基于ADAMS的新能源汽車懸架參數(shù)仿真與優(yōu)化設(shè)計

賈長建

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

無人駕駛和新能源汽車是未來汽車的發(fā)展方向，新能源無人駕駛汽車結(jié)合了兩大新的熱門技術(shù)，因此對其可靠性提出了很高的要求。懸架作為汽車上最重要的一個總成，對于汽車的正常行駛有著重要的影響。汽車行駛過程中所受到的一切震動和沖擊，小部分由輪胎分擔(dān)，大部分由輪胎和車身之間的懸架來消化[1]。因此，懸架的可靠性決定了汽車的可靠性，對懸架的一些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，是很重要的一項工作。本文以比亞迪唐新能源汽車為例，在ADAMS軟件中建立其前懸架運(yùn)動學(xué)仿真模型并進(jìn)行仿真，檢測出不合理的車輪定位參數(shù)，然后在優(yōu)化模塊中進(jìn)行改進(jìn)，從而提高該新能源汽車的行駛平順性[2]。

1 前懸架建模

比亞迪唐新能源汽車部分參數(shù)見表1。以主駕駛位置為左側(cè)，在ADAMS軟件自帶的坐標(biāo)系上列出關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，見表2。

表1 整車參數(shù)

表2 左側(cè)關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)

依據(jù)以上參數(shù)，在ADAMS軟件中建立前懸架運(yùn)動學(xué)仿真模型，如圖1所示。

圖1 懸架系統(tǒng)模型

2 雙輪跳動試驗

汽車行駛平順性取決于車輪定位參數(shù)，因此對車輪定位參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計是很重要的一項工作，在建模完成后，對其進(jìn)行雙輪跳動試驗，對不合適的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化[3]。對其模型進(jìn)行兩輪跳動試驗，試驗結(jié)束之后，在ADAMS軟件中查看參數(shù)隨車輪跳動的變化曲線。車輪的激勵方程為S=50×sin(360×t)[4]，S為車輪跳動距離，t為車輪跳動時間。試驗設(shè)置兩輪跳動的幅度為50 mm，該跳動幅度即為模擬的路面不平度。最后得出仿真結(jié)果。

車輪外傾角變化范圍的理想值為-2°/±50 mm～0.5°/±50 mm。從圖2可以看出，車輪在預(yù)設(shè)的跳動幅度下其外傾角變化范圍為-0.88°/±50 mm～0.05°/±50 mm，符合要求[5]。

圖2 車輪外傾角變化曲線

正常情況下，主銷后傾角變化范圍的理想值為2°/±50 mm～6°/±50 mm[6]。從圖3可以看出，后傾角隨著車輪跳動的變化范圍為4.55°/±50 mm～5.71°/±50 mm，符合要求[7]。

圖3 主銷后傾角變化趨勢

主銷內(nèi)傾角變化范圍的理想值為7°/±50 mm～13°/±50 mm，由圖4可以看出，內(nèi)傾角隨著車輪上下跳動時的變化范圍為11.40°/±50 mm～13.31°/±50 mm，不在理想范圍內(nèi)，需要對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計[8]。

圖4 主銷內(nèi)傾角變化趨勢

前輪前束角變化范圍的理想值為0°/±50 mm～-0.5°/±50 mm，在該范圍內(nèi)有利于汽車輪胎更好地工作[9]。圖5所示為前束角變化曲線，由圖可以看出，前束角也不在理想的范圍內(nèi)，需要對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

圖5 車輪前束角響應(yīng)特性曲線

至此可知，車輪的定位參數(shù)中有兩個參數(shù)不合理，需要對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以改善汽車行駛的平順性。

3 參數(shù)優(yōu)化

3.1 參數(shù)優(yōu)化分析

在對汽車懸架參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時，不考慮懸架本身的質(zhì)量和懸架受到的外力等因素，只對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析[10]。根據(jù)經(jīng)驗，選擇5個關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行試驗設(shè)計，分別是：下控制臂前點(diǎn)、下控制臂后點(diǎn)、下控制臂外支點(diǎn)、轉(zhuǎn)向橫拉桿外點(diǎn)和轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)點(diǎn)，每個點(diǎn)3個方向的坐標(biāo)即為該點(diǎn)的3個變化因子，一共有15個因子，設(shè)定每個因子的變化范圍為-10～10 mm，以前輪前束角和主銷內(nèi)傾角[11]為優(yōu)化目標(biāo)， 通過優(yōu)化，得出15個因子對懸架系統(tǒng)性能的影響程度[12]。

在ADAMS中分別對15個因子進(jìn)行迭代，得到優(yōu)化目標(biāo)與每個因子的關(guān)系。對迭代結(jié)果進(jìn)一步分析，最終確定了6個需要優(yōu)化的因子，即需要優(yōu)化的參數(shù)，分別是：lca_rear.z(控制臂支點(diǎn)后點(diǎn)Z軸方向)，lca_outer.z(控制臂支點(diǎn)外點(diǎn)Z軸方向)，lca_front.z(控制臂支點(diǎn)前點(diǎn)Z軸方向)，tierod_inner.z(轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)點(diǎn)Z軸方向)，tierod_outer.z(轉(zhuǎn)向橫拉桿外點(diǎn)Z軸方向)，lca_outer.y(控制臂支點(diǎn)前點(diǎn)Y軸方向)。對這6個參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計，得到最終的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果[13]。

3.2 優(yōu)化參數(shù)仿真

根據(jù)優(yōu)化之后的參數(shù)，建立前懸架模型再次進(jìn)行仿真，并對比優(yōu)化前、后的仿真結(jié)果[14]。從圖6和圖7可以看出，優(yōu)化后前束角和內(nèi)傾角的變化范圍均在理想的范圍內(nèi)[15]。

圖6 優(yōu)化前、后前束角的變化對比

圖7 優(yōu)化前、后主銷內(nèi)傾角的變化對比

4 結(jié)束語

本文運(yùn)用ADAMS的Car模塊、Postprocessor模塊和Insight模塊對新能源汽車懸架進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真分析和優(yōu)化設(shè)計，提高了汽車的整體性能，為新能源汽車懸架的改進(jìn)和整車的設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。