基于ADAMS的FSAE赛车双横臂悬架的仿真优化_柳威

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1、第６期（总第１８１期）机械工程与自动化Ｎｏ．６２０１３年１２月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＤｅｃ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１３）０６－００５１－０３基于ＡＤＡＭＳ的ＦＳＡＥ赛车双横臂悬架的仿真优化柳威，师忠秀，于渊，王甜甜（青岛大学，山东青岛２６６０７１）摘要：在ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ模块中建立ＦＳＡＥ赛车双横臂悬架模型，对模型进行运动学仿真，分析仿真结果，确定优化目标；在ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ模块中设定设计变量、目标函数和约束条件进行多目标优化；根据优化结果修改模型，再次进行仿真分析，并比较优化前和优化后悬架的综合性能。仿真结果表明，优化后悬架

2、系统的运动学性能得到改善。关键词：ＦＳＡＥ赛车；ＡＤＡＭＳ；双横臂独立悬架；建模仿真；优化分析中图分类号：Ｕ４６３．３３∶ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ０引言化范围是－４．３４８５°～－３．７６３３°，外倾角变化幅度过悬架是汽车的重要组成部分，决定着汽车的平顺大。［１］性与操纵稳定性，其中前悬架至关重要。前悬架应具有良好的运动学特性，保证在轮跳中前轮定位参数在合理的范围内变化，从而确保汽车的转向轻便性，减［２］少轮胎的磨损。双横臂独立悬架具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性，轻便可靠，结构简单，在ＦＳＡＥ赛车上得到了广泛的应用。本文以赛车悬架为研究对象，利用ＡＤＡＭＳ对其进行仿真，从而达到优化的目

3、［３，４］的。图１双横臂独立前悬架模型１双横臂独立悬架仿真模型的建立（２）后倾角的主要作用是保证汽车转弯后自动回悬架的建模主要是在ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ模块中完成正以保持直线行驶的能力。后倾角越大，回正力矩越的，为了建模的方便，应对前悬架系统进行适当简化和［５］：①悬架中除橡胶元件和弹性元件外，所有零部大，但转向不灵敏，所以后倾角不宜过大，一般设计要假设［６］求随车轮上跳而增加。从图２（ｂ）可以看出，主销后件都认为是刚体，同时零部件之间的所有连接都简化为铰接，内部间隙不计；②认为左、右两侧非悬挂质量倾角的变化范围是－０．０００８°～０．０１３°。（３）适当的内倾角使赛车在转弯时自动回正，保系统相

4、同，关于赛车纵向中分面对称；③车轮上下跳动时，假设车身相对于地面是静止的，即没有上下位移。持赛车直线行驶的稳定性。但内倾角过大，前轮自动从机械实物或者ＣＡＤ软件中获取硬点的空间坐回正能力就会过强，转动转向盘就会费劲，而且也会增标，给机械系统建立运动部件、施加相应的约束，并定加轮胎的磨损，因此希望内倾角变化尽量小。由图２（ｃ）义模型中的相关部件、弹性元件、铰链及相应的外界条可以看出，主销内倾角的变化范围是３．１９８８°～３．７８３°。件，从而建立起机械系统的运动学模型，如图１所示。（４）前束角要与外倾角匹配，外倾角为负值，前束角也设为负值。前束角变化过大影响赛车直线行驶的２仿真结果及数据分析在

5、标准模式下建立前悬架子系统模型，装载在悬稳定性，使轮胎磨损加剧，所以希望其变化量越小越架试验台上进行双轮平行跳动仿真试验，对左、右轮施好。由图２（ｄ）可以看出，车轮前束角的变化范围是加垂向运动，行程为±３０ｍｍ，仿真结果如图２所示。－１．６６６３°～－０．５７８６°。（１）为了最大发挥轮胎性能，在转弯中提供最大通过上述分析，可看出赛车在跳动过程中，主销内侧向力，设计时常把外倾角设为负值，而且希望其随车倾角、车轮外倾角和前束角变化范围过大，需要优化。轮的跳动变化尽量小。从图２（ａ）可看出，外倾角的变３设计变量对目标的影响度利用Ｉｎｓｉｇｈｔ进行优化分析，考虑到整车的尺寸限收稿日期：２０１３－０

6、４－０７；修回日期：２０１３－０６－１７作者简介：柳威（１９８８－），男，山东烟台人，在读硕士研究生，研究方向：现代设计方法与制造。·５２·机械工程与自动化２０１３年第６期制，选定悬架中的下横臂前后点、上横臂前后点、转向工作矩阵，通过５２１次迭代运算，从而得到各变量对设［７］拉杆内点５个硬点的ＹＺ坐标为设计变量。创建ＤＯＥ计目标的影响度，如表１所示。图２车轮定位参数的变化曲线表１设计变量对设计目标的影响度％设计变量设计目标参数下横臂前点下横臂后点上横臂前点上横臂后点拉杆内点ＹＺＹＺＹＺＹＺＹＺ前轮外倾角－０．０７３．３－０．０５２．７－０．０２－３．８９－０．０２－３．１５０．０１０．０３主

7、销后倾角－３．８７－１．１１３．８６０．５６．０３１．３７－５．９９－１．９１０．０１０．０１主销内倾角０．１５３．０３０．１５３．０３－０．３１３．５５－０．３１－３．５５０．０１０．０１前轮前束角－２．１４－３９．９６－１．６８－３０．５－１．０３－１１．１１－０．８－９．３５４．０３１１９．６１从表１中可以看出：对外倾角和内倾角影响较大其中：ωｉ（ｉ＝１，２，３，４）为加权系数；αｍａｘ、βｍａｘ、γｍ