汽车悬架控制臂性能计算分析及优化设计研究

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1、工程硕士学位论文汽车悬架控制臂性能计算分析及优化设计研究作者姓名李帅领工程领域机械工程校内指导教师李旻副教授校外指导教师潘孝勇工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月ThePerformanceAnalysisandOptimizationResearchofaVehicleSuspensionControlArmADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiShuailingSupervisor：Prof.LiMinS

2、outhChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：U463.4学校代号：10561学号：201521002225华南理工大学硕士学位论文汽车悬架控制臂性能计算分析及优化设计研究作者姓名：李帅领指导教师姓名、职称：李旻副教授潘孝勇高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：机械工程论文形式：□产品研发□工程设计应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：汽车轻量化设计论文提交日期：2018年4月11日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华

3、南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：邬晴晖委员：上官文斌康英姿赵学智邱志成华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：2018年6月3日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，

4、即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，（校保密委员会审定为涉密学位时间：年月日）于年月日解密后适用本授权书。不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期

5、刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：2018年6月3日指导教师签名：日期：2018年6月3日作者联系电话：13480200911电子邮箱：429889582@qq.com联系地址(含邮编)：广州市天河区五山路381号华南理工大学（510641）摘要目前，汽车工业面临着环境污染和能源短缺两大难题，汽车的轻量化设计能有效地改善这一现状。针对汽车轻量化的相关研究一直是研究热点，也是汽车工业长期的研究挑

6、战。作为汽车悬架系统中重要的元件，悬架控制臂起着传力和导向的作用，针对控制臂的轻量化设计必须建立在满足一定的设计要求基础上，包括强度、刚度和固有频率性能等要求。因此，针对悬架控制臂性能计算分析和优化设计尤为重要。本文以某麦弗逊悬架中的控制臂为研究对象，首先依照车辆的已知参数，在Adams软件中建立了该悬架的多体动力学模型，并计算选定工况下轮胎的接地力作为悬架模型的输入载荷，通过动力学仿真得到控制臂各连接点的工况载荷，以这些工况载荷作为控制臂性能计算分析和后续优化设计的输入条件。为了获得原控制臂的性能

7、，本文建立了该控制臂的有限元分析模型，其中材料参数由材料单轴拉伸试验获得，在分析其强度、刚度及模态之后，对刚度和强度性能进行了试验工装设计及试验验证，并进行了疲劳试验。有限元分析结果以及试验结果表明，该控制臂有限元模型建立正确，且各项性能满足设计要求，并且存在优化设计的空间。为了适应新能源款车型的轻量化设计要求，采用拓扑优化对该控制臂进行了优化设计。控制臂在工作过程中承受着复杂的工况载荷，其拓扑优化也是一个多目标优化问题，需要考虑不同工况下的刚度、强度以及固有频率等性能。针对该多目标优化问题，本文同

8、时考虑了其频率特性和不同工况下的刚度性能，利用折衷规划法并结合平均频率法和灰色关联度分析将其转化为单目标优化问题，建立了该优化问题的综合数学模型。在根据综合数学模型进行优化时，对比分析了不同静动态权重系数分配对优化结果的影响并确定了该权重系数分配，在此基础上对比分析了拔模工艺约束对优化结果的影响，最终选取双向拔模约束优化结果对控制臂进行了轻量化再设计，并进行了性能计算分析。结果表明，新控制臂能够满足性能设计要求，且相比优化前减重13%，轻量化效果显著。关键词：控制臂；