基于ADAMS/Insight的汽車雙橫臂前懸架仿真與優化研究

康學忠

（重慶工業職業技術學院 車輛工程學院，重慶 401120）

雙橫臂獨立懸架在乘用車上有廣泛應用，其導向機構設計的合理與否，直接影響著懸架的性能好壞以及輪胎磨損嚴重與否[1-2]。

本文以某乘用車雙橫臂前懸架為研究對象，在ADAMS/Car模塊中建立其多體動力學虛擬樣機模型，進行雙輪平行跳動試驗，在ADAMS/Postprocessor中對前輪定位參數隨輪跳的響應進行研究，針對不合理的車輪定位參數，在ADAMS/Insight模塊中優化設計。

1 懸架虛擬樣機模型的建立

本文調用ADAMS/Car提供的子系統標準模板庫中的雙橫臂懸架模板，根據已有的硬點參數對模型進行修改[3-4]，得到虛擬樣機仿真模型，如圖1所示。建模涉及的整車參數、懸架硬點參數值見表1、表2。

圖1 雙橫臂懸架虛擬樣機模型

表1 某汽車整車參數

表2 前懸架左側關鍵硬點坐標值

2 仿真結果

ADAMS/Car中雙輪平行跳動試驗可以獲得懸架定位參數隨輪跳變化規律，試驗步數100，仿真模式為交互式（interactive），車輪向上跳動量50 mm，向下跳動量設置為-50 mm，完成仿真后，在ADAMS/Postprocessor模塊中得到懸架定位參數隨輪跳變化的曲線[3]。主要從車輪前束角、車輪外傾角、主銷后傾角以及主銷內傾角4個參數進行分析。前懸架理想的性能參數變化范圍[5-6]要求如下。

前束角隨輪跳有過大變化，會降低汽車行駛穩定性、增大輪胎滾動阻力、增大輪胎磨損，因此，前束要求變化率-0.5°/50 mm輪跳以內。

外傾角應保持在最小的變化范圍內變化，一般理想的外傾角的變化范圍為（-2°～2°）/±50 mm輪跳，最好是在（-1°～0.5°）/50 mm上跳。

主銷后傾角，對于前置前驅車輛，其合理變化范圍為（1°～7°）/±50 mm輪跳。

主銷內傾角，合理的變化范圍為（7°～13°）/±50 mm輪跳。

由表4可知，前束角變化范圍-0.53°～1.81°，變化量是 2.34°，超出理想范圍，需要優化。車輪外傾角的變化范圍-1.02°～0.33°，變化量是1.35°。滿足設計要求，變化量還是較大，需要優化。

主銷后傾角的變化范圍為5.29°～5.58°，變化量小，符合設計要求。主銷內傾角的變化范圍為9.52°～11.08°，變化量為1.56°，變化量偏大，需要優化。

由上述分析可知，部分懸架定位參數隨輪跳的變化規律不理想，需對該懸架進行優化設計。

3 雙橫臂前懸架優化

3.1 雙橫臂懸架優化

ADAMS/Insight模塊中有若干優化策略（Investigation Strategy, IS）及優化算法（DOE design type），優化策略本文選擇二階響應面法，優化算法選擇D-optimal算法[6]。

在ADAMS/Insght中進行優化設計：主銷偏移距、主銷內傾角、車輪外傾角、前束和主銷后傾角這5個懸架定位參數作為優化目標，選擇對雙橫臂前懸架定位參數影響較大的12個硬點坐標值[5]作為設計變量（坐標見表4），每個變量的擾動范圍在-10 mm～10 mm，共進行256次仿真。

12個因子對5個優化目標的影響如圖2—圖6所示，選出對優化目標影響很小的3變量（hpl_lca_front.y；hpl_lca_rear.y；hpl_uca_front.y），在ADAMS/Insght優化界面對這三個因子固定，根據靈敏度分析和重點優化對象，選擇合適的優化目標權重進行優化，結果如表3所示。

