楊仁華，陶陳

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電動方程式賽車前懸架仿真分析

楊仁華，陶陳

（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川 成都 610039）

運(yùn)用ADAMS軟件平臺對賽車前懸架進(jìn)行了仿真分析，建立了仿真模型，確定了仿真參數(shù)，并以伸張25 mm、壓縮25 mm工況下，對前懸架定位參數(shù)改變進(jìn)行了仿真分析，各定位參數(shù)變化在車輪跳動時符合要求。

懸架；ADAMS環(huán)境；仿真分析；模型參數(shù)

懸架是現(xiàn)代汽車上的幾大主要總成之一，它的作用是把車架（或車身）與車輪彈性地連接起來，并傳遞作用在車身和車輪之間的所有外力，吸收部分路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷，減弱由于路面沖擊傳給車身的振動，使汽車在高速行駛下獲得較理想的運(yùn)動特性。懸架本身的性能特點(diǎn)、與整車的匹配關(guān)系等直接決定了汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性以及汽車的行駛姿態(tài)[1]。目前在ADAMS環(huán)境下對懸架的仿真研究，如以懸架中的橡膠襯套不同，仿真分析懸架性能[2]，在ADAMS/Insight環(huán)境下進(jìn)行性能分析，找出輪胎磨損的原因。本文在ADAMS環(huán)境下對賽車前懸架輪跳動對定位參數(shù)的影響進(jìn)行仿真分析。

1 仿真模型參數(shù)確定

1.1 賽車整車參數(shù)

賽車整車參數(shù)如表1所示。

表1 賽車參數(shù)

賽車整備質(zhì)量m1275 kg前非簧載質(zhì)量質(zhì)心高h(yuǎn)u198.6 mm 車手質(zhì)量m265 kg前懸側(cè)傾中心高度h135 mm 前懸單側(cè)非簧載質(zhì)量mu9.4 kg軸距L1 575 mm 前軸荷a0.45車輪半徑r223 mm 賽車質(zhì)心高h(yuǎn)c270 mm賽車前輪距B1 200 mm

1.2 懸架仿真參數(shù)

設(shè)置的車輪跳動行程為50 mm，伸張和壓縮行程均為25 mm。懸架硬點(diǎn)參數(shù)如表2所示。

2 懸架運(yùn)動仿真分析[2]

以懸架伸張25 mm、壓縮25 mm兩個工況下的狀態(tài)進(jìn)行仿真分析，分析前輪定位參數(shù)改變（前輪外傾角改變、主銷后傾角改變、主銷內(nèi)傾角改變、前束角改變）和側(cè)傾中心改變情況。

2.1 前束角-車輪跳動量

在賽車進(jìn)行直線運(yùn)動時，尤其是直線加速項(xiàng)目比賽時，穩(wěn)前束角可以保證賽車直線行駛時的穩(wěn)定性。另一方面，賽車行駛的賽道彎道較多，因此設(shè)置一定前束角，減少賽車在入彎過程和彎道行駛的時間，提高轉(zhuǎn)向的靈敏程度，同時確保賽車的直線行駛穩(wěn)定性。采用初始外傾角可調(diào)的輪內(nèi)結(jié)構(gòu)，同時控制前束角隨著車輪振動基本不變[3]，從圖1可看出前束角變化在﹣0.7～0.4，符合要求。

表2 左側(cè)前懸架硬點(diǎn)坐標(biāo)

搖臂旋轉(zhuǎn)軸上任意點(diǎn)﹣1 940﹣243470 搖臂旋轉(zhuǎn)中心﹣965﹣243470 減振器內(nèi)點(diǎn)﹣965﹣42.5537 減振器外點(diǎn)﹣965﹣231548 下A臂前點(diǎn)﹣1 162﹣21258 下A臂外點(diǎn)﹣972﹣58588 下A臂后點(diǎn)﹣808﹣19976 推桿上點(diǎn)﹣965﹣296501 推桿下點(diǎn)﹣965﹣515104 懸架裝載點(diǎn)﹣1 162﹣21258 轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)點(diǎn)﹣1 030091 轉(zhuǎn)向拉桿外點(diǎn)﹣1 029﹣568128 上A臂前點(diǎn)﹣1 138﹣298211 上A臂外點(diǎn)﹣957﹣576267 上A臂后點(diǎn)﹣860﹣259201 輪心﹣965﹣600175.3 外傾力矩點(diǎn)﹣972088 穩(wěn)定桿拐點(diǎn)﹣875﹣27584 連桿與搖臂交點(diǎn)﹣965﹣275470 連桿下點(diǎn)﹣965﹣27584 穩(wěn)定桿中心﹣875084

