基于ADAMS的新能源汽车悬架参数仿真与优化设计

2022-02-19贾长建

机械设计与制造工程 2022年1期

贾长建

(陕西工业职业技术学院汽车工程学院，陕西咸阳 712000)

无人驾驶和新能源汽车是未来汽车的发展方向，新能源无人驾驶汽车结合了两大新的热门技术，因此对其可靠性提出了很高的要求。悬架作为汽车上最重要的一个总成，对于汽车的正常行驶有着重要的影响。汽车行驶过程中所受到的一切震动和冲击，小部分由轮胎分担，大部分由轮胎和车身之间的悬架来消化[1]。因此，悬架的可靠性决定了汽车的可靠性，对悬架的一些参数进行优化设计，是很重要的一项工作。本文以比亚迪唐新能源汽车为例，在ADAMS软件中建立其前悬架运动学仿真模型并进行仿真，检测出不合理的车轮定位参数，然后在优化模块中进行改进，从而提高该新能源汽车的行驶平顺性[2]。

1 前悬架建模

比亚迪唐新能源汽车部分参数见表1。以主驾驶位置为左侧，在ADAMS软件自带的坐标系上列出关键点的坐标，见表2。

表1 整车参数

表2 左侧关键点坐标

依据以上参数，在ADAMS软件中建立前悬架运动学仿真模型，如图1所示。

图1 悬架系统模型

2 双轮跳动试验

汽车行驶平顺性取决于车轮定位参数，因此对车轮定位参数的优化设计是很重要的一项工作，在建模完成后，对其进行双轮跳动试验，对不合适的参数进行优化[3]。对其模型进行两轮跳动试验，试验结束之后，在ADAMS软件中查看参数随车轮跳动的变化曲线。车轮的激励方程为S=50×sin(360×t)[4]，S为车轮跳动距离，t为车轮跳动时间。试验设置两轮跳动的幅度为50 mm，该跳动幅度即为模拟的路面不平度。最后得出仿真结果。

车轮外倾角变化范围的理想值为-2°/±50 mm～0.5°/±50 mm。从图2可以看出，车轮在预设的跳动幅度下其外倾角变化范围为-0.88°/±50 mm～0.05°/±50 mm，符合要求[5]。

图2 车轮外倾角变化曲线

正常情况下，主销后倾角变化范围的理想值为2°/±50 mm～6°/±50 mm[6]。从图3可以看出，后倾角随着车轮跳动的变化范围为4.55°/±50 mm～5.71°/±50 mm，符合要求[7]。

图3 主销后倾角变化趋势

主销内倾角变化范围的理想值为7°/±50 mm～13°/±50 mm，由图4可以看出，内倾角随着车轮上下跳动时的变化范围为11.40°/±50 mm～13.31°/±50 mm，不在理想范围内，需要对其进行优化设计[8]。

图4 主销内倾角变化趋势

前轮前束角变化范围的理想值为0°/±50 mm～-0.5°/±50 mm，在该范围内有利于汽车轮胎更好地工作[9]。图5所示为前束角变化曲线，由图可以看出，前束角也不在理想的范围内，需要对其进行优化设计。

图5 车轮前束角响应特性曲线

至此可知，车轮的定位参数中有两个参数不合理，需要对其进行优化设计，以改善汽车行驶的平顺性。

3 参数优化

3.1 参数优化分析

在对汽车悬架参数进行优化时，不考虑悬架本身的质量和悬架受到的外力等因素，只对其进行运动学分析[10]。根据经验，选择5个关键点坐标进行试验设计，分别是：下控制臂前点、下控制臂后点、下控制臂外支点、转向横拉杆外点和转向横拉杆内点，每个点3个方向的坐标即为该点的3个变化因子，一共有15个因子，设定每个因子的变化范围为-10～10 mm，以前轮前束角和主销内倾角[11]为优化目标，通过优化，得出15个因子对悬架系统性能的影响程度[12]。

在ADAMS中分别对15个因子进行迭代，得到优化目标与每个因子的关系。对迭代结果进一步分析，最终确定了6个需要优化的因子，即需要优化的参数，分别是：lca_rear.z(控制臂支点后点Z轴方向)，lca_outer.z(控制臂支点外点Z轴方向)，lca_front.z(控制臂支点前点Z轴方向)，tierod_inner.z(转向横拉杆内点Z轴方向)，tierod_outer.z(转向横拉杆外点Z轴方向)，lca_outer.y(控制臂支点前点Y轴方向)。对这6个参数进行进一步设计，得到最终的优化设计结果[13]。