圖2 12個因子對外傾角的靈敏度的影響程度

圖3 12個因子對后傾角的靈敏度的影響程度

圖4 12個因子對主銷內傾角的影響程度

圖5 12個因子對主銷偏移距的影響程度

圖6 12個因子對前束角的影響程度

表3 重要硬點優化結果

3.2 優化前后的結果分析

雙橫臂前懸架為左右對稱結構，在平行輪跳試驗中左、右車輪定位參數相同，下文將僅討論左前輪的仿真結果。

優化前、后懸架定位參數變化范圍如表4所示，下文具體分析。考慮懸架各定位參數之間相互影響，一個參數得到優化的同時，其他某幾個參數可能會出現不如優化之前好的情況。

3.2.1 外傾角

圖7為外傾角仿真結果，結合表4，分析可知，優化結果滿足設計要求（見上文），優化后外傾角變化量的減少量為0.38°，占優化前外傾角變化量的28%，優化效果明顯。

表4 優化前后懸架定位參數變化范圍表

3.2.2 主銷后傾角

主銷后傾角仿真結果如圖8所示，結合表4，分析可知，優化結果滿足設計要求（見上文），且優化后后傾角變化量的減少量為0.17°，占優化前后傾角變化量的59%，得到了良好的優化效果。

圖7 車輪外傾角仿真結果

圖8 主銷后傾角仿真結果

3.2.3 車輪拖距

車輪拖距仿真結果如圖9所示，優化后拖距變化量減少了2.01 mm，占優化前拖距變化量的74%，取得了理想的優化效果。

圖9 車輪拖距仿真結果

3.2.4 主銷內傾角

主銷內傾角仿真結果如圖10所示，結合表4，分析可知，優化結果滿足設計要求（見上文），且優化后內傾角變化量的減少量為0.58°，占優化前內傾角變化量的37%，對主銷內傾角的優化取得了良好效果。

圖10 主銷內傾角仿真結果

3.2.5 車輪前束角

前束角仿真結果如圖11所示，結合表4，分析可知，優化結果滿足設計要求（見上文），且優化后車輪前束角變化量的減少量為1.42°，占優化前的前束角變化量的61%，對前輪前束角的優化取得了良好效果，有益于提升車輛操穩性能。

圖11 車輪前束角仿真結果

3.2.6 主銷偏移距

乘用車主銷偏距設計要求為（-18,79）mm，且主銷偏距選用負值可減小制動跑偏。

主銷偏移距仿真結果如圖12所示，優化后主銷偏移距變化量增加了0.02 mm，占優化前主銷偏移距變化量的1.6%，主銷偏距優化前后的變化量幾乎不變，優化后主銷偏距為負值，在合理范圍內，符合設計要求。

圖12 主銷偏移距仿真結果

3.2.7 輪距變化量

輪胎拖距仿真結果如圖13所示，優化后輪距變化量減少了0.8 mm，占優化前輪距變化量的7.9%，有一定的優化效果，提升了車輛操穩性能且降低了輪胎磨損。

圖13 輪距仿真結果

3.2.8 轉向角

車輪轉向角仿真結果如圖14所示，結合表4，分析可知，優化后車輪轉向角變化量的減少量為1.42°，占優化前的轉向角變化量的61%，優化效果顯著。

圖14 轉向角仿真結果

小結：上述優化過程表明，優化后，預定的懸架優化目標（前束角、外傾角、主銷內傾角、主銷偏移距和主銷后傾角）取得優化的同時，其他懸架定位參數（車輪拖距、輪距變化量和轉向角）也得到了優化，懸架性能得到改善。

4 結語

在ADAMS/Car模塊中，通過修改標準模板中相關參數，建立某乘用車雙橫臂前獨立懸架虛擬樣機模型，進行車輪平行輪跳試驗，在ADAMS/Postprocessor中得到懸架定位參數隨輪跳的變化規律。在ADAMS/Insight模塊中，進行優化設計，仿真結果顯示，經過優化，改善了懸架定位參數，提升了懸架性能表現。本文研究對雙橫臂懸架的優化設計工作具有一定的參考意義。