基于ADAMS-Insight的汽车双横臂前悬架仿真与优化研究

基于ADAMS/Insight的汽车双横臂前悬架仿真与优化研究

康学忠（重庆工业职业技术学院车辆工程学院，重庆401120）双横臂独立悬架在乘用车上有广泛应用，其导向机构设计的合理与否，直接影响着悬架的性能好坏以及轮胎磨损严重与否[1-2]。本文以某乘用车双横臂前悬架为研究对象，在ADAMS/Car模块中建立其多体动力学虚拟样机模型，进行双轮平行跳动试验，在ADAMS/Postprocessor中对前轮定位参数随轮跳的响应进行研究，针对不合理的车轮定位参数，在ADAMS/Insight模块中优化设计。1悬架虚拟样机模型的建立本文调用ADAMS/Car提供的子系统标准模板库中的双横臂悬架模板，根据已有的硬点参数对模型进行修改[3-4]，得到虚拟样机仿真模型，如图1所示。建模涉及的整车参数、悬架硬点参数值见表1、表2。图1双横臂悬架虚拟样机模型表1某汽车整车参数表2前悬架左侧关键硬点坐标值2仿真结果ADAMS/Car中双轮平行跳动试验可以获得悬架定位参数随轮跳变化规律，试验步数100，仿真模式为交互式（interactive），车轮向上跳动量50mm，向下跳动量设置为-50mm，完成仿真后，在ADAMS/Postprocessor模块中得到悬架定位参数随轮跳变化的曲线[3]。主要从车轮前束角、车轮外倾角、主销后倾角以及主销内倾角4个参数进行分析。前悬架理想的性能参数变化范围[5-6]要求如下。前束角随轮跳有过大变化，会降低汽车行驶稳定性、增大轮胎滚动阻力、增大轮胎磨损，因此，前束要求变化率-0.5°/50mm轮跳以内。外倾角应保持在最小的变化范围内变化，一般理想的外倾角的变化范围为（-2°～2°）/±50mm轮跳，最好是在（-1°～0.5°）/50mm上跳。主销后倾角，对于前置前驱车辆，其合理变化范围为（1°～7°）/±50mm轮跳。主销内倾角，合理的变化范围为（7°～13°）/±50mm轮跳。由表4可知，前束角变化范围-0.53°～1.81°，变化量是2.34°，超出理想范围，需要优化。车轮外倾角的变化范围-1.02°～0.33°，变化量是1.35°。满足设计要求，变化量还是较大，需要优化。主销后倾角的变化范围为5.29°～5.58°，变化量小，符合设计要求。主销内倾角的变化范围为9.52°～11.08°，变化量为1.56°，变化量偏大，需要优化。由上述分析可知，部分悬架定位参数随轮跳的变化规律不理想，需对该悬架进行优化设计。3双横臂前悬架优化3.1双横臂悬架优化ADAMS/Insight模块中有若干优化策略（InvestigationStrategy,IS）及优化算法（DOEdesigntype），优化策略本文选择二阶响应面法，优化算法选择D-optimal算法[6]。在ADAMS/Insght中进行优化设计：主销偏移距、主销内倾角、车轮外倾角、前束和主销后倾角这5个悬架定位参数作为优化目标，选择对双横臂前悬架定位参数影响较大的12个硬点坐标值[5]作为设计变量（坐标见表4），每个变量的扰动范围在-10mm～10mm，共进行256次仿真。12个因子对5个优化目标的影响如图2—图6所示，选出对优化目标影响很小的3变量（hpl_lca_front.y；hpl_lca_rear.y；hpl_uca_front.y），在ADAMS/Insght优化界面对这三个因子固定，根据灵敏度分析和重点优化对象，选择合适的优化目标权重进行优化，结果如表3所示。图212个因子对外倾角的灵敏度的影响程度图312个因子对后倾角的灵敏度的影响程度图412个因子对主销内倾角的影响程度图512个因子对主销偏移距的影响程度图612个因子对前束角的影响程度表3重要硬点优化结果3.2优化前后的结果分析双横臂前悬架为左右对称结构，在平行轮跳试验中左、右车轮定位参数相同，下文将仅讨论左前轮的仿真结果。优化前、后悬架定位参数变化范围如表4所示，下文具体分析。考虑悬架各定位参数之间相互影响，一个参数得到优化的同时，其他某几个参数可能会出现不如优化之前好的情况。3.2.1外倾角图7为外倾角仿真结果，结合表4，分析可知，优化结果满足设计要求（见上文），优化后外倾角变化量的减少量为0.38°，占优化前外倾角变化量的28%，优化效果明显。表4优化前后悬架定位参数变化范围表3.2.2主销后倾角主销后倾角仿真结果如图8所示，结合表4，分析可知，优化结果满足设计要求（见上文），且优化后后倾角变化量的减少量为0.17°，占优化前后倾角变化量的59%，得到了良好的优化效果。图7车轮外倾角仿真结果图8主销后倾角仿真结果3.2.3车轮拖距车轮拖距仿真结果如图9所示，优化后拖距变化量减少了2.01mm，占优化前拖距变化量的74%，取得了理想的优化效果。图9车轮拖距仿真结果3.2.4主销内倾角主销内倾角仿真结果如图10所示，结合表4，分析可知，优化结果满足设计要求（见上文），且优化后内倾角变化量的减少量为0.58°，占优化前内倾角变化量的37%，对主销内倾角的优化取得了良好效果。图10主销内倾角仿真结果3.2.5车轮前束角前束角仿真结果如图11所示，结合表4，分析可知，优化结果满足设计要求（见上文），且优化后车轮前束角变化量的减少量为1.42°，占优化前的前束角变化量的61%，对前轮前束角的优化取得了良好效果，有益于提升车辆操稳性能。图11车轮前束角仿真结果3.2.6主销偏移距乘用车主销偏距设计要求为（-18,79）mm，且主销偏距选用负值可减小制动跑偏。主销偏移距仿真结果如图12所示，优化后主销偏移距变化量增加了0.02mm，占优化前主销偏移距变化量的1.6%，主销偏距优化前后的变化量几乎不变，优化后主销偏距为负值，在合理范围内，符合设计要求。图12主销偏移距仿真结果3.2.7轮距变化量轮胎拖距仿真结果如图13所示，优化后轮距变化量减少了0.8mm，占优化前轮距变化量的7.9%，有一定的优化效果，提升了车辆操稳性能且降低了轮胎磨损。图13轮距仿真结果3.2.8转向角车轮转向角仿真结果如图14所示，结合表4，分析可知，优化后车轮转向角变化量的减少量为1.42°，占优化前的转向角变化量的61%，优化效果显著。图14转向角仿真结果小结：上述优化过程表明，优化后，预定的悬架优化目标（前束角、外倾角、主销内倾角、主销偏移距和主销后倾角）取得优化的同时，其他悬架定位参数（车轮拖距、轮距变化量和转向角）也得到了优化，悬架性能得到改善。4结语在ADAMS/Car模块中，通过修改标准模板中相关参数，建立某乘用车双横臂前独立悬架虚