李赫

摘 要：本文以巴哈賽車雙叉臂式懸架系統(tǒng)為設(shè)計(jì)和分析對象，進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模，在Adams/Car中利用裝配好的懸架系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，得到其4個(gè)定位參數(shù)的仿真變化曲線，使用Adams/Insight進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而得到優(yōu)化目標(biāo)的最終結(jié)果。

關(guān)鍵詞：懸架系統(tǒng) Adams 仿真分析

Optimal Design and Analysis of Double Wishbone Suspension for Baja Racing

Li He

Abstract：This article takes the Baja racing double wishbone suspension system as the design and analysis object， carries out dynamic modeling， uses the assembled suspension system in Adams/Car for simulation analysis， and obtains the four positioning parameters stimulating the change curve and uses Adams/Insight for simulation and optimization design， so as to obtain the final result of the optimization goal.

Key words：suspension system， Adams， simulation analysis

中國汽車工程學(xué)會(huì)巴哈大賽在我國已經(jīng)連續(xù)成功舉辦了五屆賽事，是一項(xiàng)由高等院校、職業(yè)院校汽車及相關(guān)專業(yè)在校生組隊(duì)參加的越野汽車設(shè)計(jì)、制造和檢測的比賽。整個(gè)參賽過程是一種全新的技術(shù)教育和工程實(shí)踐過程，使得參與其中的同學(xué)能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)踐做到融合，對于提高學(xué)生的專業(yè)技能有很大的幫助。

大賽采用靜態(tài)賽和動(dòng)態(tài)賽相結(jié)合的方式。其中，動(dòng)態(tài)項(xiàng)目包括爬坡測試、操控測試和4小時(shí)的耐力測試，因動(dòng)態(tài)項(xiàng)目測試涉及到多種復(fù)雜路況和惡劣的賽道條件，對賽車的懸架系統(tǒng)要求特別高。本文設(shè)計(jì)的巴哈賽車懸架系統(tǒng)為雙叉臂式，利用Adams軟件進(jìn)行仿真分析并優(yōu)化，從而確保所設(shè)計(jì)的懸架系統(tǒng)達(dá)到最佳狀態(tài)。

1 建立動(dòng)力學(xué)模型

通過硬點(diǎn)坐標(biāo)建立懸架的各個(gè)部分，再通過連接件和約束把各個(gè)部分連接起來，其中要注意，建立約束時(shí)要計(jì)算好自由度，防止出現(xiàn)多個(gè)自由度而產(chǎn)生其他影響行駛的運(yùn)動(dòng)，Adams懸架模型如圖1所示。

懸架模型建立后，還要進(jìn)行懸架總裝配這樣才能夠讓懸架動(dòng)起來。在懸架的裝配中，應(yīng)該加入各系統(tǒng)相關(guān)零部件總成，把車身連接到相應(yīng)的地面，形成仿真圖像。裝配好的總懸架如圖2所示。

2 雙輪同向激振仿真

賽車在比賽過程中，由于賽道的復(fù)雜狀況和彎道會(huì)引起車輪的上下跳動(dòng)，尤其在崎嶇的山路更是如此。因此跳動(dòng)過程中，雙輪同向激振仿真很重要，在Adams/Car中利用裝配好的總懸架進(jìn)行仿真分析。仿真的參數(shù)設(shè)置如下：由于賽車的路面情況比較復(fù)雜，我們在設(shè)置車輪的跳動(dòng)范圍是±100mm;在設(shè)置參數(shù)時(shí)，添加車輪屬性文件，其中懸架質(zhì)量為10kg，懸架的輪距是1420mm，簧上質(zhì)量是260kg。點(diǎn)擊開始即可得到前懸架的同向激振仿真結(jié)果，如圖3和圖4所示就是仿真時(shí)的跳動(dòng)最高點(diǎn)和跳動(dòng)最低點(diǎn)。

