廖抒華，曹玨，鐘金志

（1.廣西科技大學(xué)汽車與交通學(xué)院，廣西 柳州 545006; 2.柳州孔輝汽車科技有限公司，廣西 柳州 545006）

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ADAMS懸架模型精度提高的一種方法

廖抒華1，曹玨1，鐘金志2

（1.廣西科技大學(xué)汽車與交通學(xué)院，廣西 柳州 545006; 2.柳州孔輝汽車科技有限公司，廣西 柳州 545006）

摘 要：懸架硬點和襯套剛度的測量誤差對模型精度有一定影響。以物理實車試驗數(shù)據(jù)為目標，在adams/insight中對硬點位置和襯套剛度參數(shù)進行靈敏度分析，對靈敏度高的參數(shù)進行調(diào)整，以此提高模型精度。

關(guān)鍵詞：adams建模；adams模型調(diào)整；insight優(yōu)化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.012

CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-33-03

引言

在車輛開發(fā)過程中，應(yīng)用多體系統(tǒng)動力學(xué)軟件進行前期開發(fā)及預(yù)測已被廣泛采用。因此，如何提高模型的精度具有重要意義。建立模型用的硬點數(shù)據(jù)可以通過三坐標測量設(shè)備（CMM，coordinate measurement machine）在物理實車上測得，或者通過對物理實車的CAD數(shù)模進行虛擬測量獲得。建立模型用的襯套、彈簧、限位塊屬性文件，通過供應(yīng)商提供的試驗數(shù)據(jù)獲得。這兩部分的測量誤差，將會對模型精度產(chǎn)生一定影響。本文以物理樣車試驗數(shù)據(jù)為目標，通過adams/insight模塊對懸架模型的硬點位置和襯套剛度在誤差范圍內(nèi)進行優(yōu)化，從而進一步提高模型的精度。首先介紹在ADAMS/car模塊中建立懸架模型所需要的輸入?yún)?shù)，以及模型初始狀態(tài)的調(diào)整方法。然后利用insight模塊對硬點坐標、襯套剛度進行靈敏度分析，篩選出靈敏度高的影響參數(shù)，有針對性的進行調(diào)整，從而提高仿真模型與物理實車實測數(shù)據(jù)的吻合度。最后，分析了K特性（平行輪跳試驗、反向輪跳試驗）和C特性（同向縱向力加載，同向側(cè)向力加載，反向側(cè)向力加載）共5種試驗工況下參數(shù)靈敏度排序及相互關(guān)聯(lián)程度進行討論，給模型優(yōu)化提供參考。具體流程見圖1。

1、動力學(xué)模型的建立

對于懸架建模和模型驗證需要的數(shù)據(jù)具體如下：

（1）懸架硬點坐標數(shù)據(jù)；

（2）襯套靜載曲線（靜載力VS 變形量）；

（3）彈簧剛度；

（4）穩(wěn)定桿中心軸硬點，用beam梁建立穩(wěn)定桿模型；

（5）壓縮和拉伸限位塊靜載曲線（靜載力VS 變形量）；

（6）K&C試驗實測數(shù)據(jù)[1,2]。

通過以上信息，可以建立懸架模型的拓撲結(jié)構(gòu)。該階段的模型還不能用于懸架性能的分析及預(yù)測，因為模型與物理實車的狀態(tài)還不一致，需經(jīng)過載荷狀態(tài)調(diào)整。

2、模型初始狀態(tài)調(diào)整

模型測試時初始狀態(tài)與物理實車測試時狀態(tài)的一致性是后續(xù)優(yōu)化的前提，模型拓撲結(jié)構(gòu)中只反映構(gòu)件間的相互連接關(guān)系，連接件間作用力的初始值需要調(diào)整至物理實車狀態(tài)的。主要需要調(diào)整的內(nèi)容有彈簧預(yù)載，襯套預(yù)載，限位塊間隙。調(diào)整后還需對靜止狀態(tài)時輪胎載荷、車輪定位參數(shù)做驗證，使得模型狀態(tài)與物理實車試驗時狀態(tài)一致。

