汽车转向节拓扑优化方法研究及应用.docx

DOI:10.19562/j.chinasae.qcgc.2014.04.015

汽车工程

2014年(第36卷)第4期AutomotiveEngineering2014(Vol．36)

No．4

2014087

汽车转向节拓扑优化方法研究及应用

*

兰凤崇2，张浩锴2，王家豪2，陈吉清

，，，，11112

(1.华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640;2.华南理工大学，广东省汽车工程重点实验室，广州510640)

［摘要］为使汽车悬架系统中机件转向节在轻量化的基础上满足各工况下的汽车动力学性能要求，运用折衷

规划法定义多工况下转向节的静态刚度和第1阶模态频率最大化的综合目标函数，进行结构的拓扑优化。以某方

程式赛车转向节为例进行优化的结果表明，转向节的刚度和1阶模态频率均有显著提高，质量有所减轻，说明该方

法可行有效

。

关键词:转向节;多工况;折衷规划;拓扑优化

StudyandApplicationofTopologyOptimization

TechniqueforVehicleSteeringKnuckles

LanFengchongZhangHaokaiWangJiahao2，2，

，，，

2，2，

1112

＆ChenJiqing

12

，

1.SchoolofMechanical＆AutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640;

2.SouthChinaUniversityofTechnology，GuangdongProvincialKeyLaboratoryofAutomotiveEngineering，

Guangzhou510640

［Abstract］Forsteeringknuckle，thekeypartofvehiclesteeringsystem，

tomeetthedynamicsperformance

requirementsofvehicleindifferentconditionsonthebaseoflightweighting，

acombinedobjectivefunctionformaxi-

mizingboththestaticstiffnessandthefirstordermodalfrequencyofsteeringknuckleundermulti-conditionsisde-

finedbyapplyingthecompromiseprogrammingtechnique，

andastructuraltopologyoptimizationisconductedonthe

steeringknuckleofaFormularacingcarasanexample．Theresultsshowthatboththestaticstiffnessandthefirst

ordermodalfrequencyofsteeringknuckleincreasesignificantlywithsomereductioninitsmass，

indicatingthefeasi-

bilityandeffectivenessofthetechniqueadopted．

Keywords:steeringknuckle;multi-conditions;compromiseprogramming;

topologyoptimization

题的不同可分为拓扑优化、形状优化和尺寸优化

。

前言

针对转向节的结构特点，结构拓扑优化最适用于结

构设计的初始阶段，用来提供参考意义很强的概念

转向节是汽车悬架系统的重要机件，它连接轮性的设计方案。与先设计再校核的传统设计方法不

毂和悬架控制臂，同时是转向节臂与制动卡钳的安CAE驱动的设计思路

同，拓扑优化是由

。

装载体，承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销

当前大部分的拓扑优化均是以结构的某个性能

转动而使汽车转向，确保汽车稳定行驶并灵敏传递

指标最大化或最小化为目标函数进行的单目标优

行驶方向。在汽车行驶状态下，它承受着复杂多变

化，再对优化后的新结构进行分析以验证其他指标

。

由于不同指标之间具有不一致性，这种方法很难得

的载荷工况。因此需要有