;112-获取单元;114-建模单元;120-方案优化模块;122-第一设定单元;124-选择单元;126-计算单元;130-稳健性评估分析模块;132-第二设定单元;134-响应单元;136-稳健性评估单元;140-优化模块;142-第一设置单元;144-第二设置模型;146-优化单元;150-验证模块。
第五、具体实施方式
使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
实施例1：
悬架运动学及柔顺性试验台简称KC试验台，用来测量悬架及转向系统的几何运动学(Kinematics)特性和各种受力情况下的柔顺性(Compliance)数据，这些特性和数据在很大程度上影响着整车的操纵稳定性水平。
如图1至所示，本发明的实施例公开了一种汽车悬架设计的稳健性评估、优化装置100，包括灵敏度分析模块110、方案优化模块120、稳健性评估分析模块130和优化模块140，灵敏度分析模块110用于分析汽车悬架硬点变量的灵敏度，方案优化模块120与灵敏度分析模块110信号连接，用于选择合适的优化算法并进行自动寻找最优方案，以获取最优方案的确定解。稳健性评估分析模块130与方案优化模块120信号连接，以对最优方案的稳健性进行评估分析。优化模块140与稳健性评估分析模块130信号连接，以对最优方案的稳健性进行优化，并给出最优解。
汽车悬架设计的稳健性评估、优化装置还包括：验证模块150，与优化模块140信号连接，用于验证硬点稳健性的优化后的最优方案。
如图2所示，灵敏度分析模块110包括：硬点变量获取单元112和建模单元114，硬点变量获取单元112用于获取硬点变量，建模单元114与硬点变量获取单元112信号连接，以建立基于硬点变量的近似模型，并验证近似模型的精度。
如图3所示，方案优化模块120包括：第一设定单元122、选择单元124和计算单元126，第一设定单元122与建模单元114信号连接，用于设定硬点的前束变化率目标值，并基于目标值设定变量及约束条件。选择单元124与第一设定单元122信号连接，用于选择最优方案。计算单元126与选择单元124信号连接，用于计算最优方案，以得到确定解。
如图4所示，稳健性评估分析模块130包括：第二设定单元132、响应单元134和稳健性评估单元136，第二设定单元132与方案优化模块120信号连接，用于设定方法参数和随机变量。响应单元134与第二设定单元132信号连接，以与第二设定单元132建立响应模型，稳健性评估单元136与响应单元134信号连接，以对响应模型进行稳健性评估。
如图5所示，优化模块140包括：第一设置单元142、第二设置模型144和优化单元146，第一设置单元142与稳健性评估分析模块130信号连接，用于设置优化约束条件。第二设置单元144与第一设置单元142信号连接，用于设置稳健性优化模型。优化单元146与第二设置单元144信号连接，用于优化稳健性优化模型。
本发明提供了一种汽车悬架设计的稳健性评估、优化方法，包括：
分析汽车悬架硬点变量的灵敏度;
基于所述灵敏度，选择优化算法并寻找最优方案，以获取最优方案的确定解;
对所述最优方案的稳健性进行评估分析;
对所述最优方案的稳健性进行优化，并给出最优解。
还包括：
对优化后的所述最优方案进行整体验证。
1) 以悬架性能关键指标(前束变化率)为响应因变量目标，以悬架硬点X、Y、Z空间坐标为自变量，基于ISIGHT自动化仿真平台环境进行灵敏度分析，如图6所示。
2)基于灵敏度分布表，选择高灵敏度硬点坐标(例如转向拉杆外球头点XY三个坐标)作为优化自变量，以悬架性能关键指标为优化响应目标。选择合适的优化算法进行自动寻忧。得到最优方案确定解。如图8所示。
3)选择ISight仿真集成平台中的6SIGMA模块，建立稳健性评估工作流，分析当前方案的6SIGMA水平。如图9所示。
4)基于当前6SIGMA水平判断若需要优化提升稳健性，启动自动优化工作流，给出方案集中的最优解。人图10所示。
综上，本发明的技术方案应用于某皮卡车平台中悬架设计优化，实现了快速进行悬架稳健性评估和优化的最优设计，通过评估可以看出悬架硬点设计的稳健性得到显著提高，同时悬架关键性能指标(前束变化率)未出现明显波动，保证了设计的稳健性。
本发明基于汽车悬架设计稳健性评估及优化总技术路线建立了汽车底盘悬架机构设计稳健性评估及优化的成套技术方法，大大提高了处理的自动化程度，极大提高了效率，该发明中的分析优化方法使得对稳健性的评估和优化变得极为容易，是模块化平台化技术的一块重要基石。
