基于ADAMS/Insight的某越野車懸架仿真與優化研究

孟祥瑞，陳帥，徐凱，桑振竹

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基于ADAMS/Insight的某越野車懸架仿真與優化研究

孟祥瑞，陳帥，徐凱，桑振竹

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710000）

以ADAMS/Car車輛動力學仿真軟件為基礎，根據多連桿獨立懸架的關鍵硬點坐標，建立某越野車多連桿獨立后懸架的動力學模型，并對后懸架系統進行同向車輪跳動仿真。在ADAMS/Insight中對后懸架定位參數進行靈敏度分析。根據后輪定位參數的變化規律和靈敏度分析結果，選取懸架的8個關鍵硬點坐標為設計變量對懸架的定位參數進行優化設計，仿真結果表明，優化后該車的多連桿獨立后懸架運動學特性得到改善。

越野車；多連桿獨立懸架；ADAMS；靈敏度分析；優化設計

引言

車輛懸架的結構形式及其定位參數對車輛的平順性和操縱穩定性有著決定性的作用[1]。懸架性能的好壞表現在車輛行駛過程中，車輪發生上下跳動時車輪的定位參數變化范圍是否在一個合理的區間內，以保證車輛行駛的穩定性和舒適性。車輛后懸架的定位參數包括主銷內傾角、主銷后傾角、車輪外傾角、車輪前束角以及主銷偏距[2]。通過對各參數的合理的優化以改善汽車的操縱穩定性。

1 建立多連桿獨立懸架模型

某型越野車后懸架為多連桿獨立懸架，根據整車的三維模型，測出建模所需的的硬點坐標，如表1所示部分關鍵硬點坐標。采用ADAMS/Car模塊建模時首先將物理模型簡化，即根據物理模型中的零件之間的相對運動關系定義各零件的的拓撲結構，之后只需建立左邊或右邊的1/2懸架模型，里一般系統自動生成。根據建模的順序先根據硬點坐標建立穩定桿和懸架模板，然后生成子系統，由子系統生成模型。如圖1所示的多連桿獨立懸架模型。

表1 硬點坐標

此次優化的后懸架由四個桿組成的多連桿懸架，可以滿足主銷后傾角的最佳設計要求，可以大幅度的減少來自地面的前后的方向力，提高了加速和制動時的操縱穩定性與平順性。

2 確定多連桿懸架的優化目標及設計變量

2.1 多連桿懸架的仿真設計

車輛的實際行駛過程中，車輪遇到不平的路面和障礙物時都會引起車輪的上下跳動，所以對該懸架進行同向跳動仿真，懸架參數的變化作為分析懸架動態性能的重要依據[1]。根據開發的懸架的要求車輪的跳動范圍為±100mm，其他的懸架參數設置依據建模的數據。通過仿真結果可得到車輪定位參數隨車論跳動的變化曲線。

2.2 確定優化目標

在ADAMS/insight實驗設計模塊中，選擇5個主要的后懸架定位參數即前束角（toe angle），車輪外傾角（camber angle），主銷后傾角（caster angle），主銷內傾角（kingpin inclination angle），以及主銷偏距（scrub radius）作為優化的目標，選擇DOE命令將仿真模型導入到insight模塊中，然后選擇設計變量，確定實驗方法，選擇合理的設計矩陣，進行迭代運算[3]。

2.3 確定優化變量

懸架設計的關鍵點的變化會直接影響懸架定位參數，同時也會影響車輛的操縱性能，因此合理的選擇設計變量對優化目標十分重要。通過ADAMS/insight實驗設計模塊，選取表1的各點作為變量對優化目標進行靈敏度分析實驗。實驗結果輸出web文件，可得到各因子對5個優化目標的影響程度，如表2所示[4]。選取對各優化目標影響最大前兩個作為優化的變量，依次為橫向拉桿外點Z坐標hpl_lateral_ rod_outer.z，橫向拉桿內點Z坐標hpl_lateral_rod_inner.z，上控制臂內點Z坐標hpl_uca_inner.z ，下控制臂點外點Z坐標hpl_uca_outer.z，下控制臂點內點Z坐標hpl_lca_inner.z，上控制臂外點Z坐標hpl_uca_outer.z。因此對實驗所得變量用坐標輪換搜索的方法對懸架的結構優化，以得到良好的運動學特性及操縱穩定性等。