在分析結(jié)束以后，使用Adams/Car標(biāo)準(zhǔn)繪圖配置文件繪制結(jié)果圖。按F8鍵，直接查找car模塊提供的4個(gè)定位參數(shù)關(guān)于車輪跳動(dòng)的關(guān)系圖[1]。

3 確定目標(biāo)并優(yōu)化

仿真結(jié)束以后，發(fā)現(xiàn)賽車懸架的硬點(diǎn)不是最優(yōu)的，還有待改進(jìn)。因此我們使用Adams/Insight進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)。Adams/Insight能夠進(jìn)行多變量仿真，符合賽車懸架的設(shè)計(jì)規(guī)則。實(shí)驗(yàn)選擇DOE面響應(yīng)分析法，輸入關(guān)鍵硬點(diǎn)坐標(biāo)，多次迭代生成實(shí)驗(yàn)矩陣仿真結(jié)果，通過網(wǎng)頁形式輸出得到優(yōu)化目標(biāo)的最終結(jié)果。

為了減少迭代的次數(shù)，我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇8個(gè)靈敏度較大的值作為設(shè)計(jì)變量，即上橫臂前點(diǎn)Y、Z坐標(biāo)值，上橫臂后點(diǎn)Y、Z坐標(biāo)值，下橫臂前點(diǎn)Y、Z坐標(biāo)值，下橫臂后點(diǎn)Y、Z坐標(biāo)值。

4個(gè)定位參數(shù)（前束角、外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角）為優(yōu)化目標(biāo)。采用多目標(biāo)優(yōu)化的方法進(jìn)行迭代計(jì)算，迭代次數(shù)64次。由于懸架位置的變化相對較大，設(shè)置每個(gè)坐標(biāo)的變化范圍是-5～5mm。部分工作矩陣如圖5所示。

實(shí)驗(yàn)迭代結(jié)束后，得到靈敏度分析如下圖6、7所示，由于篇幅有限，只列出前束角和外傾角的靈敏度分析圖[2]。

4 仿真結(jié)果分析

以前束角和外傾角為例，進(jìn)行仿真結(jié)果分析。車輪前束角可以減少由于車輪外傾角帶來的不利影響，因此需要與外傾角相匹配，從而產(chǎn)生合理的懸架特性。如圖8所示，優(yōu)化前的變化范圍是-1.8°～5.6°，優(yōu)化后的變化范圍是-1.4°～4.6°，能夠和外傾角度匹配，符合懸架設(shè)計(jì)特性[3]。

為了讓輪胎提供比較大的側(cè)向力發(fā)揮其優(yōu)越的性能，因此將外傾角在靜止時(shí)侯設(shè)置為負(fù)值，如9所示，輪胎的外傾角變化過大-3.4°～1.6°。優(yōu)化過后的變化角度為-2.8°～1.1°，變化的范圍明顯減小了很多，不會(huì)由于特殊情況發(fā)生危險(xiǎn)。

5 結(jié)語

本文通過Adams不同模塊進(jìn)行硬點(diǎn)坐標(biāo)的建模及仿真，得到的曲線并不能完全滿足賽車懸架系統(tǒng)的要求。為此我們進(jìn)行了靈敏度分析和改變硬點(diǎn)坐標(biāo)的方式進(jìn)行懸架特性優(yōu)化，得出了比較滿意的優(yōu)化曲線，滿足了參賽賽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

基金項(xiàng)目：吉林省教育廳“十三五”科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目“巴哈大賽賽車研發(fā)”，項(xiàng)目編號(hào)：JJKH20170157KJ。

參考文獻(xiàn)：

[1]段立山等.巴哈越野賽車懸掛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 科技視界程，2019（4）：30-32.

[2]張任旭等.巴哈賽車前懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2019（6）：102-104.

[3]韓金龍等.大學(xué)生方程式巴哈車前懸架系統(tǒng)的仿真分析[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（1）：47-50.