巴哈（Baja）賽車懸架仿真優(yōu)化與平順性分析

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(duì)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(shí)驗(yàn) 對(duì)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(hào)：U469.6+96? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：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(guó)汽車工程學(xué)會(huì)大賽（Baja SAE -China）的簡(jiǎn)稱 是由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)起的 在各大學(xué)、職業(yè)院校展開汽車設(shè)計(jì)與制作的競(jìng)賽。根據(jù)大賽組委會(huì)的要求 各參賽車隊(duì)按照賽事規(guī)則和賽車設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi) 使用同一型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī) 由參賽團(tuán)隊(duì)獨(dú)立與設(shè)計(jì)制造一輛單座、發(fā)動(dòng)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(dòng)態(tài)比賽事項(xiàng) 對(duì)賽車的操縱性與平順性具有較高要求 因此合理設(shè)計(jì)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(diǎn)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(duì)性的優(yōu)化 然后調(diào)整懸架硬點(diǎn)的空間坐標(biāo) 進(jìn)行平順性驗(yàn)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(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)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(diǎn)的連接位置 得出前懸架的硬點(diǎn)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(duì)前懸架進(jìn)行簡(jiǎn)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(cè)試系統(tǒng) 最后使用外力或運(yùn)動(dòng)將他們驅(qū)動(dòng)。

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)

賽車仿真實(shí)驗(yàn)是在軟件自帶的虛擬激振臺(tái)上進(jìn)行的 仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D1所示。仿真時(shí) 設(shè)置虛擬激振臺(tái)振動(dòng)振幅與頻率 模擬賽車在試驗(yàn)路面上行駛狀態(tài) 輸出懸架定位參數(shù)隨車輪跳動(dòng)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(dòng)變化曲線如圖2、3、4、5所示 通過曲線分析 評(píng)價(jià)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(jì)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(jì)范圍 由于主銷內(nèi)傾角、車輪前束對(duì)車輪定位影響較大 因此需要進(jìn)一步對(duì)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(jì)效率 以主銷內(nèi)傾與車輪前束為優(yōu)化目標(biāo) 對(duì)懸架定位影響的8個(gè)硬點(diǎn)坐標(biāo)作為因子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在ADAMS/Insight模塊中的進(jìn)行靈敏度分析和迭代算法運(yùn)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(duì)上、下橫臂的連接點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整 再次通過仿真實(shí)驗(yàn) 主銷內(nèi)傾角、車輪前束隨車輪跳動(dòng)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(jì)范圍 達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的。

3 平順性分析

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

3.1 仿真模型建立

利用前懸架動(dòng)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(dòng)撓度、輪胎動(dòng)載荷作為輸出 用來(lái)評(píng)價(jià)賽車前懸架的平順性。

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)

賽車的平順性仿真分析 需要將路面作為懸架振動(dòng)的振動(dòng)源 路面分類采用1984年國(guó)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(gè)等級(jí) 具體如表2所示。

在8級(jí)中選取典型D路面進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn) 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(shí) D級(jí)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(shí)驗(yàn)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(dòng)撓度隨路面變化曲線往年和本次如圖 11、12 所示;輪胎動(dòng)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(dòng)撓度、輪胎動(dòng)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(duì)賽車的比賽成績(jī)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(diǎn)位置對(duì)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(diǎn)的位置 使車輪定位參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求 達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的 改進(jìn)了懸架的操縱穩(wěn)定性和平順性 同時(shí)也加快賽車懸架設(shè)計(jì)進(jìn)度 為以后懸架改進(jìn)提供了優(yōu)化基礎(chǔ)。

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