表2 設計變量與優化目標的關聯度

3 多連桿懸架的優化結果分析

3.1 優化前后參數的比較

通過對上述的優化目標的靈敏度的實驗設計分析，依據表2采取調整關鍵因子的坐標，采用坐標輪換搜索的方法實現對懸架的結構參數進行優化。表2 各硬點坐標對優化目標的關聯度正值表示優化目標與優化變量之間是正比例的關系，負值表示反比例的關系[5]。所以經過數次優化后，優化前后的硬點坐標如下表3所示。

表3

圖3 優化前后車輪的主銷后傾角的變化曲線

圖4 優化前后車輪主銷內傾角的變化曲線

圖5 優化前后車輪主銷偏距的變化曲線

根據優化后的硬點坐標，再次進行一次平行輪跳仿真，得到優化后的懸架系統的優化目標的仿真曲線對照圖，圖中虛線表示原模型的仿真曲線，實線表示經過硬點坐標優化后新模型的仿真曲線如圖所示。

3.3 優化前后結果分析

由上圖分析可知優化后，在車輪同向跳動的工況下，主銷外傾角從優化前的1.7~-4.8到優化后的0.3~-3.5，有利于減小車輛的回正力矩，降低輪胎與路面的滑動摩擦，提高車輛的操縱穩定性和減小車輪的磨損；后傾角優化后幅度減小了，有利于降低回正力矩增加操縱輕便性；主銷內傾角的變化幅度不太明顯；主銷偏距的減小的比較明顯，有利于降低轉向時的阻力距，提高車輛的穩定性和操縱性；優化后前束角在車輪上跳過程中呈弱負前束變化，能夠保證汽車直線行駛是的穩定性和轉向時的不足轉向特性，在車輪下跳的過程中，保證了前束角的變化在1°的合理范圍內。

4 結語

基于ADAMS/Car車輛動力學仿真軟件建立了某SVU多連桿后懸架模型，通過同向輪跳仿真實驗分析模型參數變化對懸架性能參數的影響。同時在ADAMS/Insight中通過實驗設計對懸架進行運動學靈敏度分析，確定8個硬點坐標為優化變量，5個車輪定位參數為優化目表進行優化設計。優化結果表明，所選定的優化目標得到了不同程度的改善，起變化范圍也更加的合理，并且改善了該懸架系統的運動學特性，為以后的進一步研究提供了參考。

[1] 周長城.汽車平順性與懸架系統設計[M].北京:機械工業出版社, 2011.

[2] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2000.

[3] 陳軍.MSC.ADAMS 技術與工程分析實例[M].水利水電出版社, 2008.10.

[4] 周萍,張劍,謝昇豪,基于ADAMS /Insight 的 FSAE 賽車前懸架優化[J].電子技術2017(5), 28-31.

[5] 劉杰,周云波.基于 ADAMS /Insight 某型電動車懸架仿真優化研究[J].信息技術2017(1),116-118.

Certain Type of Off－road Vehicle Suspension Simulation and Optimization Research Based on ADAMS

Meng Xiangrui, Chen Shuai, Xu Kai, Sang Zhenzhu

( Chang'an University Automobile College, Shaanxi Xi'an 710000 )

Based on vehicle dynamics simulation software ADAMS /Car and key hard-point coordinates of the multi-link independent suspension, this paper builds an off-road vehicle dynamic model of the multi-link independent suspension and makes the wheel hop analysis for the front suspension system and the sensitivity analysis for the suspension positioning parameters with ADAMS/Insight. Based on the change of the suspension positioning parameters and the sensitivity analysis results, it selects eight key suspension hard-point coordinates as design variable. The simulation results show that the kinematic characteristics of the double wishbone independent suspension are improved after optimization.

off-road vehicle; double-wishbone suspension; ADAMS; sensitivity analysis; optimization design

B

1671-7988(2018)16-76-03

U462.3

B

1671-7988(2018)16-76-03

CLC NO.: U462.3

孟祥瑞，就讀于長安大學汽車學院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.027