电动方程式赛车前悬架仿真分析

2018-10-30杨仁华陶陈

科技与创新 2018年20期

关键词：主销符合要求倾角

杨仁华，陶陈

电动方程式赛车前悬架仿真分析

杨仁华，陶陈

（西华大学汽车与交通学院，四川成都 610039）

运用ADAMS软件平台对赛车前悬架进行了仿真分析，建立了仿真模型，确定了仿真参数，并以伸张25 mm、压缩25 mm工况下，对前悬架定位参数改变进行了仿真分析，各定位参数变化在车轮跳动时符合要求。

悬架；ADAMS环境；仿真分析；模型参数

悬架是现代汽车上的几大主要总成之一，它的作用是把车架（或车身）与车轮弹性地连接起来，并传递作用在车身和车轮之间的所有外力，吸收部分路面传给车身的冲击载荷，减弱由于路面冲击传给车身的振动，使汽车在高速行驶下获得较理想的运动特性。悬架本身的性能特点、与整车的匹配关系等直接决定了汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和乘坐舒适性以及汽车的行驶姿态[1]。目前在ADAMS环境下对悬架的仿真研究，如以悬架中的橡胶衬套不同，仿真分析悬架性能[2]，在ADAMS/Insight环境下进行性能分析，找出轮胎磨损的原因。本文在ADAMS环境下对赛车前悬架轮跳动对定位参数的影响进行仿真分析。

1 仿真模型参数确定

1.1 赛车整车参数

赛车整车参数如表1所示。

表1 赛车参数

赛车整备质量m1275 kg前非簧载质量质心高hu198.6 mm 车手质量m265 kg前悬侧倾中心高度h135 mm 前悬单侧非簧载质量mu9.4 kg轴距L1 575 mm 前轴荷a0.45车轮半径r223 mm 赛车质心高hc270 mm赛车前轮距B1 200 mm

1.2 悬架仿真参数

设置的车轮跳动行程为50 mm，伸张和压缩行程均为25 mm。悬架硬点参数如表2所示。

2 悬架运动仿真分析[2]

以悬架伸张25 mm、压缩25 mm两个工况下的状态进行仿真分析，分析前轮定位参数改变（前轮外倾角改变、主销后倾角改变、主销内倾角改变、前束角改变）和侧倾中心改变情况。

2.1 前束角-车轮跳动量

在赛车进行直线运动时，尤其是直线加速项目比赛时，稳前束角可以保证赛车直线行驶时的稳定性。另一方面，赛车行驶的赛道弯道较多，因此设置一定前束角，减少赛车在入弯过程和弯道行驶的时间，提高转向的灵敏程度，同时确保赛车的直线行驶稳定性。采用初始外倾角可调的轮内结构，同时控制前束角随着车轮振动基本不变[3]，从图1可看出前束角变化在﹣0.7～0.4，符合要求。

表2 左侧前悬架硬点坐标

摇臂旋转轴上任意点﹣1 940﹣243470 摇臂旋转中心﹣965﹣243470 减振器内点﹣965﹣42.5537 减振器外点﹣965﹣231548 下A臂前点﹣1 162﹣21258 下A臂外点﹣972﹣58588 下A臂后点﹣808﹣19976 推杆上点﹣965﹣296501 推杆下点﹣965﹣515104 悬架装载点﹣1 162﹣21258 转向拉杆内点﹣1 030091 转向拉杆外点﹣1 029﹣568128 上A臂前点﹣1 138﹣298211 上A臂外点﹣957﹣576267 上A臂后点﹣860﹣259201 轮心﹣965﹣600175.3 外倾力矩点﹣972088 稳定杆拐点﹣875﹣27584 连杆与摇臂交点﹣965﹣275470 连杆下点﹣965﹣27584 稳定杆中心﹣875084

图1 车轮前束角-车轮跳动量特性

2.2 外倾角-车轮跳动量

赛车的轮胎外倾角对赛车极限工况下的附着能力有着至关重要的影响。当车轮垂直附着地面时，赛车的附着最佳。赛车在高速且伴随转向工况下，由于离心力和地面附着力作用，赛车将会产生侧倾运动，导致外侧车轮外倾角向正角度变化，从而降低了赛车的附着能力。因此，将从3个方面对车身侧倾导致的外倾变化补偿：①当车轮处于转向状态下时，由于主销倾角的存在，会产生车轮外倾角负向变化的趋势；②当车轮跳动时，由于双横臂不等长的悬架结构，同样会产生车轮外倾角负向变化的趋势；③对于赛车而言，性能的提升是最重要的，相比之下，轮胎的磨损便可以舍弃，因此，可以设置初始的负外倾角。但考虑到，赛车在直线上的性能，初始的负外倾角不宜过大[4]。从图2可看出外倾角变化在﹣1.25～1.25，符合要求。

图2 车轮外倾角-车轮跳动量特性

2.3 主销后倾角-车轮跳动量

主销后倾角是赛车在高速工况下的车轮回正力矩决定性因素之一。主销后倾角若是过大会导致转向沉重，尤其是对于没有助力转向，仅靠机械转向的FSEC赛车，它会对车手的驾驶体验影响更为明显。同时，赛车在赛道中行驶时，车手长时间处于频繁转动方向盘的状态，这对转向轻便提出更高的要求。从图3可看出主销后倾角变化在1°范围内，符合要求。