FSAE賽車前懸定位參數優化分析

趙效虎，高培，歐鵬飛

（長安大學 汽車學院，陜西 西安 710064）

FSAE賽車前懸定位參數優化分析

趙效虎，高培，歐鵬飛

（長安大學 汽車學院，陜西 西安 710064）

根據總布置參數初步確定懸架硬點，隨后在Adams/Car中建模，并進行K&C特性分析。利用Insight模塊對硬點坐標進行優化，得到合理的定位硬點。

FSAE賽車；雙叉臂懸架；Adams；設計優化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.033

CLC NO.:U467.4Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-97-02

前言

方程式賽車一般采用雙叉臂懸掛結構，這種懸架結構橫向剛度大，側傾中心低，確保賽車在高速過彎時具有較好的抓地力和操穩性。當然這就要求懸架的導向機構在上下運動過程中參數值始終在設計值附近變動。

1、前懸模型的建立

1.1 參數的確定

大賽要求軸距至少為 1525mm，較大軸距會造成轉向不靈敏。對賽車而言，輪距與軸距比約為0.5，前輪距比后輪輪距稍大有利于高速避障[1]，側傾中心一般前低后高[2]。因此，總布置給出的參數如下：①軸距1550mm②前輪距1180mm，③后輪距1150mm④主銷后傾角6°⑤主銷內傾角8°⑥外傾角-1.5°⑦束角-0.4°⑧側傾中心（前/后）40mm/60mm⑨質心高度300mm。

1.2 建立前懸仿真模型

在Adams建模步驟如下：①確定硬點。②確動力學參數。③創建部件④定義約束。⑥定義作動器。⑦創建通訊器。⑧添加試驗臺并調試[3]。根據2.1中的參數可得到懸架硬點見表1。

根據表2的硬點坐標在Adams/Car中建立前懸模型并加載K&C特性試驗臺如圖1所示。

2、懸架運動仿真

對懸架進行雙輪跳動試驗可以作為分析懸架性能的重要方法[4]。設置上下跳動各 30mm，調取定位參數曲線見圖 2的初始曲線。

圖1 前懸架機構模型

主銷內傾角可以使輪胎有自動回正的功能，但如果變化較大會使駕駛員感到轉向沉重。由圖 2(a)看出內傾角隨輪跳增加而上升，這種趨勢符合載荷越大希望回正力矩越大的觀點，但是內傾角變動范圍為 3°，設計經驗要求不超過為 2 °，故需要進行優化。

同內傾角相似，主銷的后傾角可使汽車在高速行駛時輪胎有自動回正的功能，且能減少從輪胎到方向盤的沖擊。由圖2(b)看出主銷后傾角變化范圍較小，較為理想。

過彎時車輪外傾角的影響車輪與地的接觸面積從而影響抓地力，這對賽車過彎時影響極大。對賽車而言高速轉彎時載荷轉移較大，故在車輪上下跳動過程中需始終保持負的傾角，且隨著輪跳增加負外傾的趨勢逐漸增大，以便提高輪胎抓地力。由圖2(c)看出在車輪跳動過程中趨勢符合上述要求，但傾角變化3°，設計經驗值要求在2°以內，故需要優化。

賽車一般選用負的前束角以便和負外傾匹配，此外如果前束變化較大將會加劇車輪的磨損。由圖2(d)看出在車輪跳動過程中，束角變動約0.9°，但經驗要求在0.5°以內。由圖看出隨著輪跳上升，束角負向增大，當車輛轉向時由于載荷轉移使外側懸架壓縮較大，此時加劇不足轉向，若不足轉向過大將會造成嚴重的“推頭”現象，因此一般的賽車要求略微的過度轉向，有利于賽車快速入彎。

3、導向機構模型優化

3.1 優化步驟

在優化過程中以前輪定位參數優化目標，因懸架左右對稱，故在優化只需考慮單邊硬點。優化范圍先設置為-5mm至5mm，若不滿足定位要求可再擴大范圍。以上、下A臂前后球頭，拉桿內外球頭坐標為變量，共計18個變量，進行一次優化試驗，結果見圖 2。相對初始值有了較大改善，但束角的在上跳過程中呈現過度轉向的趨勢，不能滿足賽車要求，故進行第二次優化，范圍為-10～10mm。

3.2 優化結果

由圖2可以看出，兩次優化后主銷內傾角變化范圍為1.5 °，較優化前有了較大改善；主銷內傾角變化范圍也有了改善；車輪外傾角變化為1.7°，滿足了經驗要求，減小了輪胎的磨損，獲取了更大的側向力；前輪束角變動范圍為0.1°且隨著輪跳的上升出現略微的轉向過度的趨勢，這有利于賽車快速入彎。

4、結論

本文在Adams/Car中建立某FSAE前懸模型并進行運動仿真，利用Insight模塊對車輪定位的硬點坐標進行了優化試驗，較好的解決了在車輪上下跳動過程中定位參數變化較大的問題。

圖2(a) 優化前后主銷內傾角對比

圖2(b) 優化前后主銷后 傾角對比

圖2(c) 優化前后車輪外傾角對比

圖2(d) 優化前后前 輪束角對比

[1] Will F. Milliken, Douglas L .Milliken. Race Car Vehicle Dynamics [M] Warrendale, PA : Society of Automotive Engineers, c1995.

[2] 黃杰文，黃菊花.利用ADAMS/car對雙橫臂懸架的動態仿真與分析[J]. 現代制造工程2010.3:127-131.

[3] 陳軍. MSC.ADAMS技術與工程分析實例[M]北京：中國水利水電出版社,2008：55-56.

Optimization of Alignment Parameters of the FSAE front suspension

Zhao Xiaohu, Gao Pei, Ou Pengfei

( University of changan automobile institute, Shaanxi Xi'an 710064 )

The suspension can be determined according to the total arrangement parameters and adopt Adams / Car for modeling、K & C analysis .Then use the Adams / Insight to optimize the hard points to get the right hardpoints.

FSAE racing car; double wishbone suspension; Adams; optimization

U467.4

A

1671-7988 (2017)06-97-02

趙效虎（1993—），男，長安大學汽車學院碩士研究生，車輛工程專業。