李赫
摘 要:本文以巴哈賽車雙叉臂式懸架系統(tǒng)為設計和分析對象,進行了動力學建模,在Adams/Car中利用裝配好的懸架系統(tǒng)進行仿真分析,得到其4個定位參數(shù)的仿真變化曲線,使用Adams/Insight進行仿真優(yōu)化設計,從而得到優(yōu)化目標的最終結果。
關鍵詞: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
中國汽車工程學會巴哈大賽在我國已經連續(xù)成功舉辦了五屆賽事,是一項由高等院校、職業(yè)院校汽車及相關專業(yè)在校生組隊參加的越野汽車設計、制造和檢測的比賽。整個參賽過程是一種全新的技術教育和工程實踐過程,使得參與其中的同學能夠將理論與實踐做到融合,對于提高學生的專業(yè)技能有很大的幫助。
大賽采用靜態(tài)賽和動態(tài)賽相結合的方式。其中,動態(tài)項目包括爬坡測試、操控測試和4小時的耐力測試,因動態(tài)項目測試涉及到多種復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。本文設計的巴哈賽車懸架系統(tǒng)為雙叉臂式,利用Adams軟件進行仿真分析并優(yōu)化,從而確保所設計的懸架系統(tǒng)達到最佳狀態(tài)。
1 建立動力學模型
通過硬點坐標建立懸架的各個部分,再通過連接件和約束把各個部分連接起來,其中要注意,建立約束時要計算好自由度,防止出現(xiàn)多個自由度而產生其他影響行駛的運動,Adams懸架模型如圖1所示。
懸架模型建立后,還要進行懸架總裝配這樣才能夠讓懸架動起來。在懸架的裝配中,應該加入各系統(tǒng)相關零部件總成,把車身連接到相應的地面,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,由于賽道的復雜狀況和彎道會引起車輪的上下跳動,尤其在崎嶇的山路更是如此。因此跳動過程中,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行仿真分析。仿真的參數(shù)設置如下:由于賽車的路面情況比較復雜,我們在設置車輪的跳動范圍是±100mm;在設置參數(shù)時,添加車輪屬性文件,其中懸架質量為10kg,懸架的輪距是1420mm,簧上質量是260kg。點擊開始即可得到前懸架的同向激振仿真結果,如圖3和圖4所示就是仿真時的跳動最高點和跳動最低點。
在分析結束以后,使用Adams/Car標準繪圖配置文件繪制結果圖。按F8鍵,直接查找car模塊提供的4個定位參數(shù)關于車輪跳動的關系圖[1]。
3 確定目標并優(yōu)化
仿真結束以后,發(fā)現(xiàn)賽車懸架的硬點不是最優(yōu)的,還有待改進。因此我們使用Adams/Insight進行仿真優(yōu)化設計。Adams/Insight能夠進行多變量仿真,符合賽車懸架的設計規(guī)則。實驗選擇DOE面響應分析法,輸入關鍵硬點坐標,多次迭代生成實驗矩陣仿真結果,通過網頁形式輸出得到優(yōu)化目標的最終結果。
為了減少迭代的次數(shù),我們根據經驗選擇8個靈敏度較大的值作為設計變量,即上橫臂前點Y、Z坐標值,上橫臂后點Y、Z坐標值,下橫臂前點Y、Z坐標值,下橫臂后點Y、Z坐標值。
4個定位參數(shù)(前束角、外傾角、主銷內傾角、主銷后傾角)為優(yōu)化目標。采用多目標優(yōu)化的方法進行迭代計算,迭代次數(shù)64次。由于懸架位置的變化相對較大,設置每個坐標的變化范圍是-5~5mm。部分工作矩陣如圖5所示。
實驗迭代結束后,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 仿真結果分析
以前束角和外傾角為例,進行仿真結果分析。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,符合懸架設計特性[3]。
為了讓輪胎提供比較大的側向力發(fā)揮其優(yōu)越的性能,因此將外傾角在靜止時侯設置為負值,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,不會由于特殊情況發(fā)生危險。
5 結語
本文通過Adams不同模塊進行硬點坐標的建模及仿真,得到的曲線并不能完全滿足賽車懸架系統(tǒng)的要求。為此我們進行了靈敏度分析和改變硬點坐標的方式進行懸架特性優(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)的設計要求。
基金項目:吉林省教育廳“十三五”科學技術項目“巴哈大賽賽車研發(fā)”,項目編號:JJKH20170157KJ。
參考文獻:
[1]段立山等.巴哈越野賽車懸掛轉向系統(tǒng)結構優(yōu)化設計[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)的設計與仿真研究[J].農業(yè)裝備與車輛工程,2019(6):102-104.
[3]韓金龍等.大學生方程式巴哈車前懸架系統(tǒng)的仿真分析[J]. 內燃機與配件,2020(1):47-50.