本主要技术方案是通过建立多体动力学汽车底盘悬架系统模型，进行悬架系统平行跳动工况的动力学分析，编写模型后台脚本，确定变量和关键目标，实现变量及目标的自动识别，基于ISIGHT多学科集成仿真平台，集成灵敏度分析及稳健性分析优化模块技术，形成自动化稳健性评估及优化工作流。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
悬架设计 2篇：
一种基于时滞稳定性的半主动ISD悬架设计评价方法
第一、技术领域
本发明属于车辆悬架系统设计评价领域，尤其涉及一种基于时滞稳定性的半主动ISD 悬架设计评价方法。
第二、背景技术
悬架是汽车的车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并减少由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。传统悬架系统仅含有刚度特性及阻尼特性，缺少惯性特性，不能有效解决隔振效果的优异性与设备工作空间、动载荷之间矛盾的问题。剑桥大学学者SIMTH于2003年提出了惯容器的思想，并设计出齿轮齿条式惯容器与滚珠丝杠式惯容器后，实现了机械与电子网络之间严格的对应，并将其应用于车辆悬架当中。在原有弹簧(Spring)阻尼(Damper)两元件结构的基础上增加惯容器(Inerter)设备，形成ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架结构。实现车辆既能够缓冲并衰减高频振动和冲击，也能缓冲并衰减低频振动和冲击的隔振结构。克服了基于传统隔振理论的隔振系统不能解决隔振效果的优异性与设备工作空间、动载荷之间矛盾的问题。使得悬架同时具备了刚度特性、阻尼特性与惯性特性。要想让悬架的性能最大程度的发挥出来并尽可能的降低成本，减小能耗，一般需要增加半主动控制，去改变悬架参数的某一变量，可以适应不同车况及路况。
后来，很多研究学者对惯容器展开了研究，提出了多种ISD悬架的拓扑结构，并且对这些悬架进行了半主动控制设计。如图1所示，是一部分ISD悬架的拓扑结构示意图，当元件数量增加时，ISD悬架的拓扑结构数量将呈指数级增加，所以，从大量的结构中去寻找性能优异的ISD悬架变得至关重要。
因为需要增加半主动控制，时滞问题将变得不可忽略，系统的时滞对悬架性能的影响很大，时滞主要影响人体较敏感的悬架系统的低频特性，因此，时滞影响舒适性，甚至会导致反馈控制系统的失稳，现对安全极为不利的轮跳，严重影响车辆半主动悬架的操纵稳定性能。对于半主动ISD悬架，发明人经过研究发现对于不同结构的ISD悬架，因为其结构的多样性，其时滞稳定性也是各不相同的。但是目前，并没有对于ISD悬架结构时滞稳定性的判定方法。
第三、发明内容
基于以上原因，本发明提供了一种基于时滞稳定性的半主动ISD悬架设计评价方法，可有效的对不同拓扑结构的半主动ISD悬架的时滞稳定性进行评价，或者辅助ISD悬架的结构选型设计。本发明是通过以下技术手段实现上述技术的目的：
一种基于时滞稳定性的半主动ISD悬架设计评价方法，包括如下步骤：
步骤1)，根据ISD悬架拓扑结构建立动力学方程;
步骤2)，在建立的动力学方程中，选择需要可控的参数，并考虑时滞情况，对动力学方程进行修正，得到齐次微分方程组;
步骤3)，根据动力学方程的性质，给出其通解的一般形式，推导整理得到齐次微分方程组对应的特征方程;
步骤4)，根据特征方程判断对应的ISD悬架拓扑结构的时滞稳定性;
步骤5)，对特征方程进行求解，即可解出该悬架拓扑结构失稳的临界时滞量τ;若方程无解，则该ISD悬架拓扑结构时滞不稳定，若有解，则应该设计合适的悬架参数，使得ISD悬架拓扑结构的临界时滞值越大越好;
步骤6)，根据动力学方程建立状态空间方程，搭建悬架仿真数学模型，进行仿真验证。
进一步，所述步骤6)中仿真验证具体为：在随机路面激励下验证在不同时滞情况下，半主动ISD悬架的性能是否有恶化现象，若有恶化现象且在合理范围之内，则结束设计;否则，则返回步骤1)。
进一步，是否有恶化现象采用车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷三个指标进行评价。
进一步，所述悬架参数包括弹簧刚度、阻尼系数及惯质系数。
进一步，所述可控的参数包括弹簧刚度、阻尼系数及惯质系数。
本发明可以达到的技术效果是：
1、给当前众多的ISD悬架拓扑结构半主动控制的可行性给出了一个判定方法，对于半主动ISD悬架的设计与性能评价具有重要的作用,对不同拓扑结构的半主动ISD悬架的时滞稳定性进行评价，从时滞角度给出了车辆半主动ISD悬架的性能评价方法。
