汽車前懸架的多體動(dòng)力學(xué)仿真及優(yōu)化

1、作者簡(jiǎn)介:馬建新(1986)，女，河北石家莊人，碩士研究生，主要從事汽車動(dòng)力學(xué)仿真汽車前懸架的多體動(dòng)力學(xué)仿真及優(yōu)化馬建新馬建新1，林小鳳，林小鳳1，劉志杰，劉志杰2（1.長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西西安710064；2.陜西歐舒特汽車股份有限公司，陜西西安710043）摘要:通過(guò)測(cè)量某款轎車的雙橫臂獨(dú)立前懸架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，以ADAMS為仿真平臺(tái)，建立汽車前懸架的12多體動(dòng)力學(xué)模型。為了模擬真實(shí)的行駛工況，在仿真模型車輪的底部添加地面激勵(lì)。通過(guò)仿

2、真計(jì)算得到前輪接地點(diǎn)側(cè)向滑移量隨車輪跳動(dòng)的變化曲線，并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化結(jié)果十分明顯，前輪接地點(diǎn)的最大側(cè)向滑移量由最初的13.332mm，下降到優(yōu)化后的1.1165mm，優(yōu)化效果十分明顯。關(guān)鍵詞：雙橫臂獨(dú)立前懸架；雙橫臂獨(dú)立前懸架；ADAMS；側(cè)向滑移量；優(yōu)化設(shè)計(jì)；側(cè)向滑移量；優(yōu)化設(shè)計(jì)汽車懸架是車架與車橋之間的一切傳力、連接裝置的總稱，其作用是將路面作用于車輪上的垂直反力、縱向反力（制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力

3、矩傳遞到車架上，保證汽車的正常行駛[1]。雙橫臂式獨(dú)立懸架分為兩種形式：等擺臂和不等擺臂，這種懸架被廣泛用在轎車前輪上。雙橫臂式獨(dú)立懸架上、下擺臂的內(nèi)端分別通過(guò)鉸鏈跟車架相連，二者的外端分別通過(guò)球頭與轉(zhuǎn)向節(jié)相連。雙向作用筒式減震器的上下兩端分別與車架和下擺臂的支撐盤相連。螺旋彈簧套在減震器上，上下兩端分別支撐于車架橫梁上的支撐座和下擺臂上的支撐盤內(nèi)。雙橫臂懸架的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)選擇不同的橫臂長(zhǎng)度，將汽車前輪定位參數(shù)以及車輪跳動(dòng)時(shí)輪距的變化控制

4、在合理的范圍之內(nèi)，從而提高汽車行駛的平順性和方向穩(wěn)定性。同時(shí)，雙橫臂懸架的上、下擺臂可以有效的分擔(dān)橫向作用力，令車身在過(guò)彎時(shí)更加平穩(wěn)，并且能夠提高輪胎的貼地性。本文以ADAMS軟件為平臺(tái)，采用某款轎車的雙橫臂獨(dú)立前懸架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，建立雙橫臂懸架的仿真模型，并進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。1雙橫臂獨(dú)立懸架模型的建立由于雙橫臂獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此在建立其多體動(dòng)力學(xué)仿真模型時(shí)必須忽略次要因素，現(xiàn)做以下假設(shè)[2]：所有零部件都是剛體，減震器簡(jiǎn)

5、化為線性彈簧和阻尼，各運(yùn)動(dòng)副的摩擦力忽略不計(jì)，輪胎簡(jiǎn)化為剛性體，車身與大地固連在一起。由于雙橫臂前懸架左右對(duì)稱于汽車縱向平面，因此只需創(chuàng)建左側(cè)的懸架模型來(lái)進(jìn)行分析。雙橫臂獨(dú)立懸架包括[3]：主銷、上橫臂、下橫臂、拉臂、轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)、減震器、車輪和測(cè)試平臺(tái)共9個(gè)部件組成。減震器上端與車身相連，下端支撐于上橫臂。主銷的上下兩端通過(guò)球形副，分別與上、下橫臂的左端相連。上下橫臂的右端分別通過(guò)旋轉(zhuǎn)副與車身相連，可相對(duì)于車身上下擺動(dòng)。轉(zhuǎn)向節(jié)和拉

6、臂通過(guò)固定副與主銷相連。轉(zhuǎn)向拉桿右端通過(guò)球形副與車身相連，左端通過(guò)球形副與拉臂相連。對(duì)測(cè)試平臺(tái)添加移動(dòng)副，在車輪和測(cè)試平臺(tái)之間添加點(diǎn)、面約束副。圖2輪側(cè)向滑移量的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性曲線3模型的優(yōu)化計(jì)算當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)，具有雙橫臂獨(dú)立前懸架的車輪平面傾斜很小，但是車輪的側(cè)向滑移量卻很大，因此合理的選擇上下橫臂的長(zhǎng)度以及安裝角度，可以最大限度的降低車輪側(cè)向滑移量，同時(shí)減小車輪定位參數(shù)的變化。將車輪側(cè)向滑移量作為優(yōu)化目標(biāo)，盡量獲得最小值。優(yōu)化變量為D

7、V_4～DV_9分別指：上橫臂長(zhǎng)度、上橫臂橫XY面角度、上橫臂XZ面角度、下橫臂長(zhǎng)度、下橫臂XY面角度、下橫臂XZ面角度。采用OPTDESSQP算法經(jīng)過(guò)6步迭代運(yùn)算，得到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。目標(biāo)函數(shù)隨著迭代次數(shù)的變化曲線如圖3所示。圖3目標(biāo)函數(shù)隨迭代次數(shù)的變化曲線目前中高級(jí)轎車基本都采用寬斷面輪胎，輪胎可容許輪距的改變?cè)诿總€(gè)車輪上達(dá)到4～5mm而不致使車輪沿路面滑移。目標(biāo)函數(shù)及設(shè)計(jì)變量變化數(shù)據(jù)如表2所示。由表2可以看出，懸架在優(yōu)化前的車輪

8、側(cè)向滑移量為13.332mm，經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后降到1.1165mm，優(yōu)化效果比較明顯?？梢?jiàn)初始的懸架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)不是很理想，因此該轎車前懸架需要優(yōu)化。表2目標(biāo)函數(shù)及設(shè)計(jì)變量變化表Iter.FUNDV_4DV_5DV_6DV_7DV_8DV_9013.332340.0010.0005.0000500.009.000010.00013.4109331.6013.5274.8556508.616.472710.48522.0438316.3313.5