FSAE悬架动力学仿真与优1

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1、FSAE悬架动力学仿真与优化通过CATIA对FSAE江大之星进行了三维造型设计，如图1（加入CATIA三维图形）所示，根据三维结构得到悬架主要硬点的空间坐标，并根据该悬架的实际结构和相关建模参数，便可利用ADAMS/CAR对悬架进行建模。江大之星前后悬架均采用双横臂独立悬架。以前悬架为例本模型包括上横臂、下横臂、主销、拉臂、转向拉杆、转向节、车轮、以及测试平台等物体。控制臂一端通过转动铰与车架（这里即为地面）相连；另一端通过球铰与转向节相连；下控制臂与上控制臂的连接方式相同。车轮（即hub构件）通过转向铰与转向节相连。在运动学

2、分析时，认为车身与地面通过固定铰联系。转向横拉杆与转向节为球形铰链连接，另一端与大地为球形铰链连接。另外测试平台和大地为垂直方向移动副约束，车轮和测试平台之间为点面约束（垂直方向）。图2为该双横臂悬架模型约束关系拓扑结构，图3该悬架虚拟样机模型，图4转向系虚拟样机模型，图5为将转向系模型、悬架模型和悬架虚拟测试台组装在一起的虚拟样机模型，通过对模型参数的调整便可仿真分析悬架特性，并根据设计目标进行优化。图2双横臂悬架模型约束关系拓扑结构图3悬架虚拟样机模型图4转向系虚拟样机模型图5前悬架转向虚拟样机模型根据ADAMS/CAR模

3、块的悬架仿真试验进行同向平行轮跳试验转向输入试验分析了所设计的悬架转向系统的相关特性。1、平行轮跳仿真以下各图均为左前轮的试验仿真分析曲线。图6为前悬架左右车轮轮跳量在40mm—-40mm的跳动过程中悬架的运动学分析曲线，设计时应尽量减少车轮相对车身跳动时的外倾角变化。图6前悬架轮跳与外倾角关系曲线如图6所示，轮跳量在-40—0mm变化过程中，悬架模型的车轮外倾角减小；轮跳量在0—40mm变化过程中，悬架模型车轮外倾角在增大，变化趋势舒缓。悬架模型车轮外倾角变化范围为-0.6~0.5°/40mm,变化较小，满足设计要求。这将减

4、小轮胎的侧向滑移，提高了汽车的操纵稳定性。如图7所示，车轮前束变化范围为-0.43~0.005°/40mm,之间，变化范围较小，但变化趋势不平缓，需进行优化。图7前悬架轮跳与前束关系曲线如图8所示，单侧轮距变化量的变化范围为-0.12~3.35mm/40mm之间，悬架单侧轮距的变化较小，减小了轮胎的偏磨损，保证了车辆的直线行驶性能。图9前悬架轮跳与轮距关系曲线1、转向输入仿真转动方向盘，车轮跟随方向盘转动，通过仿真以检验方向盘转向性能，是否满足阿克曼转角关系.(请陆存豪补充一些优化设计的分析过程。)图10为左侧车轮实际转角与阿

5、克曼转角关系对比图，实线为阿克曼转角，虚线为车轮实际转角。由图中可以看出，经过优化后的方向盘转角满足阿克曼转角关系，误差较小，设计合理。图10实际转角与阿克曼转角关系对比图后悬架建模原理与前悬架相同，同样进行平行轮跳仿真，以检验后悬架特性。仿真结果表明，设计满足要求。图11为后悬架虚拟样机模型。图11后悬架虚拟样机模型如图12所示，轮跳量在-40—0mm变化过程中，悬架模型的车轮外倾角减小；轮跳量在0—40mm变化过程中，悬架模型车轮外倾角在增大，变化趋势舒缓。悬架模型车轮外倾角变化范围为-0.65~0.46°/40mm,变化

6、较小，满足设计要求。这将减小轮胎的侧向滑移，提高了汽车的操纵稳定性。图12前悬架轮跳与外倾角关系曲线如图13所示，单侧轮距变化量的变化范围为-0.04~3.25mm/40mm之间，悬架单侧轮距的变化较小，减小了轮胎的偏磨损，保证了车辆的直线行驶性能。图13前悬架轮跳与轮距关系曲线基于admas/insight,对江大之星前悬架进行优化。优化目标为减小前轮前束的最大值，从而减少平行轮跳工况下，前束的变化范围，同时使变化范围更为平缓。已左轮为例，首先，与前束有关的硬点为转向横拉杆的内外点，故选取这两硬点的6个坐标点为试验设计因素集

7、。对其进行灵敏度分析，确定灵敏度最大的因素。采用二水平部分因子试验设计方法，供需进行32次试验。试验设计矩阵如图14所示。图14试验设计矩阵如图15所示，六个坐标点对前束影响的灵敏度有明显差别，由图可知，tierod_inner的三个坐标点对toeangle影响的灵敏度较高，以Z点坐标最为明显。图15灵敏度分析对分析出的高灵敏度因子，进行二水平全因子试验设计，试验设计共8次，图16为试验设计的工作矩阵。图16试验设计的工作矩阵根据试验结果，选取设计目标的最小值，以减小前束的变化量。优化前后的轮跳仿真对比结果，如图17所示。优化

8、后，车轮前束变化范围为-0.07~0.05°/40mm,之间，变化范围较小，但变化趋势不平缓，需进行优化。图17优化结果