2、利用本发明的评价方法来设计半主动ISD悬架，可以保证半主动ISD悬架的时滞稳定性，辅助半主动ISD悬架的结构选型设计，使得悬架能够始终工作于稳定状态，保证了半主动ISD悬架的工程应用价值。
第四、附图说明
图1为ISD悬架的拓扑结构示意图;
图2为基于时滞稳定性的半主动ISD悬架设计评价方法流程图;
图3为“弹簧-阻尼-惯容器”三元件并联ISD悬架结构示意图;
图4为阻尼与惯容器串联后再与弹簧并联三元件ISD悬架结构示意图;
图5为图3半主动ISD悬架临界时滞与车身质量和可控惯质系数的关系图;
图6为图3半主动ISD悬架临界时滞与基值惯质系数和可控惯质系数的关系图;
图7为根据图3半主动ISD悬架搭建悬架仿真数学模型图。
其中，m1-车轮质量;m2-车身质量;k-弹簧刚度;kt-轮胎刚度;b-惯质系数;c-阻尼系数。
第五、具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1为ISD悬架的拓扑结构示意图，列举了8种由三元件组合形成的拓扑结构再并联一弹簧构成四元件的ISD悬架结构，这样可以排除掉一些工程上无法运用的不合理天棚结构，所并联的弹簧目的是为了支撑车身重量，防止阻尼或惯容器被车身重量所击穿，造成元件损坏;这八种结构均能够直接应用于车辆悬架，也可以作为半主动悬架结构来实现。但是，由这些拓扑结构所设计的半主动ISD悬架的时滞稳定性却各不相同，如果元件数量进一步增加，拓扑结构数量将呈指数级增加，若要实际工程应用，则需要对这些结构的优劣进行进一步的筛选。
图2为基于时滞稳定性的半主动ISD悬架设计评价方法流程图，包含如下步骤：
步骤(1)，根据ISD悬架拓扑结构建立动力学方程。
步骤(2)，在所建立的动力学方程中，选择出需要可控的参数，并考虑时滞情况，对动力学方程进行修正，得到齐次微分方程组。
步骤(3)，根据动力学方程的性质，给出其通解的一般形式，并推导整理得到齐次微分方程组所对应的特征方程。
步骤(4)，根据特征方程判断对应的ISD悬架拓扑结构的时滞稳定性;特征方程一般是一个超越方程，不能够直接求解，这时可由Lyapunov稳定性判据来判别，时滞系统渐进稳定的充要条件是系统特征方程的全部特征根均为负实数，或者具有负实部的共轭复根(系统传递函数所有极点必须位于[s]平面左半部，线性系统稳定)，故系统临界失稳的条件是特征方程仅有纯虚根λ，假设λ=jw，系统将呈现以自激振动频率w为基频的自激振动，将特征根λ=jw带入超越方程，并利用欧拉公式分离其实部与虚部，可得仅有纯虚根的条件为：
步骤(5)，对特征方程进行求解，得实根解w，将w代入齐次微分方程组中任一式即可解出该悬架系统失稳的临界时滞量τ;若方程无解，则该ISD悬架时滞不稳定，不能用于半主动控制的ISD悬架系统;若有解，则应该设计合适的悬架参数，包括弹簧刚度、阻尼系数、惯质系数等，使得ISD悬架的临界时滞值越大越好。
步骤(6)，根据动力学方程建立状态空间方程，搭建悬架仿真数学模型，在随机路面激励下验证在一定时滞情况下，该半主动ISD悬架的性能是否有恶化现象;若恶化现象在合理范围之内，则结束设计，给出临界时滞对半主动ISD悬架系统的时滞稳定性的评价结果;否则，则返回步骤(1)。
图3为“弹簧-阻尼-惯容器”三元件并联ISD悬架结构示意图，弹簧、阻尼、惯容器的两端点分别与车身与车轮相连;图4为阻尼与惯容器串联后再与弹簧并联三元件ISD悬架结构示意图，阻尼先与惯容器串联，然后分别连接车身和车轮，同时车身与车轮之间再用一根弹簧相连;图3与图4是两种最基本的三元件ISD悬架拓扑结构。本发明以此为例采用上述方法对半主动ISD悬架的时滞稳定性进行评价，但实际本发明所述的方法不限于三元件结构，可同时适用于四元件、五元件，甚至更多元件的ISD悬架拓扑结构。
下面就两种基本三元件半主动ISD悬架(图3、4)进行时滞稳定性分析评价。
步骤1)，根据图3中的ISD悬架结构，可以列出动力学方程：
其中：x2为车身位移，x1为车轮位移，xr为路面激励;
步骤2)，在建立的动力学方程中，选择出需要可控的参数(b、c、k)，并考虑时滞情况，对动力学方程进行修正，因为惯质系数所产生的力与车身与车轮之间的加速度相关，相比于位移、速度，在实际工程应用中，加速度更容易获取，故本实施例选择惯质系数b作为可控参数，对动力学方程进行修正的结果如下：
其中：将可控惯质系数b等效为b0、br两个参数，b0为基值惯质系数，br为可控惯质系数，t为时间历程，τ为时滞;
步骤3)，根据动力学方程的性质，给出公式(2)通解的一般形式
