基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计方法、系统、车辆及存储介质与流程

本技术涉及汽车板簧设计，具体而言，涉及一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计方法、一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计系统、一种车辆和一种存储介质。

背景技术：

1、轻卡车型板簧结构主要为钢板弹簧结构设计，钢板弹簧主要基本特征参数包括自由刚度、夹紧刚度、自由弧高、夹紧弧高。影响驾驶室左右不等高的弧高关键参数，当前设计机理主要是基于整车左右载荷分布、板簧刚度、整车空载/满载姿态角综合计算，确定合理的弧高设计标准范围。

2、目前，轻卡车型呈现驾驶室不等高的现象普遍，除了与客户使用工况相关，与产品开发初期悬架系统的匹配设计也相关；随着经济发展和汽车产品的不断升级，消费者对汽车的性能要求越来越高，对驾驶室不等高的接受度也越加严苛。

3、本技术在板簧传统设计方法基础上，从整车布置及各系统关联匹配相关性分析，提出一种通过建立强相关cae仿真模型分析的方法，增加了驾驶室单扭杆机构受力模型对车架变形的影响分析，从而计算出单扭杆机构对驾驶室不等高的影响，通过cae分析值，对板簧弧高进行修正，达到改善驾驶室不等高影响的钢板弹簧的设计方法。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本技术的第一个方面在于，提出一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计方法。

3、本技术的第二个方面在于，提出一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计系统。

4、本技术的第三个方面在于，提出一种车辆；

5、本技术的第四个方面在于，提出一种存储介质

6、有鉴于此，根据本技术的第一个方面，提供了一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计方法，所述方法包括：

7、获取目标车辆设计时的整车基本参数，以根据所述整车基本参数计算所述目标车辆板簧的第一目标参数；

8、根据所述第一目标参数计算所述板簧的第二目标参数，以根据所述第二目标参数对所述目标车辆的整车姿态进行运动模拟分析校验；

9、根据所述第一目标参数、所述第二目标参数和校验合格的所述整车姿态建立所述目标车辆的总布置动态模型，以根据所述总布置动态模型验证所述第一目标参数；

10、获取所述目标车辆单扭杆翻转机构的受力模型，根据所述受力模型计算所述单扭杆翻转机构受力与车架变形的关联影响；

11、根据所述关联影响对所述第二目标参数进行修正以及对所述总布置动态模型进行验证，确定所述第一目标参数和所述第二目标参数。

12、本技术提供的一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计方法，首先根据整车基本参数计算板簧的第一目标参数，并基于这些参数进一步推导出第二目标参数，这种方法确保了板簧设计参数与整车性能的紧密关联，从而提高了设计的精确性和针对性。通过对目标车辆的整车姿态进行运动模拟分析校验，能够及时发现并调整可能影响车辆行驶稳定性和舒适性的因素，优化整车的姿态表现，提升车辆的整体性能。建立总布置动态模型并验证第一目标参数，不仅考虑了静态参数，还结合了动态模拟，使得设计验证更加全面，有助于提前发现并解决潜在的设计问题。通过获取单扭杆翻转机构的受力模型，并计算其与车架变形的关联影响，设计过程中充分考虑了实际使用中的受力情况，增强了设计的实用性和可靠性。根据受力与车架变形的关联影响对第二目标参数进行修正，以及对总布置动态模型进行反复验证，使得设计过程具有更高的灵活性，可以根据实际情况进行调整和优化。通过上述方法，设计出的汽车板簧不仅符合目标车辆的基本参数要求，还能在实际使用中保持良好的性能稳定性，减少了因设计不当导致的故障和维修成本，提升了整体产品质量。

13、在一种可能的技术方案中，进一步地，所述整车基本参数包括板簧静载荷、板簧伸直长度、静挠度、动挠度和板簧弧高；所述第一目标参数包括板簧刚度、板簧夹紧状态总惯性矩、板簧厚度、板簧宽度、板簧长度和板簧片数；

