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基于ADAMS的巴哈赛车悬架系统的优化设计

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侯小舸杨云珍

摘要：为了提高赛车的操控稳定性和行驶平顺性，优化悬架的参数设计。在ADAMS中建立悬架系统的模型，进行运动仿真，分析重要悬架参数，根据分析结果修改悬架硬点，优化悬架参数。获得一套性能优良的悬架参数，悬架系统的性能得以提高。经过仿真赛车的悬架参数都已确定，通过硬点修改也使得其他性能参数也有所提高，利用ADAMS对悬架系统进行运动仿真节省时间，能够高效地实现悬架系统的优化设计。

关键词：悬架巴哈赛车ADAMS运动仿真优化设计

中图分类号：U463.33

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2020）07-0017-03

引言

巴哈源自西班牙语“baja”，中文含义是越野。中国汽车工程学会巴哈大赛是由中国汽车工程学会举办的一项面向全国大学生的赛事，参赛车队要在规定的一年时间内设计制造出一台发动机中置、后驱、单座的小型越野车[1]。赛事项目包括牵引赛、直线加速赛、四小时耐久赛等，赛道情况十分恶劣，因而设计一套稳定、性能优良的悬架系统十分重要。对于越野赛车而言，悬架是巴哈赛车的重要组成部分，其设计重点在于满足汽车的平顺性和操纵稳定性的要求。基于ADAMS软件对悬架系统进行建模，并进行运动仿真实验，分析实验结果，寻求动态下悬架各参数的变化规律，根据变化规律修改设计悬架硬点与参数，实现优化设计，使动态响应下的悬架参数符合初定的设计目标，通过对模型进行不同工况的仿真分析，最终优化出一套平顺性和操纵稳定性良好的悬架系统。

一、设计目标与思路

（一）设计目标

巴哈赛车悬架系统的设计理念是在满足规则要求的前提下，选取合适的悬架类型，设计出一套结构简单、具有良好导向与减震性能的悬架系统，通过优化悬架硬点，以提升整车的操控稳定性与平顺性，并在此基础上尽可能地从结构和材料方面实现轻量化。具体设计目标包括：

减小轮胎跳动过程中车轮定位参数的变化。车轮定位参数包括车轮外倾角、车轮前束角、主销内倾角和主销后倾角。缩小这四组参数在动态下的变化范围，以提升赛车应对各种工况时的操控稳定性。

通过提高悬架的侧倾角刚度以提升悬架系统的抗侧倾性能，提升转弯、过障工况下的横向稳定性。

轻量化。在满足规则要求和结构强度的前提下，尽可能地简化结构，减轻质量。

（二）设计思路

巴哈赛车悬架系统优化设计的思路为：首先初定一套悬架硬点及參数，设定预期的悬架性能，例如极限过弯工况T的侧倾角、车轮定位参数在轮胎跳动过程中的变化范围等。根据初定的悬架参数及硬点，在ADAMS中进行建模，并进行运动仿真，分析仿真结果，分析结果是否满足预期的悬架性能，若不满足，则修改初定的悬架硬点及参数，再利用修改后的悬架参数进行建模与运动仿真，直至仿真结果符合预期的悬架性能。设计思路图如图1：

二、初步设计悬架系统的各项参数

（一）确定悬架类型

前悬架采用双横臂式独立悬架，这种悬架具有良好的操控性，能提供较好的侧向支撑与横向刚性，同时对于行驶工况恶劣的巴哈赛车而言，也能保证一定的稳定性。

后悬架采用斜置单纵臂式悬架，并另外加两根限位拉杆限制轮胎的自由度，结构上与多连杆式悬架也颇为相似。这种悬架形式优点在于其结构稳定，后轮限位稳固，具有较高的参数调校上限。

（二）前悬架几何设计

在前悬架几何设计中，主销的参数是设计重点，主销后倾角决定主销拖距，而拖距影响赛车的回正力矩[2]，由于巴哈赛车转向系统的特性，的确需要一定的回正力矩，所以初步将主销后倾角定在4.5°，主销拖距为5.5mm;关于主销内倾角，设计方向是尽可能地减小主销偏移距，尽可能选取较大的主销内倾角，并提高下球销的高度，但也要考虑到前转向节的加工制造与受力问题，故初步将主销内倾角确定为10.3°，主销偏移距为40.6mm。

主销的位置确定后，再选择合适的侧倾中心高度，这一参数反映着悬架的运动规律与载荷转移规律。侧倾中心高度的确定主要是权衡两个方面，一是车身的侧倾，二是车轮随车身的外倾。车身的侧倾主要与质心高度和侧倾中心高度的差值有关，而车轮的外倾主要与由悬架摆臂布置决定的侧倾外倾变化率和由胎内压强决定的轮胎径向刚度有关，巴哈赛车的质量较轻，侧倾时的载荷转移并不足以对轮胎压强造成太大的变化，故初步确定侧倾中心高度为168.1mm，计算得侧倾外倾变化率为41%，如图2。

（三）后悬架几何设计

前后悬架是相互关联，密不可分，因此前后悬架几何的设计是同时进行的。后悬架由于后立柱的结构原因，是—种无主销结构，在设计上相对简单一些。后悬架的侧倾中心高度的确定是在前悬的侧倾中心高度确定之后，为了匹配前悬的侧倾中心高度，得到合适的侧倾轴线，初步将后悬的侧倾中心高度定在205.6mm。侧倾中心高度关系到后摆臂与车架连接硬点的位置。对于单纵臂的悬架，侧倾中心高度的具体确