基于ADAMS/Insight的某越野车悬架仿真与优化研究

孟祥瑞，陈帅，徐凯，桑振竹



基于ADAMS/Insight的某越野车悬架仿真与优化研究

孟祥瑞，陈帅，徐凯，桑振竹

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710000）

以ADAMS/Car车辆动力学仿真软件为基础，根据多连杆独立悬架的关键硬点坐标，建立某越野车多连杆独立后悬架的动力学模型，并对后悬架系统进行同向车轮跳动仿真。在ADAMS/Insight中对后悬架定位参数进行灵敏度分析。根据后轮定位参数的变化规律和灵敏度分析结果，选取悬架的8个关键硬点坐标为设计变量对悬架的定位参数进行优化设计，仿真结果表明，优化后该车的多连杆独立后悬架运动学特性得到改善。

越野车；多连杆独立悬架；ADAMS；灵敏度分析；优化设计

引言

车辆悬架的结构形式及其定位参数对车辆的平顺性和操纵稳定性有着决定性的作用[1]。悬架性能的好坏表现在车辆行驶过程中，车轮发生上下跳动时车轮的定位参数变化范围是否在一个合理的区间内，以保证车辆行驶的稳定性和舒适性。车辆后悬架的定位参数包括主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角、车轮前束角以及主销偏距[2]。通过对各参数的合理的优化以改善汽车的操纵稳定性。

1 建立多连杆独立悬架模型

某型越野车后悬架为多连杆独立悬架，根据整车的三维模型，测出建模所需的的硬点坐标，如表1所示部分关键硬点坐标。采用ADAMS/Car模块建模时首先将物理模型简化，即根据物理模型中的零件之间的相对运动关系定义各零件的的拓扑结构，之后只需建立左边或右边的1/2悬架模型，里一般系统自动生成。根据建模的顺序先根据硬点坐标建立稳定杆和悬架模板，然后生成子系统，由子系统生成模型。如图1所示的多连杆独立悬架模型。

表1 硬点坐标

此次优化的后悬架由四个杆组成的多连杆悬架，可以满足主销后倾角的最佳设计要求，可以大幅度的减少来自地面的前后的方向力，提高了加速和制动时的操纵稳定性与平顺性。

2 确定多连杆悬架的优化目标及设计变量

2.1 多连杆悬架的仿真设计

车辆的实际行驶过程中，车轮遇到不平的路面和障碍物时都会引起车轮的上下跳动，所以对该悬架进行同向跳动仿真，悬架参数的变化作为分析悬架动态性能的重要依据[1]。根据开发的悬架的要求车轮的跳动范围为±100mm，其他的悬架参数设置依据建模的数据。通过仿真结果可得到车轮定位参数随车论跳动的变化曲线。

2.2 确定优化目标

在ADAMS/insight实验设计模块中，选择5个主要的后悬架定位参数即前束角（toe angle），车轮外倾角（camber angle），主销后倾角（caster angle），主销内倾角（kingpin inclination angle），以及主销偏距（scrub radius）作为优化的目标，选择DOE命令将仿真模型导入到insight模块中，然后选择设计变量，确定实验方法，选择合理的设计矩阵，进行迭代运算[3]。

2.3 确定优化变量

悬架设计的关键点的变化会直接影响悬架定位参数，同时也会影响车辆的操纵性能，因此合理的选择设计变量对优化目标十分重要。通过ADAMS/insight实验设计模块，选取表1的各点作为变量对优化目标进行灵敏度分析实验。实验结果输出web文件，可得到各因子对5个优化目标的影响程度，如表2所示[4]。选取对各优化目标影响最大前两个作为优化的变量，依次为横向拉杆外点Z坐标hpl_lateral_ rod_outer.z，横向拉杆内点Z坐标hpl_lateral_rod_inner.z，上控制臂内点Z坐标hpl_uca_inner.z ，下控制臂点外点Z坐标hpl_uca_outer.z，下控制臂点内点Z坐标hpl_lca_inner.z，上控制臂外点Z坐标hpl_uca_outer.z。因此对实验所得变量用坐标轮换搜索的方法对悬架的结构优化，以得到良好的运动学特性及操纵稳定性等。

表2 设计变量与优化目标的关联度

3 多连杆悬架的优化结果分析

3.1 优化前后参数的比较

通过对上述的优化目标的灵敏度的实验设计分析，依据表2采取调整关键因子的坐标，采用坐标轮换搜索的方法实现对悬架的结构参数进行优化。表2 各硬点坐标对优化目标的关联度正值表示优化目标与优化变量之间是正比例的关系，负值表示反比例的关系[5]。所以经过数次优化后，优化前后的硬点坐标如下表3所示。

表3

图3 优化前后车轮的主销后倾角的变化曲线

图4 优化前后车轮主销内倾角的变化曲线

图5 优化前后车轮主销偏距的变化曲线

根据优化后的硬点坐标，再次进行一次平行轮跳仿真，得到优化后的悬架系统的优化目标的仿真曲线对照图，图中虚线表示原模型的仿真曲线，实线表示经过硬点坐标优化后新模型的仿真曲线如图所示。

3.3 优化前后结果分析

由上图分析可知优化后，在车轮同向跳动的工况下，主销外倾角从优化前的1.7~-4.8到优化后的0.3~-3.5，有利于减小车辆的回正力矩，降低轮胎与路面的滑动摩擦，提高车辆的操纵稳定性和减小车轮的磨损；后倾角优化后幅度减小了，有利于降低回正力矩增加操纵轻便性；主销内倾角的变化幅度不太明显；主销偏距的减小的比较明显，有利于降低转向时的阻力距，提高车辆的稳定性和操纵性；优化后前束角在车轮上跳过程中呈弱负前束变化，能够保证汽车直线行驶是的稳定性和转向时的不足转向特性，在车轮下跳的过程中，保证了前束角的变化在1°的合理范围内。

4 结语

基于ADAMS/Car车辆动力学仿真软件建立了某SVU多连杆后悬架模型，通过同向轮跳仿真实验分析模型参数变化对悬架性能参数的影响。同时在ADAMS/Insight中通过实验设计对悬架进行运动学灵敏度分析，确定8个硬点坐标为优化变量，5个车轮定位参数为优化目表进行优化设计。优化结果表明，所选定的优化目标得到了不同程度的改善，起变化范围也更加的合理，并且改善了该悬架系统的运动学特性，为以后的进一步研究提供了参考。

[1] 周长城.汽车平顺性与悬架系统设计[M].北京:机械工业出版社, 2011.

[2] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000.

[3] 陈军.MSC.ADAMS 技术与工程分析实例[M].水利水电出版社, 2008.10.

[4] 周萍,张剑,谢昇豪,基于ADAMS /Insight 的 FSAE 赛车前悬架优化[J].电子技术2017(5), 28-31.

[5] 刘杰,周云波.基于 ADAMS /Insight 某型电动车悬架仿真优化研究[J].信息技术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，就读于长安大学汽车学院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.027