14、在该技术方案中，通过获取目标车辆第一目标参数中的板簧刚度直接影响到车辆的操控性和舒适性。通过精确计算并调整板簧刚度，可以在保证操控性的同时，提高乘坐的舒适度。此外，板簧夹紧状态总惯性矩的优化也有助于减少振动和噪音。对板簧厚度、宽度、长度和片数的精确计算，有助于实现材料的最大化利用。这不仅可以降低成本，还可以减少不必要的重量，对车辆的燃油经济性和动力性能产生积极影响。考虑到静挠度、动挠度和板簧弧高等参数，设计出的板簧能够更好地适应车辆在不同工况下的载荷变化，减少因应力集中而导致的疲劳损伤，从而增强板簧的耐久性。合理的板簧设计能够提高车辆的悬挂稳定性，减少因悬挂系统故障而导致的安全事故。特别是在恶劣路况下，稳定的悬挂系统能够更好地保护车辆和乘客的安全。通过建立基于整车基本参数和目标参数的设计流程，可以促进设计的迭代和优化。在每一次设计迭代中，都可以根据新的参数反馈对设计进行调整和改进，以达到更好的性能表现。

15、在一种可能的技术方案中，进一步地，所述板簧刚度计算公式为：

16、

17、所述板簧夹紧状态总惯性矩计算公式为：

18、

19、所述板簧厚度计算公式为：

20、

21、所述板簧片数计算公式为：

22、

23、其中，c表示板簧刚度、fw表示静载荷、fc表示静挠度、j0表示总惯性矩、δ表示板簧等截面简支梁中点应力、l表示板簧长度、k表示考虑u型螺栓夹紧板簧后的无效长度系数、e表示材料弹性模量、hp表示板簧厚度、δc表示材料许用弯曲应力、b表示板簧宽度、n表示板簧片数；

24、在一种可能的技术方案中，进一步地，所述第二目标参数包括自由状态下的所述板簧的弧高和所述板簧的曲率半径；

25、所述板簧弧高的计算公式为：

26、其中，hi表示第i片板簧的弧高，li表示第i片板簧的长度，ri表示第i片板簧的曲率半径；

27、在该技术方案中，通过精确计算自由状态下的板簧弧高和曲率半径，可以确保板簧的几何形状与设计要求高度一致，从而提高设计的精度和可靠性。合理的弧高和曲率半径选择有助于优化板簧的力学特性，如刚度、承载能力和疲劳寿命。这可以确保板簧在不同工况下都能保持良好的性能表现。通过调整板簧的弧高和曲率半径，可以影响车辆的悬挂系统性能，进而提升乘坐的舒适性。例如，适当的弧高和曲率半径可以减少车辆行驶过程中的颠簸感，提高乘坐的平稳性。合理的曲率半径选择有助于减少板簧在受力时的应力集中现象，从而降低疲劳损伤的风险。这可以延长板簧的使用寿命，并减少因更换板簧而产生的维护成本。

28、在一种可能的技术方案中，进一步地，所述根据所述第一目标参数、所述第二目标参数和校验合格的所述整车姿态建立所述目标车辆的总布置动态模型，以根据所述总布置动态模型验证所述所述第一目标参数，具体为：

