1 引言

    隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，乘用車行駛速度越來越高，行駛過程中車輪定位參數(shù)變化對車輛舒適性及操縱穩(wěn)定性的影響也越來越大，所以乘用車的K&C特性設(shè)計(jì)已經(jīng)成為國內(nèi)外汽車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中一項(xiàng)重要的內(nèi)容，并作為一項(xiàng)重要的系統(tǒng)來預(yù)測對整車操縱穩(wěn)定性能具有的直接影響。虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可以在車輛物理樣車生產(chǎn)之前利用CAE模型對車輛的性能進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，然后再通過物理樣車對CAE模型進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)CAE模型與實(shí)車性能的一致性，為以后產(chǎn)品開發(fā)提供支持。

    如何在短時(shí)間內(nèi)找出影響懸架K&C特性參數(shù)的變量，并加以調(diào)整改進(jìn)，這是地盤研發(fā)調(diào)教人員迫切需要解決的問題。本文是利用優(yōu)化工具ADAMS/lnsight模塊進(jìn)行靈敏度分析，確定硬點(diǎn)坐標(biāo)與懸架K&C特性的K特性之間的關(guān)系，并針對硬點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，提出改進(jìn)方案，使CAE模型K&C特性仿真值接近目標(biāo)特性，即實(shí)車懸架K&C特性試驗(yàn)值。

2 靈敏度分析概述及ADAMS/lnsight介紹

2.1靈敏度分析概述

    系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能受參數(shù)變異影響的屬性稱為系統(tǒng)的靈敏度。一般指系統(tǒng)的參數(shù)靈敏度，即系統(tǒng)的參數(shù)靈敏度是系統(tǒng)的參數(shù)變化對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響，也即參數(shù)變化對諸如系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)、狀態(tài)向量、傳遞函數(shù)或其它系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)變化時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)的靈敏度是分析該系統(tǒng)的一個(gè)基本問題。關(guān)于參數(shù)變化如何影響系統(tǒng)的性能，對于系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)有著重要的意義。

2.2ADAMS/Insight介紹

    Adams/lnsight是基于網(wǎng)頁技術(shù)的新模塊。利用該模塊，可以將仿真結(jié)果置于Internet網(wǎng)頁上，企業(yè)不同的部門人員（設(shè)計(jì)工程師、試驗(yàn)工程師、計(jì)劃／采購／管理／銷售部門人員）都可以共享分析成果，加速?zèng)Q策進(jìn)程，最大程度地減小決策的風(fēng)險(xiǎn)。

    Adams/lnsight采用的設(shè)計(jì)方案包括全參數(shù)法、部分參數(shù)法、對角線法、Plackett-Burman法，Box-Behnkn法和D-Optimal法，當(dāng)采用其他軟件設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，工程師可以直接輸入或通過文件輸入系統(tǒng)矩陣對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；可以通過掃描識別響應(yīng)系統(tǒng)性能的靈敏參數(shù)或參數(shù)組合；可以采用響應(yīng)面法(response surface methods)通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸分析；實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用工程單位制，可以方便地輸入其他試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行工程分析；通過網(wǎng)頁技術(shù)可以將仿真結(jié)果通過網(wǎng)頁進(jìn)行交流，便于企業(yè)各個(gè)部門評價(jià)和調(diào)整機(jī)械系統(tǒng)的性能。

3 CHC011標(biāo)桿車前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)靈敏度分析及優(yōu)化

    下文圖中，紅色實(shí)線為K&C試驗(yàn)數(shù)據(jù)，藍(lán)色實(shí)線為未優(yōu)化的雙橫臂懸架仿真分析得出，黑色虛線為優(yōu)化硬點(diǎn)坐標(biāo)后的雙橫臂懸架仿真分析得到。對比研究的結(jié)果表明，優(yōu)化后的性能參數(shù)大大優(yōu)于優(yōu)化前的。

3.1CHCO11標(biāo)桿車前懸架模型的建立

    CHC011標(biāo)桿車前懸架為雙橫臂式獨(dú)立懸架，以硬點(diǎn)為基礎(chǔ)創(chuàng)建幾何模型，定義各零件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，確定約束類型將各零件連接起來，輸入模型參數(shù)（包括彈性元件特性、四輪定位參數(shù)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)等），完成雙橫臂式獨(dú)立懸架系統(tǒng)仿真分析模型，如圖1所示。

圖1 CHCO11標(biāo)桿車前懸架系統(tǒng)仿真分析模型

3.2仿真數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

    對前懸架仿真分析模型進(jìn)行同向平行輪跳動(dòng)仿真，設(shè)置懸架上下跳動(dòng)距離為60mm，得到前束角和外傾角隨輪跳變化的曲線，如圖2、圖3。

圖2 前懸架前束角變化曲線

圖3 前懸架外傾角變化曲線

    對前懸架仿真分析模型進(jìn)行反向平行輪跳動(dòng)仿真，設(shè)置懸架上下跳動(dòng)距離為60mm，得到前束角和外傾角隨車身側(cè)傾角變化的曲線，如圖4、圖5。

圖4 前懸架前束角變化曲線

圖5 前懸架外傾角變化曲線

    從曲線可以看出CHC011前雙橫臂懸架仿真曲線與K&C數(shù)據(jù)曲線有一定偏差，為了整車模型仿真數(shù)據(jù)與整車操穩(wěn)試驗(yàn)的對比，模型需要進(jìn)行優(yōu)化。