圖1 車輪前束角-車輪跳動量特性

2.2 外傾角-車輪跳動量

賽車的輪胎外傾角對賽車極限工況下的附著能力有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)車輪垂直附著地面時，賽車的附著最佳。賽車在高速且伴隨轉(zhuǎn)向工況下，由于離心力和地面附著力作用，賽車將會產(chǎn)生側(cè)傾運(yùn)動，導(dǎo)致外側(cè)車輪外傾角向正角度變化，從而降低了賽車的附著能力。因此，將從3個方面對車身側(cè)傾導(dǎo)致的外傾變化補(bǔ)償：①當(dāng)車輪處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)下時，由于主銷傾角的存在，會產(chǎn)生車輪外傾角負(fù)向變化的趨勢；②當(dāng)車輪跳動時，由于雙橫臂不等長的懸架結(jié)構(gòu)，同樣會產(chǎn)生車輪外傾角負(fù)向變化的趨勢；③對于賽車而言，性能的提升是最重要的，相比之下，輪胎的磨損便可以舍棄，因此，可以設(shè)置初始的負(fù)外傾角。但考慮到，賽車在直線上的性能，初始的負(fù)外傾角不宜過大[4]。從圖2可看出外傾角變化在﹣1.25～1.25，符合要求。

圖2 車輪外傾角-車輪跳動量特性

2.3 主銷后傾角-車輪跳動量

主銷后傾角是賽車在高速工況下的車輪回正力矩決定性因素之一。主銷后傾角若是過大會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重，尤其是對于沒有助力轉(zhuǎn)向，僅靠機(jī)械轉(zhuǎn)向的FSEC賽車，它會對車手的駕駛體驗(yàn)影響更為明顯。同時，賽車在賽道中行駛時，車手長時間處于頻繁轉(zhuǎn)動方向盤的狀態(tài)，這對轉(zhuǎn)向輕便提出更高的要求。從圖3可看出主銷后傾角變化在1°范圍內(nèi)，符合要求。

圖3 主銷后傾角-車輪跳動量特性

2.4 主銷內(nèi)傾角-車輪跳動量

過大的內(nèi)傾角會使車輪與地面間的滑動加劇，摩擦阻力增大，導(dǎo)致車輪的磨損現(xiàn)象較為嚴(yán)重，同時使轉(zhuǎn)向沉重。主銷內(nèi)傾角越大，車輛行駛時的回正作用越強(qiáng)，可以較好地減少車輛跑偏。從圖4可看出主銷內(nèi)傾角變化在3°范圍內(nèi)，符合要求。

圖4 主銷內(nèi)傾角-車輪跳動量特性

2.5 側(cè)傾中心高度-車身側(cè)傾角

側(cè)傾中心高度對車身的轉(zhuǎn)向時橫向穩(wěn)定性有著重要影響。當(dāng)車身產(chǎn)生側(cè)傾運(yùn)動時，由于懸架的雙橫臂結(jié)構(gòu)，側(cè)傾中心會降低，甚至導(dǎo)致賽車產(chǎn)生側(cè)移。從圖5看出側(cè)傾中心高度一般在0～140 mm范圍內(nèi)，符合要求。

圖5 側(cè)傾中心高度-車身側(cè)傾角特性

3 結(jié)束語

本文運(yùn)用ADAMS/CAR對賽車前懸架進(jìn)行了運(yùn)動仿真分析，其結(jié)果基本符合要求，該方法對于懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)及布置參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)，為懸架設(shè)計(jì)提供了一種理論方法，對懸架設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際意義。

［1］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.第五版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］趙萍萍.基于ADAMS的麥弗遜前懸架仿真分析［J］.科技與創(chuàng)新，2016（3）：120-121.

［3］范學(xué)梅.FSAE賽車復(fù)合材料懸架的設(shè)計(jì)與研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

［4］龔鵬舉，郭莉，滕艷瓊，等.FSC賽車前懸架的運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)及優(yōu)化［J］.汽車零部件，2017（1）.

2095－6835（2018）20－0120－02

U463.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.20.120

楊仁華，長期從事汽車計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與汽車計(jì)算機(jī)輔助工程研究。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