29、通过总布置动态模型中的所述板簧弧高确定所述第一目标参数中的所述板簧刚度是否匹配；

30、若所述总布置动态模型中的所述板簧弧高与所述第一目标参数中的所述板簧刚度匹配，则所述板簧刚度有效；

31、若所述总布置动态模型中的所述板簧弧高与所述第一目标参数中的所述板簧刚度不匹配，则需要根据所述板簧弧高以及所述总布置动态模型对所述板簧刚度进行调整；

32、在该技术方案中，将第一目标参数(如板簧刚度、板簧厚度、宽度等)、第二目标参数(如自由状态下的板簧弧高、曲率半径等)以及校验合格的整车姿态(包括车辆在不同工况下的姿态变化)整合到一个动态模型中。这个模型能够模拟车辆在行驶过程中的各种动态行为，包括悬挂系统的响应、车身的振动等。在总布置动态模型中，板簧弧高是一个重要的输出参数，它直接反映了板簧在受力状态下的变形情况。通过比较模型中的板簧弧高与第一目标参数中设定的板簧刚度所对应的理论弧高，可以评估板簧刚度的匹配程度。如果总布置动态模型中的板簧弧高与第一目标参数中的板簧刚度所预期的结果相匹配，那么可以认为该板簧刚度是有效的，即它能够在车辆实际行驶中提供预期的悬挂性能和舒适性。如果发现总布置动态模型中的板簧弧高与第一目标参数中的板簧刚度不匹配，那么就需要根据模型中的实际弧高以及总布置动态模型的整体表现来调整板簧刚度。这种调整可能是基于模型的仿真结果，也可能是结合实际的试验数据进行的。调整的目的是使板簧刚度与车辆的实际使用需求更加吻合，从而提高悬挂系统的性能和可靠性。

33、在一种可能的技术方案中，进一步地，所述获取所述目标车辆单扭杆翻转机构的受力模型，根据所述受力模型计算所述单扭杆翻转机构受力与车架变形的关联影响，具体为：

34、获取所述目标车辆单扭杆翻转机构受力模型，以根据所述单扭杆翻转机构受力模型构建加载力矩阵模型；

35、根据cae仿真模态计算，将所述加载力矩阵模型解耦为多自由度受力及弯矩模型；

36、构建车架分析模型，将所述多自由度受力及弯矩模型输入至所述车架分析模型，以获取车架受弯矩变形模态值；

37、根据所述车架受弯矩变形模态值拟合车架两侧变形差值，得出车架不等高修正数据；

38、在该技术方案中，获取目标车辆单扭杆翻转机构受力模型是为了理解单扭杆翻转机构在受力时的工作状态和行为。这一步通常涉及到对车辆结构、材料、工作环境等因素的详细分析。加载力矩阵模型是一个数学工具，用于单扭杆翻转机构在受到各种力(如重力、惯性力等)作用时的力学行为。这个模型可以帮助我们更深入地理解机构在不同条件下的性能表现。cae仿真模态计算是一种计算机模拟技术，用于分析加载力矩阵模的动态特性。通过cae仿真，可以将加载力矩阵模型解耦为多自由度(至少包括三维坐标中x、y和z三个方向的自由度)受力及弯矩模型，这有助于更准确地预测和单扭杆翻转机构在实际工作时的行为。为了分析车架在单扭杆翻转机构作用下的变形情况，需要构建一个车架分模型。这个模型会考虑车架的结构、材料、连接方式等因素。将多自由度受力及弯矩模型输入到车架分析模型中，这一步是为了分析车架在受到单扭杆翻转构的作用力时的变形情况。通过将多自由度受力及弯矩模型输入到车架分析模型中，可以模拟实际情况下车架的变形情况。通过分析车架在受力后的变形情况，可以得到车架的变形模态值这是描述车架变形情况的重要参数。通过对车架两侧的变形差值进行拟合，可了解车架在实际使用中的不平等变形情况，并据此得出不等高修正数据，以便对车辆结构进行优化设计或维修调整。

