摘 要：文章為避免商用卡車轉向懸架的運動干涉問題，在工作中逐漸探索并使用多體分析軟件ADAMS car 2021，建立了某重卡前雙軸轉向及其懸架系統(tǒng)的多體模型，采用仿真手段對轉向懸架運動干涉所涉及的幾個工況進行仿真，并建立了前一軸、前二軸運動干涉的參變量函數作為兩個優(yōu)化目標，以及與其目標相關的變量參數，采用合適的優(yōu)化算法分析出各參變量的靈敏度數據，據此再對轉向懸架運動干涉問題進行了進一步的優(yōu)化分析，然后據分析結果向底盤部輸入了轉向懸架系統(tǒng)的最佳硬點布局數據，此后經三維軟件DUM模塊進行了相關工況的運動分析和驗證，確認了輸入的硬點布置數據合理有效。

關鍵詞：轉向懸架 運動干涉 靈敏度 Insight 優(yōu)化分析

1 緒論

一般商用卡車的轉向懸架結構中，轉向傳動裝置主要由轉向搖臂、直拉桿和轉向節(jié)臂等幾個重要部分組成，前懸架一般是板簧形式的懸架結構。國內平頭卡車結構由于布置空間的限制，轉向直拉桿前點和板簧懸架的運動中心很難在整車ZX投影面內重合于一點，當車輛處于起伏路面或制動時，轉向直拉桿后點（轉向節(jié)臂內點）既繞轉向直拉桿前點旋轉，又繞板簧懸架運動中心旋轉，理論上必然會產生轉向懸架運動干涉問題[4]，導致轉向輪產生偏轉現(xiàn)象，影響車輛在起伏路面的行駛穩(wěn)定性，以及制動跑偏問題。因此轉向懸架運動干涉分析的主要目的是使車輛在實際使用過程中，轉向直拉桿后點在以懸架運動中心的旋轉運動與繞直拉桿前點的旋轉運動過程中干涉量最小，使車輛在高速直線行駛狀態(tài)具有良好的直線行駛穩(wěn)定性；車輛在緊急制動時不跑偏或具有較小的跑偏量，以提升車輛的制動安全性。

國標《營運貨車安全技術條件》規(guī)定：總質量大于或等12噸，最高車速大于90km/h的載貨車，應安裝自動緊急制動系統(tǒng)（AEBS）[5]。當車輛制動產生較大跑偏量時，會導致自動緊急制動系統(tǒng)（AEBS）探測不到檢測目標而失效，車輛將不滿足營運貨車安全技術條件。因此商用卡車的轉向懸架運動干涉分析和優(yōu)化，是商用卡車研發(fā)過程中一項十分重要而且必要的工作。下面將通過基于靈敏度數據分析的、某重卡轉向懸架運動干涉多工況多目標的優(yōu)化分析工作論述，意在為同行提供另一種分析研究此問題的新方法抑或參考。

前期高海龍、王昆等也于2021年也研究了基于靈敏度分析ADAMS Insight方面的優(yōu)化工作，見《DAMS的整車平臺硬點優(yōu)化方法》，但其只能按單一工況進行優(yōu)化，且需要對每一輪優(yōu)化結果進行分析驗證[2]，尋優(yōu)效率不高，甚至難于實現(xiàn)某些優(yōu)化工作。本文則在此基礎上實現(xiàn)了對優(yōu)化目標的多工況兼顧優(yōu)化，可以直接給出最終的優(yōu)化方案，進行一次優(yōu)化結果驗證即可。

