電動方程式賽車前懸架仿真分析

2018-10-30 08:34:18楊仁華陶陳

科技與創新 2018年20期

楊仁華，陶陳

電動方程式賽車前懸架仿真分析

楊仁華，陶陳

（西華大學汽車與交通學院，四川成都 610039）

運用ADAMS軟件平臺對賽車前懸架進行了仿真分析，建立了仿真模型，確定了仿真參數，并以伸張25 mm、壓縮25 mm工況下，對前懸架定位參數改變進行了仿真分析，各定位參數變化在車輪跳動時符合要求。

懸架；ADAMS環境；仿真分析；模型參數

懸架是現代汽車上的幾大主要總成之一，它的作用是把車架（或車身）與車輪彈性地連接起來，并傳遞作用在車身和車輪之間的所有外力，吸收部分路面傳給車身的沖擊載荷，減弱由于路面沖擊傳給車身的振動，使汽車在高速行駛下獲得較理想的運動特性。懸架本身的性能特點、與整車的匹配關系等直接決定了汽車的行駛平順性、操縱穩定性和乘坐舒適性以及汽車的行駛姿態[1]。目前在ADAMS環境下對懸架的仿真研究，如以懸架中的橡膠襯套不同，仿真分析懸架性能[2]，在ADAMS/Insight環境下進行性能分析，找出輪胎磨損的原因。本文在ADAMS環境下對賽車前懸架輪跳動對定位參數的影響進行仿真分析。

1 仿真模型參數確定

1.1 賽車整車參數

賽車整車參數如表1所示。

表1 賽車參數

賽車整備質量m1275 kg前非簧載質量質心高hu198.6 mm 車手質量m265 kg前懸側傾中心高度h135 mm 前懸單側非簧載質量mu9.4 kg軸距L1 575 mm 前軸荷a0.45車輪半徑r223 mm 賽車質心高hc270 mm賽車前輪距B1 200 mm

1.2 懸架仿真參數

設置的車輪跳動行程為50 mm，伸張和壓縮行程均為25 mm。懸架硬點參數如表2所示。

2 懸架運動仿真分析[2]

以懸架伸張25 mm、壓縮25 mm兩個工況下的狀態進行仿真分析，分析前輪定位參數改變（前輪外傾角改變、主銷后傾角改變、主銷內傾角改變、前束角改變）和側傾中心改變情況。

2.1 前束角-車輪跳動量

在賽車進行直線運動時，尤其是直線加速項目比賽時，穩前束角可以保證賽車直線行駛時的穩定性。另一方面，賽車行駛的賽道彎道較多，因此設置一定前束角，減少賽車在入彎過程和彎道行駛的時間，提高轉向的靈敏程度，同時確保賽車的直線行駛穩定性。采用初始外傾角可調的輪內結構，同時控制前束角隨著車輪振動基本不變[3]，從圖1可看出前束角變化在﹣0.7～0.4，符合要求。

表2 左側前懸架硬點坐標

搖臂旋轉軸上任意點﹣1 940﹣243470 搖臂旋轉中心﹣965﹣243470 減振器內點﹣965﹣42.5537 減振器外點﹣965﹣231548 下A臂前點﹣1 162﹣21258 下A臂外點﹣972﹣58588 下A臂后點﹣808﹣19976 推桿上點﹣965﹣296501 推桿下點﹣965﹣515104 懸架裝載點﹣1 162﹣21258 轉向拉桿內點﹣1 030091 轉向拉桿外點﹣1 029﹣568128 上A臂前點﹣1 138﹣298211 上A臂外點﹣957﹣576267 上A臂后點﹣860﹣259201 輪心﹣965﹣600175.3 外傾力矩點﹣972088 穩定桿拐點﹣875﹣27584 連桿與搖臂交點﹣965﹣275470 連桿下點﹣965﹣27584 穩定桿中心﹣875084

圖1 車輪前束角-車輪跳動量特性

2.2 外傾角-車輪跳動量

賽車的輪胎外傾角對賽車極限工況下的附著能力有著至關重要的影響。當車輪垂直附著地面時，賽車的附著最佳。賽車在高速且伴隨轉向工況下，由于離心力和地面附著力作用，賽車將會產生側傾運動，導致外側車輪外傾角向正角度變化，從而降低了賽車的附著能力。因此，將從3個方面對車身側傾導致的外傾變化補償：①當車輪處于轉向狀態下時，由于主銷傾角的存在，會產生車輪外傾角負向變化的趨勢；②當車輪跳動時，由于雙橫臂不等長的懸架結構，同樣會產生車輪外傾角負向變化的趨勢；③對于賽車而言，性能的提升是最重要的，相比之下，輪胎的磨損便可以舍棄，因此，可以設置初始的負外傾角。但考慮到，賽車在直線上的性能，初始的負外傾角不宜過大[4]。從圖2可看出外傾角變化在﹣1.25～1.25，符合要求。

圖2 車輪外傾角-車輪跳動量特性

2.3 主銷后傾角-車輪跳動量

主銷后傾角是賽車在高速工況下的車輪回正力矩決定性因素之一。主銷后傾角若是過大會導致轉向沉重，尤其是對于沒有助力轉向，僅靠機械轉向的FSEC賽車，它會對車手的駕駛體驗影響更為明顯。同時，賽車在賽道中行駛時，車手長時間處于頻繁轉動方向盤的狀態，這對轉向輕便提出更高的要求。從圖3可看出主銷后傾角變化在1°范圍內，符合要求。