xr(t)=Xreλt,r=1,2(3)
其中：Xr为拉氏变换表示解，λ为特征值，t为时间历程，
推导整理得到公式(2)所对应的特征方程(4)：
步骤4)，利用欧拉公式对方程进行变换，并分离特征方程的实部虚部：
其中w为自激振动频率，sin(τw)、cos(τw)为欧拉公式eiτ=sin(ωτ)+icos(ωτ)带入后产生的计算结果。
步骤5)，对方程组(5)进行求解，车辆及悬架参数取值为m1=45kg，m2=320kg， kt=190000N/m，k=22000N/m，c=1200N·s/m，带入式(5)，可以得到式(6)：
b4w8+b3w6+b2w4+b1w2+bch=0(6)
其中：
b4=-b02m12-2b02m1m2-b02m22-2b0m12m2-2b0m1m22+br2m12+2br2m1m2+br2m22-m12m22
b3=2km1m22-c2m22-c2m12+2km12m2+2ktm1m22+2b0km12+2b0km22+2b02ktm1 +2b0ktm22+2b02ktm2+2br2ktm1+2br2ktm2-2c2m1m2+4b0km1m2+4b0ktm1m2
b2=-b02kt2-4b0kktm1-4b0kktm2-2b0kt2m2+br2kt2+2c2ktm1+2c2ktm2 -k2m12-2k2m1m2-k2m22-4kktm1m2-2kktm22-kt2m22
b1=2k2ktm1-c2kt2+2kkt2m2+2k2ktm2+2b0kkt2
bch=-k2kt2
由此可以得到图3半主动ISD悬架临界时滞与车身质量和可控惯质系数的关系图，如图5所示，横坐标m2、br分别表示车身质量和可控惯质系数，纵坐标τ表示临界时滞;如图6所示，为图3半主动ISD悬架临界时滞与基值惯质系数和可控惯质系数的关系图，横坐标b0、br分别表示基值惯质系数和可控惯质系数，纵坐标τ表示临界时滞。设计者可以据此从中选取时滞较大的范围内的悬架参数值进行悬架设计，保证半主动ISD悬架的工程应用的可行。
若已知车身质量、基值惯质系数和可控惯质系数，则可以直接得出临界时滞，进而从时滞角度给出该悬架的性能评价。
步骤6)，搭建悬架仿真数学模型，如图7所示，A、B、C、D、A0、B0、C0为状态矩阵，G为路面输入激励矩阵，BA为车身加速度、SWS为悬架动行程、DTL为轮胎动载荷，K为控制矩阵。在随机路面激励下验证在一定时滞情况下，该半主动ISD的性能是否有恶化现象。
建立模型后，采用车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷三个指标的均方根值来评价悬架的性能，如表1所示：
表1图4中结构做半主动ISD悬架时滞性能分析评价指标对比
可以看出，图4中结构在时滞的影响下，悬架性能稍微有所恶化，但不至于失稳。
同理，重复步骤1)-步骤5)对图4中阻尼与惯容器串联后再与弹簧并联三元件半主动ISD悬架进行评价，可以得出特征方程式(7)以及分离实部虚部后的方程组(8)：
在步骤5)中发现方程没有负实根，说明图4中的结构为不稳定的结构，不适宜用作车辆半主动悬架的控制。或者说，若要将图4结构应用车辆半主动悬架，需要整个系统具有极小的时滞才能保证悬架的性能。
本发明可以用于车辆悬架的设计过程，也可以用于对已设计的车辆悬架性能优劣进行评价。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
悬架设计 3篇：
一种面向结构设计的悬架硬点优化方法
第一、技术领域
本发明涉及汽车悬架结构设计技术领域，尤其涉及一种面向结构设计的悬架硬点优化方法。
第二、背景技术
悬架硬点位置K&C特性中，悬架K特性指不考虑力与质量的运动，只跟悬架杆有关的车轮运动;悬架C特性是由于施加力导致的变形，跟悬架系统的弹簧、橡胶衬套及零部件的变形有关的车轮运动。
目前，公知的悬架硬点优化方法都是基于ADAMS软件，通过ADAMS/CAR模块优化悬架硬点来优化K&C特性曲线及整车操稳平顺曲线，以满足整车底盘动力学性能要求。但是，采用ADAMS/CAR模块优化悬架K特性时存在三点不足：第一，悬架硬点设定早于悬架结构设计，进行悬架结构设计时容易出现零部件结构不可行或者强度不满足要求等问题，需要反复设定悬架硬点，造成操作繁琐，工作量大。第二，每次进行硬点调整都要进行一次仿真分析，费时费力。第三，K特性各参数曲线不能同时查看，不易总体掌控硬点调整对各K特性参数的影响。
因此，亟待需要一种面向结构设计的悬架硬点优化方法以解决上述问题。
第三、发明内容
