巴哈（Baja）赛车悬架仿真优化与平顺性分析

李萌

摘 要：悬架是汽车的重要组成部分 其性能的好坏直接影响车辆的操纵稳定性与平顺性。文章以巴哈（Baja）大賽赛车前悬架为研究对象 在ADAMS/Car中建立模型 进行仿真与优化 根据优化的结果进行平顺性实验 对提高车辆的操纵稳定性和平顺性具有一定指导意义。

关键词：赛车悬架;仿真优化;平顺性分析

中图分类号：U469.6+96  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）18-102-03

Abstract： Suspension is an important part of the vehicle， its performance directly affects the handling stability and ride comfort of the vehicle. In this paper， the front suspension of Baja race car is taken as the research object， the model is established in ADAMS/car， the simulation and optimization are carried out， and the ride test is carried out according to the optimization results， which has certain guiding significance for improving the handling stability and ride comfort of the vehicle.

Keywords： Suspension of Baja Racing; Simulation optimization; Ride performance analysis

CLC NO.： U469.6+96  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）18-102-03

1 引言

巴哈（Baja）大赛是中国汽车工程学会大赛（Baja SAE -China）的简称 是由中国汽车工程学会发起的 在各大学、职业院校展开汽车设计与制作的竞赛。根据大赛组委会的要求 各参赛车队按照赛事规则和赛车设计与制造标准在规定时间内 使用同一型号发动机 由参赛团队独立与设计制造一辆单座、发动机中置、后驱的小型越野车。

大赛有“圆木、乱石堆、炮弹坑、避障、涉水”等动态比赛事项 对赛车的操纵性与平顺性具有较高要求 因此合理设计与优化 保证赛车操纵稳定与平顺性尤为重要。

本文参考往届大赛赛车整车与悬架参数 利用悬架几何确定悬架硬点空间坐标 在ADAMS/Car中建立前悬架仿真模型进行仿真分析 根据参数结果针对性的优化 然后调整悬架硬点的空间坐标 进行平顺性验证。

2 前悬架模型与结构优化

赛车前悬架采用不等长双横臂式独立悬架 其横臂有做成“A”字形 一端安装在车轮上 另一端安装在车架上。根据整车与悬架参数 在CATIA软件中 利用整车坐标系 绘制出悬架几何的三视图 通过三视图确定前悬架各连接点的连接位置 得出前悬架的硬点的空间坐标 如表1所示：

2.1 建立ADAMS/Car模型

由于前悬架结构复杂 首先对前悬架进行简化和假设 然后在UG中建立其立体模型 导入到ADAMS/Car中 进行相关参数设置 再利用相关约束将它们连接、其他部件通过添加链接构成测试系统 最后使用外力或运动将他们驱动。

2.2 仿真实验

赛车仿真实验是在软件自带的虚拟激振台上进行的 仿真实验模型如图1所示。仿真时 设置虚拟激振台振动振幅与频率 模拟赛车在试验路面上行驶状态 输出悬架定位参数随车轮跳动变化曲线 车轮外倾角、前轮前束、主销内倾角、主销外倾角随车轮跳动变化曲线如图2、3、4、5所示 通过曲线分析 评价前悬架效果。

通过图2、3、4、5分析可知 赛车前悬架的车轮外倾角、主销后倾角变化值较小 在预期的设计范围内;主销内倾角、车轮前束随轮跳变化值较大 超出设计范围 由于主销内倾角、车轮前束对车轮定位影响较大 因此需要进一步对其进行优化。

2.3 仿真优化

为了优化赛车悬架的性能 提高设计效率 以主销内倾与车轮前束为优化目标 对悬架定位影响的8个硬点坐标作为因子进行实验。在ADAMS/Insight模块中的进行灵敏度分析和迭代算法运算 通过优化 优化目标函数的值降低了57.3%。在ADAMS/Car中对上、下横臂的连接点位置进行调整 再次通过仿真实验 主销内倾角、车轮前束随车轮跳动变化曲线如图6、7所示。

从图6、7中可以看出 优化后 主销内倾角、前轮前束最大与最小值变小 变化范围减小 优化后车轮定位参数变化明显 符合设计范围 达到预期设计目的。

3 平顺性分析

赛车平顺性是赛车重要评价指标之一 平顺性的好坏 直接影响赛车的比赛成绩 本次采用国际上常用的ISO 2631标准对巴哈（Baja）赛车进行评价。

3.1 仿真模型建立

利用前悬架动力学模型分析的数学方程 进行理论分析 在SIMULINK软件中 建立其仿真模型 如图8所示 并通过车身垂直加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷作为输出 用来评价赛车前悬架的平顺性。

3.2 仿真实验

赛车的平顺性仿真分析 需要将路面作为悬架振动的振动源 路面分类采用1984年国际标准化组织提出的“路面不平度表示方法草案”分类方法 将路面分为8个等级 具体如表2所示。

在8级中选取典型D路面进行仿真实验 把D路面参数作为输入源 当车速V=20m/s 可通过表4-1查的：在n0=0.1m-1时 D级路面的路面不平度系数的几何平均值Gq（n0）=1024× 10-6m3 模拟10s 仿真实验车身的垂直加速度路面变化曲线往年和本次如图9、10所示;悬架动挠度随路面变化曲线往年和本次如图 11、12 所示;轮胎动载荷随路面变化曲线往年和本次如图13、14 所示。

从9-14图中可以看出 车身垂直加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷最大值与最小值、变化范围与往届相比都有所降低 提高了赛车乘坐的舒适性 增加了整车的平顺性 对赛车的比赛成绩产生有利的影响。

4 结论

赛车前悬架“A”横臂上下连接点位置对车轮定位参数影响较大 通过在ADMAS/Car中建立模型进行仿真优化 利用优化结果调整前悬架上下横臂的连接点的位置 使车轮定位参数符合设计要求 达到预期设计目的 改进了悬架的操纵稳定性和平顺性 同时也加快赛车悬架设计进度 为以后悬架改进提供了优化基础。

参考文献

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