2 分析模型的建立與相關工況分析

2.1 分析模型的建立

由設計輸入的數模和參數逐一建立轉向輸入、轉向傳動、前1和2軸板簧、前1和2軸懸架、車輪等各系統(tǒng)的子模板（板簧子模板的垂向剛度，應和板簧二維圖上所標示的板簧夾緊剛度保持一致。分別在轉向輸入系統(tǒng)子模板中直拉桿兩端，轉向傳動系統(tǒng)子模板的直拉桿（二橋轉向直拉桿）兩端，建立兩個間距測量函數DM1和DM2備用（DM1和DM2需對輪心處于零位時進行置零處理）。然后將各子模板生成子系統(tǒng)，再組裝成前雙軸轉向懸架的初步裝配模型，如下圖1所示，然后對懸架模型進平行輪跳分析，在后處理查看前1、2軸零位處的輪心力，如下圖2所示，看其數值加上輪胎重量是否和設計軸荷（或實車測試軸荷）相等；查看懸架的限位間隙、板簧剩余弧高是否和滿載設計值一致；如不一致就繼續(xù)調整板簧子模板和限位參數等，直至和設計（或實測）值一致為止。

2.2 相關工況分析

優(yōu)化轉向懸架運動干涉的目的，一方面使車輛在起伏路面行駛時，減少路面激勵對方向盤的沖擊，提升操縱穩(wěn)定性能；另一方面為了提高所開發(fā)產品的制動安全性，降低制動跑偏量，使產品滿足法規(guī)及AEBS等輔助駕駛系統(tǒng)的功能使用要求，因而根據一些試驗測試數據制定了三個分析工況：1）上跳50mm；2）下跳50mm；3）0.5g制動（或根據車輛的不同指定）等三個工況。工況分析完成后，將在軟件左側模型樹結構analysis分項呈現(xiàn)三行分析結果如下圖3所示。

3 Insight優(yōu)化分析

3.1 優(yōu)化分析模型的建立

（1）新建優(yōu)化分析試驗：進入ADAMScar2021的Insight模塊，新建一個優(yōu)化分析試驗（experiment_x1）如下圖4所示，選擇圖3所示的3個分析工況，作為優(yōu)化分析的執(zhí)行工況，確認建立優(yōu)化分析試驗。

（2）新建優(yōu)化分析目標：在創(chuàng)建設計目標對話框，通過定義測量選項，選擇2.1中建立的兩個間距測量函數DM1和DM2作為優(yōu)化目標，并把優(yōu)化方式定義為仿真過程中最小化DM1＼DM2的絕對值，完成兩個優(yōu)化目標的建立。

（3）定義優(yōu)化變量因子：根據優(yōu)化需要，選擇轉向系統(tǒng)子模板前軸FA1轉向節(jié)臂內點三向坐標，以及轉向傳動系統(tǒng)子模板二軸FA2轉向節(jié)臂內點三向坐標，作為優(yōu)化變量因子，如下圖6所示。如對FA1軸轉向節(jié)臂內點的Z向變量進行定義，考慮設計制作問題，Z向采用離散值，相對初始值進行定義，容差設置為0，調整模式設置為適度模式。（4）定義優(yōu)化計算模式，生成優(yōu)化計算工作空間：對優(yōu)化試驗的方式、模型以及優(yōu)化試驗的類型，一一進行定義，如下圖7所示，優(yōu)化試驗類型選擇響應面模型，模型采用互動式，優(yōu)化計算方法選取拉丁超立方法，然后生成優(yōu)化計算的工作空間。

3.2 優(yōu)化分析計算及優(yōu)化結果初步校驗

（1） 優(yōu)化分析和優(yōu)化試驗擬合狀態(tài)檢查：優(yōu)化分析模型建立完成后，執(zhí)行優(yōu)化分析計算，計算完成后，查看優(yōu)化擬合的回歸情況。如下圖8、圖9所示。首先查看兩個優(yōu)化目標GS_01、GS_02中的P值都是0，標示顯示綠色，表明擬合表達式中各項都有用，且都與響應相關；R2值都大于0.9，標示顯示綠色，表明回歸模型的平方和與原始數據的平方和之比比較接近；R2adj和R2的比值接近1，標示顯示綠色，表明本次的優(yōu)化試驗擬合的非常好[2]；R/V值，GS_01是92.4，GS_02是136，標示顯示綠色，表明模型的計算值和原始數據點之間的預測關系良好。這些優(yōu)化分析的計算輸出數據說明本次優(yōu)化試驗的擬過程和擬合結果較為可信。