本发明的一个目的在于提供一种面向结构设计的悬架硬点优化方法，能够实现基于悬架结构的硬点优化，优化过程无需反复设定硬点，也无需多次仿真分析，且能够在同一个界面内显示悬架K特性的参数曲线。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
一种面向结构设计的悬架硬点优化方法，包括如下步骤：
S1、在CATIA软件中绘制悬架设计载荷位置硬点;
S2、绘制多组无参硬点，并根据悬架设计载荷位置硬点的尺寸关系约束每组无参硬点内部相对位置，各组无参硬点可通过设置固定点和轮心跳动高度驱动，通过设置固定点和轮心跳动高度驱动各组无参硬点至不同的上跳状态和下跳状态，将悬架上跳行程和下跳行程等分;
S3、根据悬架运动轨迹绘制待优化的悬架K特性曲线，将目标悬架K特性曲线与待优化的悬架K特性曲线绘制在同一表格中;
S4、再绘制一组无参硬点，并根据悬架设计载荷位置硬点的尺寸关系约束该组无参硬点内部相对位置，该组无参硬点可通过设置固定点、轮心跳动高度和转向齿条滑动距离驱动，并绘制通过该组无参硬点驱动的悬架三维数据;
S5、调整悬架设计载荷位置硬点的位置，通过CATIA软件的自动更新功能可获得优化后的悬架K特性曲线，直至优化后的悬架K特性曲线满足K特性要求;
S6、基于调整后的悬架设计载荷位置硬点，校核不同上跳、下跳及转向状态的悬架三维数据并优化;
S7、若优化后的悬架三维数据满足悬架结构要求，则完成硬点优化。
进一步地，在步骤S7中，若基于调整后的悬架设计载荷位置硬点的悬架三维数据不满足悬架结构要求，则重复步骤S5和步骤S6至满足要求。
进一步地，在步骤S1中，在CATIA软件中的知识工程模块环境下绘制悬架设计载荷的悬架设计载荷位置硬点。
进一步地，在步骤S1中，建立悬架设计载荷位置硬点数据的EXCEL表，将EXCEL表导入到CATIA软件中，绘制悬架设计载荷位置硬点。
进一步地，在步骤S1中，参考同级别车型的悬架硬点数据设定悬架设计载荷位置硬点。
进一步地，在步骤S2中，驱动各组无参硬点至不同的上跳状态，上跳状态包括上跳行程的20%、40%、60%、80%和100%，驱动各组无参硬点至不同的下跳状态，下跳状态包括下跳行程的20%、40%、60%、80%和100%。
进一步地，在步骤S2中，驱动各组无参硬点至无转向齿条滑动距离的不同的跳动状态。
进一步地，在步骤S3中，根据对标车型的悬架硬点数据绘制目标悬架K特性曲线。
进一步地，在步骤S3中，绘制多条目标悬架K特性曲线，并将多条目标悬架K特性曲线与待优化的悬架K特性曲线绘制在同一表格中。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的面向结构设计的悬架硬点优化方法，能够在CATIA软件中实现基于悬架结构的悬架K特性硬点优化，调整悬架设计载荷位置硬点时，无需运行仿真分析，可自动更新悬架K特性曲线，且能够实现在CATIA软件中的一个界面内显示悬架K特性曲线的所有参数，方便平衡K特性的各性能。
第四、附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的悬架设计载荷位置硬点及悬架骨架的示意图;
图2为本发明实施例提供的无参点上跳状态和下跳状态的悬架运动轨迹的示意图;
图3为本发明实施例提供的悬架设计载荷位置硬点、悬架骨架及悬架三维数据的示意图;
图4为本发明实施例提供的车轮前束变化的K特性曲线图;
图5为本发明实施例提供的车轮外倾变化的K特性曲线图;
图6为本发明实施例提供的主销内倾变化的K特性曲线图;
图7为本发明实施例提供的主销后倾变化的K特性曲线图;
图8为本发明实施例提供的主销后倾拖距变化的K特性曲线图;
图9为本发明实施例提供的侧倾中心高变化的K特性曲线图;
图10为本发明实施例提供的轮心侧向位移变化的K特性曲线图;
图11为本发明实施例提供的轮心纵向位移变化的K特性曲线图;
图12为本发明实施例提供的主销偏置距变化的K特性曲线图;
图13为本发明实施例提供的侧倾前束变化的K特性曲线图;
图14为本发明实施例提供的侧倾外倾变化的K特性曲线图;
图15为本发明实施例提供的侧倾中心正切值变化的K特性曲线图。
第五、具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例提供了一种面向结构设计的悬架硬点优化方法，包括如下步骤：
S1、如图1所示，在CATIA软件中绘制悬架设计载荷位置硬点;
S2、如图2所示，绘制多组无参硬点，并根据悬架设计载荷位置硬点的尺寸关系约束每组无参硬点内部相对位置，各组无参硬点可通过设置固定点和轮心跳动高度驱动，通过设置固定点和轮心跳动高度驱动各组无参硬点至不同的上跳状态和下跳状态，获得悬架运动轨迹;
