李萌

摘 要：懸架是汽車的重要組成部分 其性能的好壞直接影響車輛的操縱穩(wěn)定性與平順性。文章以巴哈（Baja）大賽賽車前懸架為研究對象 在ADAMS/Car中建立模型 進(jìn)行仿真與優(yōu)化 根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行平順性實驗 對提高車輛的操縱穩(wěn)定性和平順性具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：賽車懸架;仿真優(yōu)化;平順性分析

中圖分類號：U469.6+96? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-102-03

Abstract： Suspension is an important part of the vehicle， its performance directly affects the handling stability and ride comfort of the vehicle. In this paper， the front suspension of Baja race car is taken as the research object， the model is established in ADAMS/car， the simulation and optimization are carried out， and the ride test is carried out according to the optimization results， which has certain guiding significance for improving the handling stability and ride comfort of the vehicle.

Keywords： Suspension of Baja Racing; Simulation optimization; Ride performance analysis

CLC NO.： U469.6+96? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-102-03

1 引言

巴哈（Baja）大賽是中國汽車工程學(xué)會大賽（Baja SAE -China）的簡稱 是由中國汽車工程學(xué)會發(fā)起的 在各大學(xué)、職業(yè)院校展開汽車設(shè)計與制作的競賽。根據(jù)大賽組委會的要求 各參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車設(shè)計與制造標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定時間內(nèi) 使用同一型號發(fā)動機(jī) 由參賽團(tuán)隊獨立與設(shè)計制造一輛單座、發(fā)動機(jī)中置、后驅(qū)的小型越野車。

大賽有“圓木、亂石堆、炮彈坑、避障、涉水”等動態(tài)比賽事項 對賽車的操縱性與平順性具有較高要求 因此合理設(shè)計與優(yōu)化 保證賽車操縱穩(wěn)定與平順性尤為重要。

本文參考往屆大賽賽車整車與懸架參數(shù) 利用懸架幾何確定懸架硬點空間坐標(biāo) 在ADAMS/Car中建立前懸架仿真模型進(jìn)行仿真分析 根據(jù)參數(shù)結(jié)果針對性的優(yōu)化 然后調(diào)整懸架硬點的空間坐標(biāo) 進(jìn)行平順性驗證。

2 前懸架模型與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

賽車前懸架采用不等長雙橫臂式獨立懸架 其橫臂有做成“A”字形 一端安裝在車輪上 另一端安裝在車架上。根據(jù)整車與懸架參數(shù) 在CATIA軟件中 利用整車坐標(biāo)系 繪制出懸架幾何的三視圖 通過三視圖確定前懸架各連接點的連接位置 得出前懸架的硬點的空間坐標(biāo) 如表1所示：

2.1 建立ADAMS/Car模型

由于前懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜 首先對前懸架進(jìn)行簡化和假設(shè) 然后在UG中建立其立體模型 導(dǎo)入到ADAMS/Car中 進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置 再利用相關(guān)約束將它們連接、其他部件通過添加鏈接構(gòu)成測試系統(tǒng) 最后使用外力或運動將他們驅(qū)動。

2.2 仿真實驗

賽車仿真實驗是在軟件自帶的虛擬激振臺上進(jìn)行的 仿真實驗?zāi)Ｐ腿鐖D1所示。仿真時 設(shè)置虛擬激振臺振動振幅與頻率 模擬賽車在試驗路面上行駛狀態(tài) 輸出懸架定位參數(shù)隨車輪跳動變化曲線 車輪外傾角、前輪前束、主銷內(nèi)傾角、主銷外傾角隨車輪跳動變化曲線如圖2、3、4、5所示 通過曲線分析 評價前懸架效果。

通過圖2、3、4、5分析可知 賽車前懸架的車輪外傾角、主銷后傾角變化值較小 在預(yù)期的設(shè)計范圍內(nèi);主銷內(nèi)傾角、車輪前束隨輪跳變化值較大 超出設(shè)計范圍 由于主銷內(nèi)傾角、車輪前束對車輪定位影響較大 因此需要進(jìn)一步對其進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 仿真優(yōu)化