3.3靈敏度分析

    對CHCO11標(biāo)桿車前雙橫臂式獨(dú)立懸架進(jìn)行分析，從試驗(yàn)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以得出，只有Uca_front，Uca_outer，Uca_rear，Tierod_inner，Tierod_outer，Lca_front，Lca_outer，Lca_rear，八點(diǎn)對懸架特性參數(shù)有較大的影響，其余硬點(diǎn)對懸架特性參數(shù)基本影響不大。因此設(shè)計(jì)試驗(yàn)，八個(gè)點(diǎn)對應(yīng)x，y，Z=個(gè)坐標(biāo)，共24個(gè)變量。硬點(diǎn)參數(shù)的優(yōu)化只能在小范圍內(nèi)進(jìn)行，本文中每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)的擾動(dòng)范圍在-3mm至3mm之間，即各硬點(diǎn)的優(yōu)化目標(biāo)區(qū)間為-3mm至3mm。

    在Adams/lnsight中分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這樣通過篩選試驗(yàn)就可以將最靈敏的參數(shù)找出，下面是各響應(yīng)的影響因素的靈敏性分析結(jié)果。

    平行跳時(shí)Toe的主要影響因素的靈敏度結(jié)果見圖6：

圖6 平行跳Toe靈敏度結(jié)果

    平行跳時(shí)Camber的主要影響因素的靈敏度結(jié)果見圖7：

圖7 平行跳Camber靈敏度結(jié)果

    反向跳時(shí)Toe的主要影響因素的靈敏度結(jié)果見圖8：

圖8 反向跳Toe靈敏度結(jié)果

    反向跳時(shí)Camber的主要影響因素的靈敏度結(jié)果見圖9：

圖9 反向跳Camber靈敏度結(jié)果

    從上面主要影響因素的靈敏度結(jié)果中，以影響幾個(gè)響應(yīng)的共同因素和影響某個(gè)響應(yīng)但不影響其他響應(yīng)的因素為目的，整理出表1、表2。

表1 平行跳時(shí)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)影響因素表

表2 反向跳時(shí)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)影響因素表

    從表1和表2中可以簡便的整理出同向跳動(dòng)和反向跳動(dòng)時(shí)影響懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的共同因素，如表3。

表3 共同因素

    在模型中依次調(diào)整每個(gè)因素并進(jìn)行仿真分析后，tierod_outer.y和uca_outer.x對懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的優(yōu)化作用不明顯，故不予考慮。其它幾個(gè)因素在經(jīng)過多次迭代后得到擾動(dòng)量，如表4。

表4 關(guān)鍵因素?cái)_動(dòng)量

    根據(jù)靈敏度大小調(diào)整硬點(diǎn)、模型，在多次進(jìn)行仿真對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程中得出：(1)硬點(diǎn)z坐標(biāo)值為正時(shí)，對應(yīng)的Effect%為正時(shí)，坐標(biāo)往正的方向變化對應(yīng)響應(yīng)變好；Effect%為負(fù)時(shí)，坐標(biāo)往負(fù)的方向變化對應(yīng)響應(yīng)變好。(2)硬點(diǎn)z坐標(biāo)值為負(fù)時(shí)，對應(yīng)的Effect%為正時(shí)，坐標(biāo)往負(fù)的方向變化對應(yīng)響應(yīng)變好；Effect%為負(fù)時(shí)，坐標(biāo)往正的方向變化對應(yīng)響應(yīng)變好。

3.4優(yōu)化結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

    用優(yōu)化后的硬點(diǎn)坐標(biāo)修正模型，再次進(jìn)行平行輪跳仿真和反向輪跳仿真。

    對前懸架仿真分析模型進(jìn)行同向平行輪跳動(dòng)試驗(yàn)，設(shè)置懸架上下跳動(dòng)距離為60mm，得到前束角和外傾角隨輪跳變化的曲線，如圖6、圖7。

    對前懸架仿真分析模型進(jìn)行反向平行輪跳動(dòng)試驗(yàn)，設(shè)置懸架上下跳動(dòng)距離為60mm，得到前束角和外傾角隨車身側(cè)傾角變化的曲線，如圖8、圖9。

圖10 前懸架前束角變化

圖11 前懸架外傾角變化曲線

圖12 前懸架前束角變化曲線

圖13 前懸架外傾角變化曲線

    圖10、圖11、圖12、圖13分別為優(yōu)化前后車輪前束角、外傾角的曲線圖，從圖中可以看出優(yōu)化后模型仿真結(jié)果與K＆C試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。

    至此，表明CAE模型K&C特性仿真值接近目標(biāo)特性，即實(shí)車懸架K&C特性試驗(yàn)值，已達(dá)到為后續(xù)車輛開發(fā)設(shè)計(jì)提供仿真數(shù)據(jù)支持的目的。

4 結(jié)論

    1、利用優(yōu)化工具ADAMS/lnsight可以對懸架的硬點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，并確定了各硬點(diǎn)-3mm至3mm的優(yōu)化目標(biāo)區(qū)間，且優(yōu)化結(jié)果比較理想。

    2、通過與車輛K特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，優(yōu)化了ADAMS模型的精度，為懸架的開發(fā)設(shè)計(jì)、底盤調(diào)教以及對整車操縱穩(wěn)定性的分析預(yù)測打下了基礎(chǔ)。

    3、在多工況、多響應(yīng)、多因素的復(fù)雜靈敏度分析中為了更加便捷準(zhǔn)確的進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)盡量用簡便方式（例如表格）整理出幾個(gè)響應(yīng)的共同因素或影響某個(gè)響應(yīng)但不影響其它響應(yīng)的因素。

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