S3、根据悬架运动轨迹绘制待优化的悬架K特性曲线，将目标悬架K特性曲线与待优化的悬架K特性曲线绘制在同一表格中;
S4、如图3所示，再绘制一组无参硬点，并根据悬架设计载荷位置硬点的尺寸关系约束该组无参硬点内部相对位置，该组无参硬点可通过设置固定点、轮心跳动高度和转向齿条滑动距离驱动，并绘制通过该组无参硬点驱动的悬架三维数据;
S5、调整悬架设计载荷位置硬点的位置，通过CATIA软件的自动更新功能可获得优化后的悬架K特性曲线，直至优化后的悬架K特性曲线满足K特性要求;
S6、基于调整后的悬架设计载荷位置硬点，校核不同上跳、下跳及转向状态的悬架三维数据并优化;
S7、若优化后的悬架三维数据满足悬架结构要求，则完成硬点优化。
本实施例提供的面向结构设计的悬架硬点优化方法，能够在CATIA软件中实现基于悬架结构的悬架K特性硬点优化，调整悬架设计载荷位置硬点时，无需运行仿真分析，可自动更新悬架K特性曲线，且能够实现在CATIA软件中的一个界面内显示悬架K特性曲线的所有参数，方便平衡K特性的各性能。
示例性地，悬架设计载荷位置硬点包括控制臂前点、控制臂后点、主销下点、主销上点、减震器下点、车轮中心、转向拉杆外点、转向拉杆内点、左半轴内节点、右半轴内节点、稳定杆拉杆上点、稳定杆拉杆下点和稳定杆固定点。进一步地，如图1所示，根据悬架设计载荷位置硬点建立悬架初始骨架。
需要说明的是，悬架三维数据指根据悬架设计载荷位置硬点在CATIA软件中建立的初始悬架结构数据。运动三维数据指根据将悬架上跳行程和下跳行程等分为多组不同的上跳状态和下跳状态的无参点，建立的悬架结构数据。
进一步地，在步骤S1中，在CATIA软件中的知识工程模块环境下绘制悬架设计载荷位置硬点。优选地，在CATIA软件中的知识工程模块中的knowledgeAdvisor环境下绘制悬架设计载荷位置硬点。
可选地，在步骤S1中，建立悬架设计载荷位置硬点数据的EXCEL表，将EXCEL表导入到CATIA软件中，绘制悬架设计载荷位置硬点，能够减少工作量，提高建模效率。
优选地，在步骤S1中，参考同级别车型的悬架硬点数据设定悬架设计载荷位置硬点。
示例性地，在步骤S2中，驱动各组无参硬点至不同的上跳状态，上跳状态包括上跳行程的20%、40%、60%、80%和100%，驱动各组无参硬点至不同的下跳状态，下跳状态包括下跳行程的20%、40%、60%、80%和100%。然后根据无参点的上跳状态和下跳状态绘制悬架运动轨迹，根据悬架运动轨迹绘制待优化的悬架K特性曲线。
进一步地，在步骤S2中，驱动各组无参硬点至无转向齿条滑动距离的不同跳动状态。
优选地，在步骤S3中，根据对标车型的悬架硬点数据绘制目标悬架K特性曲线。具体而言，对标车型的悬架硬点数据可通过逆向得到。将对标车型的悬架硬点数据绘制在CATIA软件中，执行步骤S1和步骤S2即可得到目标悬架K特性曲线。
进一步地，在步骤S3中，绘制多条目标悬架K特性曲线，并将多条目标悬架K特性曲线与待优化的悬架K特性曲线绘制在同一表格中。
如图4-图15所示，获得车轮前束随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、车轮外倾随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、主销内倾随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、主销后倾随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、主销后倾拖距随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、侧倾中心高随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、轮心侧向位移随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、轮心纵向位移随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、主销偏置距随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、侧倾前束随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、侧倾外倾随不同上跳状态和下跳状态变化曲线、侧倾中心正切值随不同上跳状态和下跳状态变化曲线的示意图。需要说明的是，图中实线代表待优化的悬架K特性曲线，其他线型代表目标悬架K特性曲线。在CATIA软件的知识工程模块中，图4-图15能够在同一个界面中显示，便于观察悬架K特性曲线的所有参数的变化情况，以便于优化悬架设计载荷位置硬点。
