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大学生电动方程式汽车悬架系统的优化
2019-07-23 20:21:41· 来源：汽车实用技术杂志社 作者：顾玉平,高江徽,郑竹安
摘 要通过 ADAMS 的 CAR 和 INSIGHT 两个模块，对电动方程式赛车的前悬架进行了建立模型，以车轮外倾角参数做了系统的分析，从 INSIGHT 的曲线中对相应的参数变
摘 要
通过 ADAMS 的 CAR 和 INSIGHT 两个模块，对电动方程式赛车的前悬架进行了建立模型，以车轮外倾角参数做了系统的分析，从 INSIGHT 的曲线中对相应的参数变量进行了相应的调整。研究后结果表明，优化后的前悬架在平稳性和操作稳定性都得到了提升，使得赛车的前悬架满足初期设计要求。
前 言
中国大学生方程式汽车大赛（英文简称： FSC）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。 此赛事被誉为“汽车工程师的摇篮”。 赛车悬架的优化与否，直接影响赛车的性能，特别是在赛车的操纵稳定能力和行驶的平顺能力。 目前研究方程式赛车悬架的仿真工具，主要就是 ADAMSCAR 和 OK，本课题基于ADAMSCAR 模块对方程式赛车有着强大的数据分析能力，对一种 FSC 电动赛车的悬架进行了仿真和优化，对赛车后期的开发与修正提供了方法和一定的支持。
1 前悬架模型的建立
利用 adams 软件建立前悬架模型，如图 1 所示，构建空间拓扑结构，继而得到相应的硬点坐标，以赛车的纵向为 X轴，横向为 Y 轴，汽车垂向为 Z 轴。因为悬架具有对称性，下图 2 只表示了悬架的一侧。
图 1 为 adamscar 中构造模型
1-车架；2-减振器；3-摇臂；4-上控制臂；5-下控制臂；6-推杆；7-转向节总成；8-转向横拉杆；9-车轮总成
图 2 赛车悬架的空间拓扑结构
2 电动赛车前悬系统硬点参数优化
利用 ADAMSinsight 模块对前悬的相关定位参数，进行分析优化，以便于进一步的分析参数，对赛车的开发起到指导作用。在 insight 中本课题主要对下 A 臂前点（lca_front)， 下 A 臂后点（lca_rear)，下 A 臂外点（lca_outer)，这 9 个参数作为设计变量，本文旨在调整车轮外倾角，车轮前束角，主销后内倾角，将此 3 个优化目标作为响应目标，在 insight模块中创建运算矩阵，并选择了 Specification/fractional Factorial 模式对 insight 进行了 64 次迭代运算（图 3），得到相应的设计空间（部分图 4），运行工作矩阵后，得到优化前后车轮定位参数的变化曲线（图 5，图 6）。
图 3 迭代运算
图 4 设计空间
图 5 变化曲线
图 6 变化曲线
3 赛车前悬的仿真分析
车轮外倾角是影响赛车的操纵性的重要因素，直接影响了汽车的行驶平顺性，同事对轮胎的磨损和转向特性也有一定的影响，前轮外倾角不应该过大，不然也会产生车轮偏磨，赛车在行驶过程中上下跳动都会造成车轮外倾角的变化，下图中优化前车轮外倾角的而变化和优化后变化几乎一致，因为insight在优化考虑了外倾角的变化范围在满足要求的情况下一直很小，变化一直维持在-0.5 度 0.35 度度，在综合其他设计目标情况下，调整的意义不是很大等部分其他因素。
实线-优化前，虚线-优化后
图 7 车轮外倾角优化后曲线
总 结
本文主要对方程式赛车的前悬做了优化处理，在运用adamscar 基础上对赛车进行了建模，定点，仿真。特别是利用 insight 对整个前悬做了参数处理，找到了初始设计中的不足，通过建立计算矩而对车轮外倾角进行了分析，对赛车前悬架做出了小范围的改善，保证了赛车在下一步开发设计中拥有良好的平顺性和操作稳定性。
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