汽车转向盘骨架性能的多学科设计优化

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1、学兔兔www.xuetutu.com汽车工程2014年(第36卷)第3期AutomotiveEngineering2014071汽车转向盘骨架性能的多学科设计优化木李铁柱，李光耀，周泽，陈涛(湖南大学，汽车车身先进设计制造国家重点试验室，长沙410082)[摘要]针对某款新车的转向盘骨架设计，为兼顾相互矛盾的碰撞安全性和疲劳耐久性，采用多学科设计优化对转向盘骨架若干截面尺寸进行了优化，实现不同性能的并行设计，缩短开发周期。为提高计算效率，通过实验设计构建了Kriging近似模型作为仿真模型。结果表明，该方法较好地满足转向盘

2、骨架碰撞安全性的同时确保其疲劳耐久性，具有较强的工程实用性。关键词：转向盘骨架；多学科设计优化；碰撞安全性；疲劳耐久性MuhidisciplinaryDesignOptimizationonthePerformanceofVehicleSteeringWheelSkeletonLiTiezhu，LiGuangyao，ZhouZe&ChenTaoHunanUniversity，StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufactureingforVehicleBody，Changsha4

3、10082[Abstract]Aimingatthedesignofsteeringwheelskeletonstructureofanewcar，andforconcurrentlyen—suringitstwocontradictoryperformances，impactsafetyandfatiguedurability，muhidisciplinarydesignoptimization(MDO)isadoptedtoconductsizeoptimizationonafewsectionsofsteeringw

4、heelskeleton，achievingtheparalleldesignofdifferentperformancesandthereductionofleadtime．Forincreasingcalculationeficiency，aKrigingsur-rogatemodelisconstructedassimulationmodelbythedesignofexperiment．TheresultsshowthatMDOcanbettermeettherequirementsontheimpactsafet

5、yofsteeringwheelskeletonwhileassureitsfatiguedurability，havingstrongengineeringpracticality．Keywords：steeringwheelskeleton；multidiscipl~aarydesignoptimization；impactsafety；fatiguedurability好地解决了转向盘骨架的多学科设计问题。日IJ舀1转向盘模型针对某款新车的转向盘骨架设计，由于该转向盘骨架的静态刚度较大，远远超过了企业内部的技对于碰撞

6、性能分析，模型中包括了转向盘骨架术要求，从而导致其碰撞性能较差。由于改善碰撞模型和头部模型。根据整车试验高速摄像，头部和性能的同时也会问接实现转向盘的轻量化设计，改转向盘上轮缘垂直接触，转向管柱及其支架基本没善转向系统的NVH性能，故本文中只对转向盘骨架有变形，因此只对转向盘骨架碰撞性能进行了分析。的碰撞性能和疲劳耐久性进行并行设计¨J。考虑头部模型采用的是LSTC公司提供的自由移动头到各学科模型分析时间较长，为了提高计算效率，通型，该头型主要被美国汽车安全技术法规(FMVSS过实验设计获取采样数据点构建了各学科的Krig

7、ing201)用于内饰件碰撞性能评估J。本文中主要测量近似模型，结合多学科协同优化方法对转向盘骨架头部合成加速度3ms指标，用于评估骨架的碰进行了碰撞安全性和疲劳耐久性的多学科优化，较撞性能。根据整车试验和乘员约束系统仿真情况确973课题(2010CB328005)和长江学者与创新团队发展计划项目资助。原稿收到日期为2011年12月21Et，修改稿收到日期为2012年6月11日。学兔兔www.xuetutu.com李铁柱，等：汽车转向盘骨架性能的多学科设计优化定了头部模型与骨架接触时刻的碰撞速度为8m／s，用于加载头部模型

8、的初速度。完整的骨架头型碰撞性能分析模型如图1所示。对于疲劳耐久性分析模型，模型中只包括了转向盘骨架模型。对于疲劳分析，根据企业内部的转向盘弯曲疲劳试验要求，约束了骨架与转向管柱的连接区域，对转向盘上轮缘施加了+221N的载荷，频率为1Hz。经过3万图1碰撞『生能分析次弯曲疲劳试验后转向盘应无裂图3协同