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大學(xué)生電動方程式汽車懸架系統(tǒng)的優(yōu)化

2019-07-23 20:21:41·  來源：汽車實用技術(shù)雜志社  作者：顧玉平,高江徽,鄭竹安  
　
摘 要通過 ADAMS 的 CAR 和 INSIGHT 兩個模塊，對電動方程式賽車的前懸架進(jìn)行了建立模型，以車輪外傾角參數(shù)做了系統(tǒng)的分析，從 INSIGHT 的曲線中對相應(yīng)的參數(shù)變
摘 要

通過 ADAMS 的 CAR 和 INSIGHT 兩個模塊，對電動方程式賽車的前懸架進(jìn)行了建立模型，以車輪外傾角參數(shù)做了系統(tǒng)的分析，從 INSIGHT 的曲線中對相應(yīng)的參數(shù)變量進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。研究后結(jié)果表明，優(yōu)化后的前懸架在平穩(wěn)性和操作穩(wěn)定性都得到了提升，使得賽車的前懸架滿足初期設(shè)計要求。

前 言

中國大學(xué)生方程式汽車大賽（英文簡稱： FSC）是一項由高等院校汽車工程或汽車相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生組隊參加的汽車設(shè)計與制造比賽。 此賽事被譽為“汽車工程師的搖籃”。 賽車懸架的優(yōu)化與否，直接影響賽車的性能，特別是在賽車的操縱穩(wěn)定能力和行駛的平順能力。 目前研究方程式賽車懸架的仿真工具，主要就是 ADAMSCAR 和 OK，本課題基于ADAMSCAR 模塊對方程式賽車有著強大的數(shù)據(jù)分析能力，對一種 FSC 電動賽車的懸架進(jìn)行了仿真和優(yōu)化，對賽車后期的開發(fā)與修正提供了方法和一定的支持。

1 前懸架模型的建立

利用 adams 軟件建立前懸架模型，如圖 1 所示，構(gòu)建空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，繼而得到相應(yīng)的硬點坐標(biāo)，以賽車的縱向為 X軸，橫向為 Y 軸，汽車垂向為 Z 軸。因為懸架具有對稱性，下圖 2 只表示了懸架的一側(cè)。

圖 1 為 adamscar 中構(gòu)造模型

1-車架；2-減振器；3-搖臂；4-上控制臂；5-下控制臂；6-推桿；7-轉(zhuǎn)向節(jié)總成；8-轉(zhuǎn)向橫拉桿；9-車輪總成
圖 2 賽車懸架的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 電動賽車前懸系統(tǒng)硬點參數(shù)優(yōu)化

利用 ADAMSinsight 模塊對前懸的相關(guān)定位參數(shù)，進(jìn)行分析優(yōu)化，以便于進(jìn)一步的分析參數(shù)，對賽車的開發(fā)起到指導(dǎo)作用。在 insight 中本課題主要對下 A 臂前點（lca_front)， 下 A 臂后點（lca_rear)，下 A 臂外點（lca_outer)，這 9 個參數(shù)作為設(shè)計變量，本文旨在調(diào)整車輪外傾角，車輪前束角，主銷后內(nèi)傾角，將此 3 個優(yōu)化目標(biāo)作為響應(yīng)目標(biāo)，在 insight模塊中創(chuàng)建運算矩陣，并選擇了 Specification/fractional Factorial 模式對 insight 進(jìn)行了 64 次迭代運算（圖 3），得到相應(yīng)的設(shè)計空間（部分圖 4），運行工作矩陣后，得到優(yōu)化前后車輪定位參數(shù)的變化曲線（圖 5，圖 6）。

圖 3 迭代運算 

圖 4 設(shè)計空間 

圖 5 變化曲線 

圖 6 變化曲線 

3 賽車前懸的仿真分析

車輪外傾角是影響賽車的操縱性的重要因素，直接影響了汽車的行駛平順性，同事對輪胎的磨損和轉(zhuǎn)向特性也有一定的影響，前輪外傾角不應(yīng)該過大，不然也會產(chǎn)生車輪偏磨，賽車在行駛過程中上下跳動都會造成車輪外傾角的變化，下圖中優(yōu)化前車輪外傾角的而變化和優(yōu)化后變化幾乎一致，因為insight在優(yōu)化考慮了外傾角的變化范圍在滿足要求的情況下一直很小，變化一直維持在-0.5 度 0.35 度度，在綜合其他設(shè)計目標(biāo)情況下，調(diào)整的意義不是很大等部分其他因素。

實線-優(yōu)化前，虛線-優(yōu)化后 
圖 7 車輪外傾角優(yōu)化后曲線

總 結(jié)
 
本文主要對方程式賽車的前懸做了優(yōu)化處理，在運用adamscar 基礎(chǔ)上對賽車進(jìn)行了建模，定點，仿真。特別是利用 insight 對整個前懸做了參數(shù)處理，找到了初始設(shè)計中的不足，通過建立計算矩而對車輪外傾角進(jìn)行了分析，對賽車前懸架做出了小范圍的改善，保證了賽車在下一步開發(fā)設(shè)計中擁有良好的平順性和操作穩(wěn)定性。 
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