調(diào)整原理是一個反向求解的過程，既在車輪接地面加載額定輪荷，根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)的杠桿比，傳遞到彈簧（或襯套）處，通過軟件運用多體動力學(xué)原理解算出彈簧（或襯套）上的載荷，該載荷即是連接件的預(yù)載。在軟件中，設(shè)置彈簧（襯套）剛度極大（大于10^6N/mm），從而彈簧（襯套）等效于一個剛性的力傳感器，在后處理界面中，讀取力值，既為彈簧或襯套上作用的預(yù)載。將彈簧和襯套剛度恢復(fù)到設(shè)計狀態(tài)，填入讀取到的預(yù)載值，進行一次平行輪跳仿真試驗，驗證在初始狀態(tài)下，車輪定位參數(shù)，輪心位置是否符合物理實車初始狀態(tài)。一般來說，經(jīng)過2到3輪的彈簧預(yù)載及襯套預(yù)載迭代調(diào)整就能滿足精度要求。

值得注意的是，對于是否需要調(diào)整襯套預(yù)載這一問題，主要依據(jù)是物理實車裝配時的工藝安排。例如，對于前下擺臂的前后襯套，裝配時車身懸吊狀態(tài)下打緊螺栓，當車輛落地水平停放時，前后擺臂的襯套產(chǎn)生預(yù)載，這種情況下，需要在模型中添加上這一部分預(yù)載，以此更真實模擬實車狀態(tài)。

3、模型優(yōu)化

經(jīng)過以上的調(diào)整，已經(jīng)獲得了初始狀態(tài)與物理實車測試時狀態(tài)一致的仿真模型。通過比對仿真數(shù)據(jù)與物理實車實測數(shù)據(jù)可以看到，曲線趨勢基本一致，但是曲線吻合度稍差一些。考慮這是由于硬點位置和襯套剛度測量誤差造成的，需對相應(yīng)硬點及襯套參數(shù)進行調(diào)整，使模型精度進一步提高。

前懸架的每個硬點有3個坐標參數(shù)，襯套有3個線性剛度和3個扭轉(zhuǎn)剛度，根據(jù)經(jīng)驗，選取前懸架下擺臂前、后、外硬點，輪心點，轉(zhuǎn)向器內(nèi)、外硬點，支柱上點，共7個硬點21個坐標參數(shù)；選取前懸架下擺臂前、后襯套，支柱上襯套，輪心襯套，共4個襯套24個參數(shù)作為靈敏度分析的因素。找出對考察工況下目標值影響最大的因素，為模型調(diào)整提供參考。在insight模塊中使用二水平因素（DOE Screening (2 Level)）策略，線性模式（Linear model），Plackett-Burman試驗方法來進行因素靈敏度分析[3]。

3.1 懸架K特性調(diào)整

由于懸架的K特性主要由硬點位置決定，硬點坐標測量上的誤差對模型精度造成一定的影響，所以相應(yīng)的對建模所需的硬點位置進行誤差允許范圍內(nèi)（+/-5mm）的調(diào)整，使仿真曲線與實測曲線吻合度更高，使調(diào)整后的模型達到較高的精確度。

K特性主要通過平行輪跳和反向輪跳來體現(xiàn)，分別對這兩種試驗的靈敏度進行分析，整理，使兩次試驗的橫坐標保持一致，得到圖2。通過對兩圖的比對，可找出同時滿足兩種試驗工況的調(diào)整方法，具體如下：通過對lca_front.x調(diào)整base，與其他參數(shù)耦合小。通過tierod_inner.z或tierod_outer.z調(diào)整toe，與其他參數(shù)耦合小。Camber通過top_mount.y、tierod_inner.z和tierod_outer.z聯(lián)合調(diào)整，在保證toe的前提下，調(diào)整camber。Caster可以通過聯(lián)合lca_outer.x和top_mount.x調(diào)整。Track可以通過wheel_center.x來調(diào)整。通過對比兩圖可以發(fā)現(xiàn)，兩組試驗中的各參數(shù)除lca_front.x對于base相對獨立以外，其余各參數(shù)間都或多或少的存在耦合。為此，整個調(diào)整的過程需要進行多次迭代，并且需要在不同的兩組試驗中交替檢查，使得結(jié)果同時滿足不同試驗。

