廖抒華，曹玨，鐘金志

（1.廣西科技大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，廣西 柳州 545006; 2.柳州孔輝汽車(chē)科技有限公司，廣西 柳州 545006）

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ADAMS懸架模型精度提高的一種方法

廖抒華1，曹玨1，鐘金志2

（1.廣西科技大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，廣西 柳州 545006; 2.柳州孔輝汽車(chē)科技有限公司，廣西 柳州 545006）

摘 要：懸架硬點(diǎn)和襯套剛度的測(cè)量誤差對(duì)模型精度有一定影響。以物理實(shí)車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為目標(biāo)，在adams/insight中對(duì)硬點(diǎn)位置和襯套剛度參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，對(duì)靈敏度高的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以此提高模型精度。

關(guān)鍵詞：adams建模；adams模型調(diào)整；insight優(yōu)化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.012

CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-33-03

引言

在車(chē)輛開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行前期開(kāi)發(fā)及預(yù)測(cè)已被廣泛采用。因此，如何提高模型的精度具有重要意義。建立模型用的硬點(diǎn)數(shù)據(jù)可以通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備（CMM，coordinate measurement machine）在物理實(shí)車(chē)上測(cè)得，或者通過(guò)對(duì)物理實(shí)車(chē)的CAD數(shù)模進(jìn)行虛擬測(cè)量獲得。建立模型用的襯套、彈簧、限位塊屬性文件，通過(guò)供應(yīng)商提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得。這兩部分的測(cè)量誤差，將會(huì)對(duì)模型精度產(chǎn)生一定影響。本文以物理樣車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為目標(biāo)，通過(guò)adams/insight模塊對(duì)懸架模型的硬點(diǎn)位置和襯套剛度在誤差范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高模型的精度。首先介紹在ADAMS/car模塊中建立懸架模型所需要的輸入?yún)?shù)，以及模型初始狀態(tài)的調(diào)整方法。然后利用insight模塊對(duì)硬點(diǎn)坐標(biāo)、襯套剛度進(jìn)行靈敏度分析，篩選出靈敏度高的影響參數(shù)，有針對(duì)性的進(jìn)行調(diào)整，從而提高仿真模型與物理實(shí)車(chē)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的吻合度。最后，分析了K特性（平行輪跳試驗(yàn)、反向輪跳試驗(yàn)）和C特性（同向縱向力加載，同向側(cè)向力加載，反向側(cè)向力加載）共5種試驗(yàn)工況下參數(shù)靈敏度排序及相互關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行討論，給模型優(yōu)化提供參考。具體流程見(jiàn)圖1。

1、動(dòng)力學(xué)模型的建立

對(duì)于懸架建模和模型驗(yàn)證需要的數(shù)據(jù)具體如下：

（1）懸架硬點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

（2）襯套靜載曲線（靜載力VS 變形量）；

（3）彈簧剛度；

（4）穩(wěn)定桿中心軸硬點(diǎn)，用beam梁建立穩(wěn)定桿模型；

（5）壓縮和拉伸限位塊靜載曲線（靜載力VS 變形量）；

（6）K&C試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)[1,2]。

通過(guò)以上信息，可以建立懸架模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該階段的模型還不能用于懸架性能的分析及預(yù)測(cè)，因?yàn)槟Ｐ团c物理實(shí)車(chē)的狀態(tài)還不一致，需經(jīng)過(guò)載荷狀態(tài)調(diào)整。

2、模型初始狀態(tài)調(diào)整

模型測(cè)試時(shí)初始狀態(tài)與物理實(shí)車(chē)測(cè)試時(shí)狀態(tài)的一致性是后續(xù)優(yōu)化的前提，模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中只反映構(gòu)件間的相互連接關(guān)系，連接件間作用力的初始值需要調(diào)整至物理實(shí)車(chē)狀態(tài)的。主要需要調(diào)整的內(nèi)容有彈簧預(yù)載，襯套預(yù)載，限位塊間隙。調(diào)整后還需對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)輪胎載荷、車(chē)輪定位參數(shù)做驗(yàn)證，使得模型狀態(tài)與物理實(shí)車(chē)試驗(yàn)時(shí)狀態(tài)一致。