39、在一种可能的技术方案中，进一步地，所述板簧弧高包括空载板簧弧高和所述满载板簧弧高；

40、所述根据所述关联影响对所述第二目标参数进行修正，具体为：

41、根据关联影响得出所述车架不等高修正数据，并根据所述不等高修正数据修正所述目标车辆的所述空载板簧弧高和所述满载板簧弧高；

42、在该技术方案中，通过根据车架的不等高修正数据来调整空载和满载板簧弧高，可以显著提高悬挂系统对不同载荷条件的适应性。这意味着无论车辆是空载还是满载，悬挂系统都能保持较为稳定的性能，减少因载荷变化而引起的悬挂高度和刚度的显著变化。车架不等高通常会导致车辆在行驶过程中产生不必要的振动和摇晃，影响行驶稳定性。通过修正板簧弧高，可以补偿车架的不等高变形，从而减少这种不良影响，提高车辆的行驶稳定性和乘坐舒适性。不合理的板簧弧高设置可能导致悬挂系统部件(如板簧、减震器等)承受过大的应力或磨损，从而缩短其使用寿命。通过精确的修正，可以确保悬挂系统各部件在最佳工作状态下运行，减少因应力集中或过度磨损而导致的故障和更换需求，从而延长悬挂系统的整体寿命。悬挂系统的性能直接影响车辆的安全性和可靠性。通过优化板簧弧高设置，可以确保车辆在各种工况下都能保持稳定的悬挂高度和刚度，减少因悬挂系统失效而导致的安全事故风险。同时，稳定的悬挂系统也有助于提高车辆的操控性和制动性能，进一步提升车辆的整体安全性和可靠性。

43、根据本技术的第二个方面，提供了一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计系统，所述系统包括：

44、第一获取模块，用于获取目标车辆的整车基本参数，包括板簧静载荷、板簧伸直长度、静挠度、动挠度和板簧弧高；

45、第一处理模块，用于根据所述第一获取模块获取的所述整车基本参数计算第一目标参数，包括：板簧刚度、板簧夹紧状态总惯性矩、板簧厚度、板簧宽度、板簧长度和板簧片数；

46、第二处理模块，用于根据所述第一处理模块获取的第一目标参数计算第二目标参数，包括板簧的空载弧高、满载弧高以及曲率半径；

47、第一校验模块，用于对所述第一目标参数和所述第二目标参数进行校验；

48、第一修正模块，输入所述目标车辆的单扭杆翻转机构受力模型，对所述第一目标参数和所述第二目标参数进行修正，；

49、第一输出模块，用于输出所述第一修正模块中修正后的所述第一目标参数和所述第二目标参数。

50、本技术提供的一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计系统，该系统通过精确获取目标车辆的整车基本参数(如板簧静载荷、伸直长度、静挠度、动挠度和弧高等)，能够实现对汽车板簧设计的精细化控制。这些参数的准确输入为后续计算提供了坚实的基础，从而确保了设计结果的精确性。第一处理模块和第二处理模块能够自动根据输入的基本参数计算出板簧的关键设计参数(如刚度、惯性矩、厚度、宽度、长度、片数以及空载和满载弧高、曲率半径等)。这种自动化计算不仅提高了设计效率，还减少了人为计算错误的可能性。第一校验模块对初步计算出的参数进行校验，确保参数的合理性和准确性。而第一修正模块则进一步引入目标车辆的单扭杆翻转机构受力模型，对参数进行动态修正。这一步骤考虑了实际工况下板簧的受力情况，使得设计结果更加贴近实际应用需求，提高了设计的可靠性和实用性。通过对板簧设计的精确计算和动态修正，该系统有助于优化板簧的性能，如提高承载能力、降低振动和噪音、改善驾驶舒适性等。同时，优化的设计还能延长板簧的使用寿命，减少更换频率，降低车辆维护成本。该系统具备快速处理和分析大量数据的能力，能够迅速响应不同车型、不同工况下的设计需求。这有助于汽车制造商快速调整产品策略，满足市场多样化的需求。相比传统的手工设计和计算方式，该系统显著提高了设计效率，减少了设计周期和成本。同时，通过优化设计和减少不必要的材料浪费，进一步降低了生产成本。

51、根据本技术的第三个方面，提供了一种车辆，包括上述任一设计所提供的板簧结构。

52、本技术提供的一种车辆，包括上述任一设计所提供的板簧结构，因此具有该一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计方法的全部有益效果，在此不再赘述。

53、根据本技术的第四个方面，提供了一种存储介质，存有一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计程序，被处理器执行时，能够实现如上述的一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计方法。

54、本技术提供的一种存储介质，包括上述任一设计所提供的一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计方法，因此具有该一种基于单扭杆翻转机构的汽车板簧设计方法的全部有益效果，在此不再赘述。

55、本技术的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本技术的实践了解到。