為了優(yōu)化賽車懸架的性能 提高設(shè)計效率 以主銷內(nèi)傾與車輪前束為優(yōu)化目標(biāo) 對懸架定位影響的8個硬點坐標(biāo)作為因子進(jìn)行實驗。在ADAMS/Insight模塊中的進(jìn)行靈敏度分析和迭代算法運算 通過優(yōu)化 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的值降低了57.3%。在ADAMS/Car中對上、下橫臂的連接點位置進(jìn)行調(diào)整 再次通過仿真實驗 主銷內(nèi)傾角、車輪前束隨車輪跳動變化曲線如圖6、7所示。

從圖6、7中可以看出 優(yōu)化后 主銷內(nèi)傾角、前輪前束最大與最小值變小 變化范圍減小 優(yōu)化后車輪定位參數(shù)變化明顯 符合設(shè)計范圍 達(dá)到預(yù)期設(shè)計目的。

3 平順性分析

賽車平順性是賽車重要評價指標(biāo)之一 平順性的好壞 直接影響賽車的比賽成績 本次采用國際上常用的ISO 2631標(biāo)準(zhǔn)對巴哈（Baja）賽車進(jìn)行評價。

3.1 仿真模型建立

利用前懸架動力學(xué)模型分析的數(shù)學(xué)方程 進(jìn)行理論分析 在SIMULINK軟件中 建立其仿真模型 如圖8所示 并通過車身垂直加速度、懸架動撓度、輪胎動載荷作為輸出 用來評價賽車前懸架的平順性。

3.2 仿真實驗

賽車的平順性仿真分析 需要將路面作為懸架振動的振動源 路面分類采用1984年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的“路面不平度表示方法草案”分類方法 將路面分為8個等級 具體如表2所示。

在8級中選取典型D路面進(jìn)行仿真實驗 把D路面參數(shù)作為輸入源 當(dāng)車速V=20m/s 可通過表4-1查的：在n0=0.1m-1時 D級路面的路面不平度系數(shù)的幾何平均值Gq（n0）=1024× 10-6m3 模擬10s 仿真實驗車身的垂直加速度路面變化曲線往年和本次如圖9、10所示;懸架動撓度隨路面變化曲線往年和本次如圖 11、12 所示;輪胎動載荷隨路面變化曲線往年和本次如圖13、14 所示。

從9-14圖中可以看出 車身垂直加速度、懸架動撓度、輪胎動載荷最大值與最小值、變化范圍與往屆相比都有所降低 提高了賽車乘坐的舒適性 增加了整車的平順性 對賽車的比賽成績產(chǎn)生有利的影響。

4 結(jié)論

賽車前懸架“A”橫臂上下連接點位置對車輪定位參數(shù)影響較大 通過在ADMAS/Car中建立模型進(jìn)行仿真優(yōu)化 利用優(yōu)化結(jié)果調(diào)整前懸架上下橫臂的連接點的位置 使車輪定位參數(shù)符合設(shè)計要求 達(dá)到預(yù)期設(shè)計目的 改進(jìn)了懸架的操縱穩(wěn)定性和平順性 同時也加快賽車懸架設(shè)計進(jìn)度 為以后懸架改進(jìn)提供了優(yōu)化基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2] 陳家瑞.汽車構(gòu)造（下）（第四版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014第四版.

[3] 陳宏.基于試驗設(shè)計的麥克弗遜懸架參數(shù)靈敏度分析及調(diào)校[D].武漢：華中科技大學(xué)，2015.

[4] 郭孔輝.汽車操縱動力學(xué)[M].吉林：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

[5] 鄭建榮.ADAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[6] 陳軍.MSC_ADAMS技術(shù)與工程分析實例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[7] 王正林.MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真（第4版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.