調(diào)整原理是一個(gè)反向求解的過(guò)程，既在車(chē)輪接地面加載額定輪荷，根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)的杠桿比，傳遞到彈簧（或襯套）處，通過(guò)軟件運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)原理解算出彈簧（或襯套）上的載荷，該載荷即是連接件的預(yù)載。在軟件中，設(shè)置彈簧（襯套）剛度極大（大于10^6N/mm），從而彈簧（襯套）等效于一個(gè)剛性的力傳感器，在后處理界面中，讀取力值，既為彈簧或襯套上作用的預(yù)載。將彈簧和襯套剛度恢復(fù)到設(shè)計(jì)狀態(tài)，填入讀取到的預(yù)載值，進(jìn)行一次平行輪跳仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證在初始狀態(tài)下，車(chē)輪定位參數(shù)，輪心位置是否符合物理實(shí)車(chē)初始狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)2到3輪的彈簧預(yù)載及襯套預(yù)載迭代調(diào)整就能滿足精度要求。

值得注意的是，對(duì)于是否需要調(diào)整襯套預(yù)載這一問(wèn)題，主要依據(jù)是物理實(shí)車(chē)裝配時(shí)的工藝安排。例如，對(duì)于前下擺臂的前后襯套，裝配時(shí)車(chē)身懸吊狀態(tài)下打緊螺栓，當(dāng)車(chē)輛落地水平停放時(shí)，前后擺臂的襯套產(chǎn)生預(yù)載，這種情況下，需要在模型中添加上這一部分預(yù)載，以此更真實(shí)模擬實(shí)車(chē)狀態(tài)。

3、模型優(yōu)化

經(jīng)過(guò)以上的調(diào)整，已經(jīng)獲得了初始狀態(tài)與物理實(shí)車(chē)測(cè)試時(shí)狀態(tài)一致的仿真模型。通過(guò)比對(duì)仿真數(shù)據(jù)與物理實(shí)車(chē)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看到，曲線趨勢(shì)基本一致，但是曲線吻合度稍差一些。考慮這是由于硬點(diǎn)位置和襯套剛度測(cè)量誤差造成的，需對(duì)相應(yīng)硬點(diǎn)及襯套參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使模型精度進(jìn)一步提高。

前懸架的每個(gè)硬點(diǎn)有3個(gè)坐標(biāo)參數(shù)，襯套有3個(gè)線性剛度和3個(gè)扭轉(zhuǎn)剛度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取前懸架下擺臂前、后、外硬點(diǎn)，輪心點(diǎn)，轉(zhuǎn)向器內(nèi)、外硬點(diǎn)，支柱上點(diǎn)，共7個(gè)硬點(diǎn)21個(gè)坐標(biāo)參數(shù)；選取前懸架下擺臂前、后襯套，支柱上襯套，輪心襯套，共4個(gè)襯套24個(gè)參數(shù)作為靈敏度分析的因素。找出對(duì)考察工況下目標(biāo)值影響最大的因素，為模型調(diào)整提供參考。在insight模塊中使用二水平因素（DOE Screening (2 Level)）策略，線性模式（Linear model），Plackett-Burman試驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行因素靈敏度分析[3]。

3.1 懸架K特性調(diào)整

由于懸架的K特性主要由硬點(diǎn)位置決定，硬點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量上的誤差對(duì)模型精度造成一定的影響，所以相應(yīng)的對(duì)建模所需的硬點(diǎn)位置進(jìn)行誤差允許范圍內(nèi)（+/-5mm）的調(diào)整，使仿真曲線與實(shí)測(cè)曲線吻合度更高，使調(diào)整后的模型達(dá)到較高的精確度。

K特性主要通過(guò)平行輪跳和反向輪跳來(lái)體現(xiàn)，分別對(duì)這兩種試驗(yàn)的靈敏度進(jìn)行分析，整理，使兩次試驗(yàn)的橫坐標(biāo)保持一致，得到圖2。通過(guò)對(duì)兩圖的比對(duì)，可找出同時(shí)滿足兩種試驗(yàn)工況的調(diào)整方法，具體如下：通過(guò)對(duì)lca_front.x調(diào)整base，與其他參數(shù)耦合小。通過(guò)tierod_inner.z或tierod_outer.z調(diào)整toe，與其他參數(shù)耦合小。Camber通過(guò)top_mount.y、tierod_inner.z和tierod_outer.z聯(lián)合調(diào)整，在保證toe的前提下，調(diào)整camber。Caster可以通過(guò)聯(lián)合lca_outer.x和top_mount.x調(diào)整。Track可以通過(guò)wheel_center.x來(lái)調(diào)整。通過(guò)對(duì)比兩圖可以發(fā)現(xiàn)，兩組試驗(yàn)中的各參數(shù)除lca_front.x對(duì)于base相對(duì)獨(dú)立以外，其余各參數(shù)間都或多或少的存在耦合。為此，整個(gè)調(diào)整的過(guò)程需要進(jìn)行多次迭代，并且需要在不同的兩組試驗(yàn)中交替檢查，使得結(jié)果同時(shí)滿足不同試驗(yàn)。

