FSAE赛车前悬定位参数优化分析

赵效虎，高培，欧鹏飞

（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）

FSAE赛车前悬定位参数优化分析

赵效虎，高培，欧鹏飞

（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）

根据总布置参数初步确定悬架硬点，随后在Adams/Car中建模，并进行K&C特性分析。利用Insight模块对硬点坐标进行优化，得到合理的定位硬点。

FSAE赛车；双叉臂悬架；Adams；设计优化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.033

CLC NO.:U467.4Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-97-02

前言

方程式赛车一般采用双叉臂悬挂结构，这种悬架结构横向刚度大，侧倾中心低，确保赛车在高速过弯时具有较好的抓地力和操稳性。当然这就要求悬架的导向机构在上下运动过程中参数值始终在设计值附近变动。

1、前悬模型的建立

1.1 参数的确定

大赛要求轴距至少为 1525mm，较大轴距会造成转向不灵敏。对赛车而言，轮距与轴距比约为0.5，前轮距比后轮轮距稍大有利于高速避障[1]，侧倾中心一般前低后高[2]。因此，总布置给出的参数如下：①轴距1550mm②前轮距1180mm，③后轮距1150mm④主销后倾角6°⑤主销内倾角8°⑥外倾角-1.5°⑦束角-0.4°⑧侧倾中心（前/后）40mm/60mm⑨质心高度300mm。

1.2 建立前悬仿真模型

在Adams建模步骤如下：①确定硬点。②确动力学参数。③创建部件④定义约束。⑥定义作动器。⑦创建通讯器。⑧添加试验台并调试[3]。根据2.1中的参数可得到悬架硬点见表1。

根据表2的硬点坐标在Adams/Car中建立前悬模型并加载K&C特性试验台如图1所示。

2、悬架运动仿真

对悬架进行双轮跳动试验可以作为分析悬架性能的重要方法[4]。设置上下跳动各 30mm，调取定位参数曲线见图 2的初始曲线。

图1 前悬架机构模型

主销内倾角可以使轮胎有自动回正的功能，但如果变化较大会使驾驶员感到转向沉重。由图 2(a)看出内倾角随轮跳增加而上升，这种趋势符合载荷越大希望回正力矩越大的观点，但是内倾角变动范围为 3°，设计经验要求不超过为 2 °，故需要进行优化。

同内倾角相似，主销的后倾角可使汽车在高速行驶时轮胎有自动回正的功能，且能减少从轮胎到方向盘的冲击。由图2(b)看出主销后倾角变化范围较小，较为理想。

过弯时车轮外倾角的影响车轮与地的接触面积从而影响抓地力，这对赛车过弯时影响极大。对赛车而言高速转弯时载荷转移较大，故在车轮上下跳动过程中需始终保持负的倾角，且随着轮跳增加负外倾的趋势逐渐增大，以便提高轮胎抓地力。由图2(c)看出在车轮跳动过程中趋势符合上述要求，但倾角变化3°，设计经验值要求在2°以内，故需要优化。

赛车一般选用负的前束角以便和负外倾匹配，此外如果前束变化较大将会加剧车轮的磨损。由图2(d)看出在车轮跳动过程中，束角变动约0.9°，但经验要求在0.5°以内。由图看出随着轮跳上升，束角负向增大，当车辆转向时由于载荷转移使外侧悬架压缩较大，此时加剧不足转向，若不足转向过大将会造成严重的“推头”现象，因此一般的赛车要求略微的过度转向，有利于赛车快速入弯。

3、导向机构模型优化

3.1 优化步骤

在优化过程中以前轮定位参数优化目标，因悬架左右对称，故在优化只需考虑单边硬点。优化范围先设置为-5mm至5mm，若不满足定位要求可再扩大范围。以上、下A臂前后球头，拉杆内外球头坐标为变量，共计18个变量，进行一次优化试验，结果见图 2。相对初始值有了较大改善，但束角的在上跳过程中呈现过度转向的趋势，不能满足赛车要求，故进行第二次优化，范围为-10～10mm。

3.2 优化结果

由图2可以看出，两次优化后主销内倾角变化范围为1.5 °，较优化前有了较大改善；主销内倾角变化范围也有了改善；车轮外倾角变化为1.7°，满足了经验要求，减小了轮胎的磨损，获取了更大的侧向力；前轮束角变动范围为0.1°且随着轮跳的上升出现略微的转向过度的趋势，这有利于赛车快速入弯。

4、结论

本文在Adams/Car中建立某FSAE前悬模型并进行运动仿真，利用Insight模块对车轮定位的硬点坐标进行了优化试验，较好的解决了在车轮上下跳动过程中定位参数变化较大的问题。

图2(a) 优化前后主销内倾角对比

图2(b) 优化前后主销后 倾角对比

图2(c) 优化前后车轮外倾角对比

图2(d) 优化前后前 轮束角对比

[1] Will F. Milliken, Douglas L .Milliken. Race Car Vehicle Dynamics [M] Warrendale, PA : Society of Automotive Engineers, c1995.

[2] 黄杰文，黄菊花.利用ADAMS/car对双横臂悬架的动态仿真与分析[J]. 现代制造工程2010.3:127-131.

[3] 陈军. MSC.ADAMS技术与工程分析实例[M]北京：中国水利水电出版社,2008：55-56.

Optimization of Alignment Parameters of the FSAE front suspension

Zhao Xiaohu, Gao Pei, Ou Pengfei

( University of changan automobile institute, Shaanxi Xi'an 710064 )

The suspension can be determined according to the total arrangement parameters and adopt Adams / Car for modeling、K & C analysis .Then use the Adams / Insight to optimize the hard points to get the right hardpoints.

FSAE racing car; double wishbone suspension; Adams; optimization

U467.4

A

1671-7988 (2017)06-97-02

赵效虎（1993—），男，长安大学汽车学院硕士研究生，车辆工程专业。