圖2

根據(jù)以上思路，對模型硬點位置進行相應(yīng)調(diào)整，得到調(diào)整后的部分仿真曲線對比圖（見圖3）。紅色為實線，藍色為虛線。

從對比圖中可以看出，除輪距曲線外，其余吻合度都很高。輪距曲線趨勢一致，通過平移可以較好的與實測值重合，這可能是由于模型初始狀態(tài)下的輪心位置偏差導(dǎo)致的。

圖3 硬點調(diào)整后部分曲線對比圖

3.2 懸架C特性優(yōu)化調(diào)整

懸架運動學(xué)特性的模型驗證和修正是對硬點坐標進行調(diào)整，在彈性運動學(xué)特性驗證時，硬點的位置不再變動，考慮橡膠襯套剛度值測量誤差（+/-10%），對模型彈性運動學(xué)特性進行修正，以提高模型精度[4]。

本文對C特性進行同向縱向力加載，同向側(cè)向力加載，反向側(cè)向力加載三種試驗來驗證模型。經(jīng)過整理后的靈敏度分析結(jié)果如圖4。

圖4

通過對三種試驗結(jié)果的整理比對分析，可以看出：track的調(diào)整相對獨立，對top_mount.fy進行調(diào)整。對于base的調(diào)整，通過lca_rear.fx進行，但可以看到，該項調(diào)整同時影響同向縱向加載中的toe，camber，故還需相應(yīng)調(diào)整lca_front.fy來保證toe。另外，還可以看出，camber，和caster的影響較少，調(diào)整余地不大?？梢钥闯觯珻特性的調(diào)整較K模式困難，迭代次數(shù)較多，需要一定的經(jīng)驗。調(diào)整后部分結(jié)果見圖5：

圖5 襯套剛度調(diào)整后部分曲線對比圖

4、結(jié)論

本文提供了一種提高懸架動力學(xué)模型精度的方法。假設(shè)物理實車測試數(shù)據(jù)可靠，通過對輸入的硬點位置和襯套剛度參數(shù)的靈敏度分析，整理得出了調(diào)整目標值的一套方法。通過修改對應(yīng)參數(shù)，仿真曲線吻合度有不同程度的提高。同時，也注意到，C特性曲線的調(diào)整不太容易，需要經(jīng)驗。后續(xù)過程中，可以通過優(yōu)化的方法，建立起多目標函數(shù)，通過計算機自動執(zhí)行調(diào)整的過程，以此來完成C特性曲線的吻合度。

參考文獻

[1] 廖抒華, 段守焱,成傳勝.懸架K&C試驗臺在底盤開發(fā)中的技術(shù)應(yīng)用[J].汽車科技,2010.9.

[2] 長春孔輝汽車科技有限公司.單軸汽車懸架K&C特性試驗臺用戶手冊,2010.

[3] Using ADAMS/Insight, Mechanical Dynamics, Inc. 2013.

[4] 廖抒華,唐興.四連桿懸架襯套剛度系數(shù)匹配優(yōu)化設(shè)計[J].廣西科技大學(xué)學(xué)報,2014.3.

A method of Fine-tuning ADAMS suspension model

Liao Shuhua1, Cao Jue1, Zhong Jinzhi2
( 1.College of Automobile and Transportation Engineering, Guangxi University of Science and Technology Guangxi Liuzhou 545006; KongHui (Liuzhou) Auto Technology Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545006 )

Abstract:Suspension hard points and bushing stiffness’s measurement process has certain error influencing on model accuracy. Based on physical car test data, hard point location and bushing stiffness parameters were built and sensitivity analysis was run by ADAMS/Insight. The parameters of the high sensitivity were adjusted in order to improve the model accuracy.

Keywords:ADAMS modeling; ADAMS model adjustment; Insight fining

作者簡介：曹玨，就讀于廣西科技大學(xué)汽車與交通學(xué)院。

中圖分類號：U467.4

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-33-03