圖2

根據(jù)以上思路，對(duì)模型硬點(diǎn)位置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，得到調(diào)整后的部分仿真曲線對(duì)比圖（見(jiàn)圖3）。紅色為實(shí)線，藍(lán)色為虛線。

從對(duì)比圖中可以看出，除輪距曲線外，其余吻合度都很高。輪距曲線趨勢(shì)一致，通過(guò)平移可以較好的與實(shí)測(cè)值重合，這可能是由于模型初始狀態(tài)下的輪心位置偏差導(dǎo)致的。

圖3 硬點(diǎn)調(diào)整后部分曲線對(duì)比圖

3.2 懸架C特性優(yōu)化調(diào)整

懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的模型驗(yàn)證和修正是對(duì)硬點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，在彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性驗(yàn)證時(shí)，硬點(diǎn)的位置不再變動(dòng)，考慮橡膠襯套剛度值測(cè)量誤差（+/-10%），對(duì)模型彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行修正，以提高模型精度[4]。

本文對(duì)C特性進(jìn)行同向縱向力加載，同向側(cè)向力加載，反向側(cè)向力加載三種試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證模型。經(jīng)過(guò)整理后的靈敏度分析結(jié)果如圖4。

圖4

通過(guò)對(duì)三種試驗(yàn)結(jié)果的整理比對(duì)分析，可以看出：track的調(diào)整相對(duì)獨(dú)立，對(duì)top_mount.fy進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于base的調(diào)整，通過(guò)lca_rear.fx進(jìn)行，但可以看到，該項(xiàng)調(diào)整同時(shí)影響同向縱向加載中的toe，camber，故還需相應(yīng)調(diào)整lca_front.fy來(lái)保證toe。另外，還可以看出，camber，和caster的影響較少，調(diào)整余地不大?？梢钥闯?，C特性的調(diào)整較K模式困難，迭代次數(shù)較多，需要一定的經(jīng)驗(yàn)。調(diào)整后部分結(jié)果見(jiàn)圖5：

圖5 襯套剛度調(diào)整后部分曲線對(duì)比圖

4、結(jié)論

本文提供了一種提高懸架動(dòng)力學(xué)模型精度的方法。假設(shè)物理實(shí)車(chē)測(cè)試數(shù)據(jù)可靠，通過(guò)對(duì)輸入的硬點(diǎn)位置和襯套剛度參數(shù)的靈敏度分析，整理得出了調(diào)整目標(biāo)值的一套方法。通過(guò)修改對(duì)應(yīng)參數(shù)，仿真曲線吻合度有不同程度的提高。同時(shí)，也注意到，C特性曲線的調(diào)整不太容易，需要經(jīng)驗(yàn)。后續(xù)過(guò)程中，可以通過(guò)優(yōu)化的方法，建立起多目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行調(diào)整的過(guò)程，以此來(lái)完成C特性曲線的吻合度。

參考文獻(xiàn)

[1] 廖抒華, 段守焱,成傳勝.懸架K&C試驗(yàn)臺(tái)在底盤(pán)開(kāi)發(fā)中的技術(shù)應(yīng)用[J].汽車(chē)科技,2010.9.

[2] 長(zhǎng)春孔輝汽車(chē)科技有限公司.單軸汽車(chē)懸架K&C特性試驗(yàn)臺(tái)用戶手冊(cè),2010.

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[4] 廖抒華,唐興.四連桿懸架襯套剛度系數(shù)匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].廣西科技大學(xué)學(xué)報(bào),2014.3.

A method of Fine-tuning ADAMS suspension model

Liao Shuhua1, Cao Jue1, Zhong Jinzhi2
( 1.College of Automobile and Transportation Engineering, Guangxi University of Science and Technology Guangxi Liuzhou 545006; KongHui (Liuzhou) Auto Technology Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545006 )

Abstract:Suspension hard points and bushing stiffness’s measurement process has certain error influencing on model accuracy. Based on physical car test data, hard point location and bushing stiffness parameters were built and sensitivity analysis was run by ADAMS/Insight. The parameters of the high sensitivity were adjusted in order to improve the model accuracy.

Keywords:ADAMS modeling; ADAMS model adjustment; Insight fining

作者簡(jiǎn)介：曹玨，就讀于廣西科技大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院。

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)02-33-03