优选地，在步骤S7中，若基于调整后的悬架设计载荷位置硬点的悬架三维数据不满足悬架结构要求，则重复步骤S5和步骤S6至满足要求。
其中，优化后的K特性曲线满足K特性要求指优化后的设计载荷位置的K特性曲线的曲率与目标悬架K特性曲线的曲率大致相同，且K特性曲线走向基本一致，表明悬架的K特性达标。调整后的悬架三维数据满足悬架结构要求，指三维结构数据中不存在间隙不足(数据干涉)的问题，三维结构数据合理，且能够满足悬架结构强度要求。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够应用到不同的悬架型式、进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
悬架设计 4篇：
适应多种盘驱动器设计的无线悬架设计方案
本申请要求申请日为2001年8月21日的美国专利申请NO.60/316,154的优先权。
第一、技术领域
本发明涉及盘驱动器的悬架。更具体地，本发明属于用于多种驱动器设计方案中的无线悬架设计领域。
第二、背景技术
在现有技术中，利用磁读/写头的硬盘驱动器已为人所熟知。硬盘驱动器的一种常见的部件是磁头组组件(HSA)。一个HSA包括一个致动器(它构成E状体(E-BLOCK))，一个磁头万向架组件(HGA)以及一个致动器挠性组件。该挠性组件是一种挠性电路，其典型的连接到一种处理读自磁盘和写入磁盘的数据的集成电路芯片。该致动器挠性组件与HGA相连接。HSA最终是使HGA的磁头与该集成电路芯片电连接。
一种典型的HGA包括一个连接或结合到一个滑动器(其典型地是包括一个空气支承表面，从而使磁头在运动的磁盘上“飞行”)上的磁读/写头。该滑动器连接到一挠性件，该挠性件用来支撑滑动器并控制该滑动器相对于该运动磁盘的俯仰和翻转。磁盘的高速旋转致使在它的表面上沿基本上平行于磁盘切向速度的方向产生气流或风。气流与滑动器本体的ABS相互作用，所述ABS使滑动器能够在旋转的磁盘上面飞行。实际上，该悬浮的滑动器通过这种自致动的空气轴承与磁盘表面物理分开。滑动器的ABS通常设置在滑动器表面上，面向旋转盘，并且在不同的环境下对它在磁盘上空飞行的性能影响很大。
如图1所示，一种已知的普通双体浮座滑动器5的ABS的设计是形成一对平行的轨道2和4，它们沿着滑动器面向磁盘的表面的外边缘延伸。其他的包括三个或更多的轨道、带有不同表面区域和几何形状的ABS结构也已经被开发出来了。该两个轨道2和4典型的沿至少从前沿6到尾缘8的滑动器本体长度的一部分上运行。前沿6定义为滑动器的一边，即转盘在滑动器5的长度向尾缘8运行之前经过的边。如图所示，前沿6可以是楔形的，尽管这样会由于机加工过程而产生大的不良公差。该换能器或磁元件7一般安装在沿图1所示的滑动器尾缘8上的某一位置。轨道2和4形成滑动器飞行的空气支承表面，并一经接触由旋转盘产生的气流就会提供必要的提升力。随着盘的旋转，所产生的风或气流在双体浮座滑动器轨道2和4之下以及之间作用。由于气流通过轨道2和4的底下，所以轨道和盘之间的气压增加从而提供正向增压和升力。双体浮座滑动器通常产生足够的提升力，或正向载荷，从而使滑动器在旋转盘上方以适当的高度飞行。如果没有轨道2和4，滑动器本体5的这种较大的表面积就会产生过大的空气支承表面积。通常，随着空气支承面积的增加，所产生的提升力也会增大。没有轨道，滑动器飞行时将会距离旋转盘太远，因此前面所描述的具有低的飞行高度的所有优点将不会产生。
如图2所描述，一磁头万向架组件40经常提供具有多个自由度的滑动器，例如垂直间隔，或者俯仰角度和翻转角度，他们用来描述滑动器的飞行高度。如图2所示，一悬架74将该HGA40保持在运动的磁盘76(具有边缘70)的上方并沿箭头80所指示的方向上运动。在图2所示的盘驱动器的操作过程中，一致动器72使HGA移过盘76的不同直径(例如，内径(ID)，中径(MD))的上方以及弧线75的外径(OD)。
一前置放大器一般与磁头相连接用以为写入头提供写入电流并且从读取头接收电流。该悬架提供两项功能：为磁头和前置放大器进行机械支撑和对二者之间进行电气连接。除了使用物理电线将磁头连接到前置放大器外，悬架上的金属迹线也是十分常用的。
