摘要： 基于Abaqus对踏板强度分析的不同模拟方法进行研究，并结合试验结果探讨踏板子系统及不同构件之间连接关系对分析结果的影响.在保证分析与试验结果一致性较好的情况下，形成一套汽车踏板强度的模拟方法，从而提升项目开发初期的分析精度.
关键词： 汽车； 踏板总成； 模拟方法； 试验结果
中图分类号： U463.5；TB115.1文献标志码： B
引言
汽车踏板系统是汽车用户日常驾驶中最重要的交互系统之一.踏板系统强度不足，会影响行车安全；刹车时的“软”、“硬”关系到顾客操纵踏板时身体感官的综合感觉.[1]因此考察汽车踏板系统的强度是否满足目标要求，具有十分重要的意义.
依据行业标准及试验方法，对一系列踏板系统进行强度分析，探讨影响踏板强度分析精度的因素，以保证分析与试验结果的一致性，提升CAE在汽车踏板开发初期的分析精度.
1汽车踏板性能要求和试验方法
汽车行业标准QC/T 788—2007对汽车踏板的强度要求[2]如下：
踏板装置在纵向力作用下，踏板表面的永久变形量≤5 mm，且无裂纹或损坏等缺陷.
试验加载方法是按实车状态固定踏板机构总成，将踏板机构输出端与负载机构连接，并将踏板臂在工作行程的中间位置固定.在踏板几何中心点，施加所规定的垂直于踏板表面的纵向力并保持5 s，测量加载点的纵向位移（变形）量.
2汽车踏板系统模拟
2.1汽车踏板系统简介
典型的汽车踏板系统总成由支撑支架、踏板臂、套筒、销轴和尼龙衬套等组成.研究发现，各子系统模拟方法不同，会对汽车踏板强度的分析结果产生一定影响.
以一款比较复杂的可变杠杆比汽车踏板为例，结合试验结果，探讨汽车踏板强度的模拟方法，该踏板系统结构见图1.
图 1某车型踏板系统
2.2分析工况介绍
踏板液压系统原理示意见图2，可知，根据踏板杠杆比原理，驾驶员在操纵汽车踏板系统装置时，垂直施加在踏板面的载荷Fp放大为施加在助力装置上的驱动力F1，然后通过液压系统得到执行装置上的载荷F2，最终得到汽车踏板液压系统的管道压力.该压力直接关系到车辆的制动距离或离合系统的行程大小.踏板液压系统遵循帕斯卡定律[3]，其工作原理见图2.3.1汽车踏板模拟方法探讨
通常情况下，在操纵汽车踏板过程中，支撑支架会产生微小变形，但如果踏板结构设计的不合理，在纵向加载工况容易造成套筒和销轴部分结构屈服严重，导致支撑踏板臂端部的结构产生较大的变形.根据前文分析工况所描述的杠杆比原理，最终造成踏板臂加载点位移过大.
踏板臂及助力装置连接臂与套筒之间采用烧焊连接.从受力角度看，套筒同时承受弯曲与扭转组合载荷的作用，见图3.因此，在建立踏板模型时，所建立的烧焊区域大小，会对套筒或销轴产生的屈服程度和扭转变形大小造成直接影响.如果套筒或销轴本身屈服严重，同样会造成踏板加载点位移过大.
图 3踏板套筒及销轴受力示意图
为避免金属结构件之间相互接触造成磨损，减小噪音，便于装配和增大接触摩擦力，在设计过程中，套筒与销轴之间会存在一定的间隙，用于布置开口的尼龙衬套，尼龙衬套模型见图4.踏板臂在绕销轴旋转过程中，尼龙衬套承受扭转载荷，在开口位置发生变形.
2.3.2汽车踏板不同模拟方案描述及分析
使用Abaqus软件对汽车踏板强度进行模拟，其中踏板支架采用壳单元模拟，焊点采用rod单元模拟，踏板臂采用实体单元模拟，模型中考虑材料非线性[4].通过几种不同建模方法，将得到的仿真结果与试验结果对比，探讨适合该类踏板且分析精度较高的模拟方法.
在模型细节方面，主要考虑销轴及套筒、焊接区域和踏板臂转轴处尼龙衬套等的模拟方
法以及是否考虑接触等，具体为：
从各模拟方法的分析结果来看，对于该类踏板结构，销轴及套筒采用柔性体、尼龙衬套，并且采用接触方法模拟连接，对踏板强度分析影响最大.
3分析与试验的对比
3.1试验设备及测试模型
试验测试所用的设备为MTS系统公司提供的模拟试验系统.汽车踏板机构按实车状态固定安装在专用试验台上，考虑到踏板不同构件之间的安装间隙，试验前先对踏板机构进行预加载，然后按照试验流程进行汽车踏板的强度试验，踏板试验模型见图7.
踏板车改装图 7踏板试验模型
3.2分析与试验结果对比
以上各方案的对比结果见图8，可知采用CASE4探讨的模拟方法所建立的分析模型，强度分析与试验测试的载荷位移曲线具有较好的一致性，踏板加载点最大位移相差很小，误差
仅为1.88%（见图9）；而常规分析所采用的模拟方法与试验结果差异较大，不能很好地反映实车情况.
4结束语
采用试验与分析相结合的手段，利用Abaqus有限元软件，对汽车踏板模型的模拟方法进行探讨.结果认为，在保证分析结果与试验数据一致性较好、分析结果准确性的同时，可以在项目研发初期使用本文的分析方法，对在研车型的踏板系统进行强度评估，根据工程经验优化踏板结构，甄选出合理的设计方案.
参考文献：
[1]花庆荣. 轿车制动感觉评估与制动感觉指数[J]. 上海汽车， 2008（6）： 3537.
[2]QC/T 788—2007汽车制动踏板装置性能要求及台架试验方法[S].
[3]余志生. 汽车理论[M]. 北京： 机械工业出版社， 2003： 71100.
[4]庄茁， 张帆， 岑松， 等. Abaqus非线性有限元分析与实例[M]. 北京： 科学出版社，
2005： 1063.
（编辑武晓英）
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