半挂牵引车板簧前悬架正交优化设计

2016-09-13山西中北大学郝辰杰吕彩琴董家广

河北农机 2016年2期

山西中北大学　郝辰杰　吕彩琴　董家广

半挂牵引车板簧前悬架正交优化设计

山西中北大学郝辰杰吕彩琴董家广

本论文针对某半挂牵引车板簧前悬架分析中存在前束角、外倾角变化范围较大而导致整车行驶稳定性较差的问题，提出了正交优化设计方法。首先，在Adams/Car中建立某挂车牵引车前悬架模型，并运用全因子试验进行悬架设计硬点参数的灵敏度分析。然后，利用灵敏度结果做正交试验，通过正交试验进行优化。最后，对优化前后前悬架的前束角、外倾角变化范围进行对比分析。结果表明，该优化算法简单快捷地提高了整车的操纵稳定性。

板簧前悬架；前束角；外倾角；正交优化

1　前言

在汽车底盘开发过程中，需要优化悬架定位参数与车轮跳动之间的关系，从而使汽车达到良好的操纵稳定性和平顺性。目前，该工作主要是由国外公司来完成，导致其成本过高、周期过长。鉴于此，本文运用Adams/Car建立某半挂车前悬架的精确模型，利用正交试验对该悬架的定位参数进行优化设计，为国内悬架调校工作提供了软件调校指导。

2　前悬架参数的分析

2.1前悬架模型的建立

2.1.1板簧悬架子系统的建立

（1）前悬架硬点、部件及几何形状的建立

硬点的位置可以用来确定大部分部件及其连接点的位置。创建好硬点后就可以在硬点的基础上创建部件，并进一步创建结构的几何形状。在模板中，需要确定各部件的约束条件。具体的前悬架结构硬点如图1所示。

图1　前悬架硬点坐标

（2）钢板弹簧的建立

此车型前悬板簧平衡位置等效刚度是330N/mm，弧高为130mm，板簧总成在自由状态下的曲率半径是2972mm。为保证板簧刚柔混合特性，建模时将其做成离散柔性连接体。

2.1.2悬架的装配

将建立好的前悬架模型、钢板弹簧模型、转向系模型、轮胎模型等生成子系统，再通过相应的通讯接口进行装配，最终在前悬架试验台上得到前悬架仿真模型，如图2所示。

图2　前悬架仿真模型

2.2前悬架运动特性分析

车轮前束角对车辆的行驶稳定性具有重要影响，是汽车悬架的重要设计参数之一。图3为车轮前束角随车轮跳动的变化曲线，其变化范围是1.07°～-1.18°，变化范围较大，需进一步优化。

图3　优化前前束角随车轮跳动的变化曲线

车轮上跳及下跳时的外倾变化对车辆直行稳定性、稳态响应特性等有很大影响。一般上跳时车身外倾角为-0.02°～0.05°。图4为车轮外倾角随车轮跳动的变化曲线，其变化范围为-0.075°～0.05°，需进一步优化。2.3定位参数灵敏度分析

图4　优化前外倾角随车轮跳动的变化曲线

由上文的分析结果把前轮前束角作为优化目标，设计目标值选择为最大值根据悬架的实际结构，考虑到设计时方便修改的情况，选取lower kingpin axis（主销下点）、upper kingpin axis（主销上点）wheel center（轮胎轮心）、tie rod arm（转向横拉杆外点）、leafspring front axle（板簧和前轴的连接点）共5个硬点，15个参数作为影响因子。考虑到影响因子较多，不利于数学建模，先对所有因子通过全因子敏感度检测结果如图5所示。

图5　全因子敏感度检测

综合敏感度分析，本文所用优化模型的影响因子中upper kingpin axis.x、lower kingpin axis.x、upper kingpin axis.y，upper kingpinaxis.z，lowerkingpinaxis.z leafspring front axle.x、tie rod arm.x对优化目标影响较大，故而选定这7个因素为优化因子。

3　数学模型的建立

在进行试验方法设计时，假如使用全因子试验，其试验次数达到了27=128次这会使得优化迭代过程繁多。如果使用全因子正交试验，试验次数为L8（27）这样大大降低了试验进行时间。现也将初始因子的变化范围设定为±1%，对悬架原始的硬点坐标做正交优化，其中正交试验如表1所示，由正交试验得出各硬点优化结果如表2所示。