（2）確定優(yōu)化變量的靈敏度并進行優(yōu)化分析：在確定優(yōu)化試驗擬合計算過程可信后，導出分析結果的網頁文件，然后打開此網頁文件，查看各優(yōu)化因子相較于優(yōu)化目標既轉向懸架的運動干涉量GS_01和GS_02的相關性影響靈敏度值，如上圖10所示，把靈敏度值高的確定為主要的優(yōu)化變量，然后對其取值進行調整，如下圖12所示，可以快速高效的找到滿足優(yōu)化目標GS_01、GS_02要求的變量值。

（3）優(yōu)化結果初步校驗：根據優(yōu)化結果確定的變量值，帶入原多體模型結構進兩個平跳和一個制動工況的仿真分析，分析結果如下圖12和圖13所示，前一軸FA1的平跳工況，轉向拉桿的最大干涉量為0.56mm，小于目標要求1mm；制動工況最大干涉量為0.18mm，小于目標要求0.5mm。前二軸FA2的平跳工況，轉向拉桿的最大干涉量為0.6mm，制動工況最大干涉量為0.15mm，同樣滿足干涉量分別小于1mm和0.5mm的要求。說明此次基于靈敏度的優(yōu)化仿真分析，快速有效的給出了-此型重卡基于轉向懸架運動干涉問題的合理硬點布置數據。

4 總結

商用卡車轉向懸架運動干涉問題主要體現(xiàn)在兩個方面，一個是跳動轉向、另一個是制動跑偏。轉向懸架運動干涉問題的傳統(tǒng)分析方法是運用平面作圖法，這種方法對于跳動轉向工況，其忽略了桿件的空間布置、板簧襯套剛度，以及板簧懸架由于吊耳作用，懸架在壓縮或伸張時其剛度的些許的變化等，分析精度較低；另外對于制動跑偏工況，由于制動過程中板簧S變形圖難以繪制，板簧的S變形狀態(tài)及其變形的最大位置點都難以確定，很難使用平面作圖法對這一工況進行分析。此項工作通過多體仿真的方式進行分析究，很好的避免了上述問題。

上文基于靈敏度數據分析的某重卡車轉向懸架運動干涉多工況多目標的優(yōu)化分析工作，說明多體仿真分析和基于靈敏度的分析結合，是一種相輔相成的分析方法，再把多個工況和多個目標集成進行優(yōu)化仿真，可以很好的提高多體仿真優(yōu)化效率。本文主要意在為同行在轉向懸架運動干涉問題的分析方面提供另一種分析方法或參考。因此次運用多體模型進行的仿真優(yōu)化，集成了多工況和多目標，以及參考參變量的靈敏度分析，讀者可以參考此法對其他多體仿真問題，如KC仿真、操穩(wěn)平順性能進行類似的優(yōu)化仿真和分析，一起進行研討和提高。

5 展望

（1）因本次仿真，車架、轉向傳動系以及車橋，建模均采用的是剛體建模，還有仿真工況都是基于經驗算法，希望后期能通過對車輛制動和起伏路面載荷譜的采集，修正建模方式以及施加于模型的工況算法。

（2）能通過轉向干涉臺架試驗，快速檢測優(yōu)化仿真結果，使仿真過程更符合實際工況。

（3）望質量和裝配部門能輸入轉向傳動系的桿系以及車橋節(jié)臂等關鍵零部件的制造和裝配誤差，把這些誤差帶入優(yōu)化仿真過程，進一步分析研究仿真分析結果的離散度和魯棒性。

參考文獻：

[1]王彥偉，王承凱.ADAMS/Car汽車底盤動力學虛擬開發(fā)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2023.

[2]高海龍，王昆.基于ADAMS的整車平臺硬點優(yōu)化方法[M].北京：AI汽車網，2021.

[4]王霄峰.汽車底盤設計第2版[M].北京：清華大學出版社，2018.

[5]董金松，張浩，張紅衛(wèi)，等.JT/T1178《營運貨車安全技術條件》中華人民共和國交通運輸行業(yè)標準[R].北京：人民交通出版社股份有限公司出版，2018.