前置放大器存在于通常被称之为致动器挠性前置放大器组件(AFPA)的组件中。该前置放大器经常被焊接到挠性电路上。这种挠性电路提供了HGA的迹线连接的区域从而实现前置放大器与磁头的读和写元件的电路连接。
通常，有两种类型的HGA-有线和无线。一有线HGA是用其中单独的引线在HSA的挠性电路和读写头之间连接。一无线HGA是将导电迹线集成在挠性件上，并且在HSA的挠性电路与滑动器的读写头之间导电。在该技术中，一般有两种类型的无线悬架。在第一种类型中，例如迹线悬架组件(TSA)以及电路集成悬架(CIS)，迹线是通过一个减除工序(例如，一个蚀刻步骤)或通过一个附加工序(例如，电镀或沉积工序)制成在不锈钢挠性件上的，且在迹线和挠性件之间具有绝缘层。当迹线被设置在适当位置后，该挠性件就能够焊接到悬架的其它部分了。在第二种类型中，例如挠性悬架组件(FSA)和悬架上的挠性件(FOS)，该迹线是建立于一绝缘层上的，然后覆盖另一绝缘层来形成一挠性电路。再用粘接剂将该电路粘接到悬架上。可选择地，一额外称作地线层的金属层可以在挠性电路粘接到悬架上之前连接到挠性电路上。在一FSA中，一挠性件与承载梁和带有用于连接的集成迹线的安装板形成一体。
一般来说一个单头有四根迹线：一对用于读取头和前置放大器之间的连接，一对用于写入头和前置放大器之间的连接。
由上文可以看出，有不同类型的HGA和HSA设计方案。这些方案的选择可根据所选的盘驱动器而定。一旦方案选定，挠性电路将需要在HSA的制造过程中电连接。正如现有技术中已知的那样，HGA的挠性电路通常需要在电路的两端连接。在一端，挠性电路将连接到组件的包括滑动器空气支承表面的那一侧。对于一无线HGA，如所谓的TSA悬架，焊接垫片靠近滑动器，滑动器被焊接或者也可以电连接到挠性电路的导体上。在HGA电路的另一端，迹线将被连接到引向前置放大器的AFPA中的区域。由于集成电路芯片的布置，挠性电路通常连接到AFPA垂直于HGA表面的一侧，其中所述电路结合到HGA的表面。
在制造过程中，挠性电路在其连接到AFPA之前通常被弯曲成90度角。由于上文提出的不同的方案具有不同的尺寸，制造者一般专门为这些带有柔性电路的方案和/或盘驱动器制造出各种各样的挠性电路。这样的做法导致制造费用增加并且不需要的挠性电路造成成本浪费。
第三、发明内容
根据本发明的一个具体实施方式，提出一种挠性电路，其被设计用于多种驱动器设计方案。在一个具体实施方式中，挠性电路包括两个或多个曲线，这样挠性电路能够根据使用的盘驱动器组件在两个或更多不同的位置折弯。这样做的结果是大大减小了制造成本。
第四、附图说明
图1是现有技术中已知的带有读/写头的滑动器装置的透视图。
图2是现有技术中已知的盘驱动器装置的透视图。
图3是利用了根据本发明一个具体实施方式构造的挠性电路的悬架组件的俯视图。
图4是图3所示的挠性电路的一特征的局部放大图。
图5是利用图3中的挠性电路的一个第一盘驱动器悬架的侧视图。
图6是利用图3中的挠性电路的一个第二盘驱动器悬架的侧视图。
第五、具体实施方式
参照图3，它显示了利用根据本发明一具体实施方式构造的挠性电路的一悬架组件100的俯视图。在本发明的这个具体实施方式中，挠性电路101包括一个由聚酰胺制成的衬底和由铜制成的导线，但并不局限于这些材料。正如下文所述，本发明的挠性电路设计成可用于多盘驱动器的设计方案。
参照图4，它是图3所示的挠性电路的一特征的局部放大图。如图4所示，挠性电路101包括多个用来显示挠性电路弯曲之处的标记(例如，在悬架组件上)。在这个实施例中，所述标记包括一对形成在该挠性电路衬底材料上的凹痕。由此，该挠性电路将会根据该盘驱动器的设计方案沿着由一第一对凹痕A或一第二对凹痕B所显示的一道线折弯。
参照图5和图6，它们显示了图3所示的挠性电路在两个盘驱动器中的弯曲情况。图5中显示了一第一盘驱动器，其中，挠性电路在被连接到驱动器悬架之前或之后在第一对标记A处被折弯成90度。在图6中，挠性电路在被连接到驱动器悬架之前或之后在第二对标记B处被折弯成90度。
虽然参照前述申请已经对本发明进行了描述，但这种对优选实施方式的描述并不意味着构成对本发明的限制。应该理解，本发明的全部特征并不局限于所述这些具体描述、结构或尺寸，其可依据各种原理和变量变化。参照本发明所公开的内容，对所公开的设备的各种形式和细节上的修改以及对本发明的其他改变对本领域的技术人员来说都是显而易见的。因此所附权利要求覆盖的任何此种对所述具体实施方式的修改和变形，都被认为属于本发明的精神实质和保护范围。例如，尽管通过连接到磁头组件的挠性电路对本发明进行了描述，但本发明也可以扩展到使用挠性电路的迹线悬架组件。
