廖抒华，曹珏，钟金志

（1.广西科技大学汽车与交通学院，广西 柳州 545006; 2.柳州孔辉汽车科技有限公司，广西 柳州 545006）



ADAMS悬架模型精度提高的一种方法

廖抒华1，曹珏1，钟金志2

（1.广西科技大学汽车与交通学院，广西 柳州 545006; 2.柳州孔辉汽车科技有限公司，广西 柳州 545006）

摘 要：悬架硬点和衬套刚度的测量误差对模型精度有一定影响。以物理实车试验数据为目标，在adams/insight中对硬点位置和衬套刚度参数进行灵敏度分析，对灵敏度高的参数进行调整，以此提高模型精度。

关键词：adams建模；adams模型调整；insight优化

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

在车辆开发过程中，应用多体系统动力学软件进行前期开发及预测已被广泛采用。因此，如何提高模型的精度具有重要意义。建立模型用的硬点数据可以通过三坐标测量设备（CMM，coordinate measurement machine）在物理实车上测得，或者通过对物理实车的CAD数模进行虚拟测量获得。建立模型用的衬套、弹簧、限位块属性文件，通过供应商提供的试验数据获得。这两部分的测量误差，将会对模型精度产生一定影响。本文以物理样车试验数据为目标，通过adams/insight模块对悬架模型的硬点位置和衬套刚度在误差范围内进行优化，从而进一步提高模型的精度。首先介绍在ADAMS/car模块中建立悬架模型所需要的输入参数，以及模型初始状态的调整方法。然后利用insight模块对硬点坐标、衬套刚度进行灵敏度分析，筛选出灵敏度高的影响参数，有针对性的进行调整，从而提高仿真模型与物理实车实测数据的吻合度。最后，分析了K特性（平行轮跳试验、反向轮跳试验）和C特性（同向纵向力加载，同向侧向力加载，反向侧向力加载）共5种试验工况下参数灵敏度排序及相互关联程度进行讨论，给模型优化提供参考。具体流程见图1。

1、动力学模型的建立

对于悬架建模和模型验证需要的数据具体如下：

（1）悬架硬点坐标数据；

（2）衬套静载曲线（静载力VS 变形量）；

（3）弹簧刚度；

（4）稳定杆中心轴硬点，用beam梁建立稳定杆模型；

（5）压缩和拉伸限位块静载曲线（静载力VS 变形量）；

（6）K&C试验实测数据[1,2]。

通过以上信息，可以建立悬架模型的拓扑结构。该阶段的模型还不能用于悬架性能的分析及预测，因为模型与物理实车的状态还不一致，需经过载荷状态调整。

2、模型初始状态调整

模型测试时初始状态与物理实车测试时状态的一致性是后续优化的前提，模型拓扑结构中只反映构件间的相互连接关系，连接件间作用力的初始值需要调整至物理实车状态的。主要需要调整的内容有弹簧预载，衬套预载，限位块间隙。调整后还需对静止状态时轮胎载荷、车轮定位参数做验证，使得模型状态与物理实车试验时状态一致。

调整原理是一个反向求解的过程，既在车轮接地面加载额定轮荷，根据悬架结构的杠杆比，传递到弹簧（或衬套）处，通过软件运用多体动力学原理解算出弹簧（或衬套）上的载荷，该载荷即是连接件的预载。在软件中，设置弹簧（衬套）刚度极大（大于10^6N/mm），从而弹簧（衬套）等效于一个刚性的力传感器，在后处理界面中，读取力值，既为弹簧或衬套上作用的预载。将弹簧和衬套刚度恢复到设计状态，填入读取到的预载值，进行一次平行轮跳仿真试验，验证在初始状态下，车轮定位参数，轮心位置是否符合物理实车初始状态。一般来说，经过2到3轮的弹簧预载及衬套预载迭代调整就能满足精度要求。

值得注意的是，对于是否需要调整衬套预载这一问题，主要依据是物理实车装配时的工艺安排。例如，对于前下摆臂的前后衬套，装配时车身悬吊状态下打紧螺栓，当车辆落地水平停放时，前后摆臂的衬套产生预载，这种情况下，需要在模型中添加上这一部分预载，以此更真实模拟实车状态。

3、模型优化

经过以上的调整，已经获得了初始状态与物理实车测试时状态一致的仿真模型。通过比对仿真数据与物理实车实测数据可以看到，曲线趋势基本一致，但是曲线吻合度稍差一些。考虑这是由于硬点位置和衬套刚度测量误差造成的，需对相应硬点及衬套参数进行调整，使模型精度进一步提高。

前悬架的每个硬点有3个坐标参数，衬套有3个线性刚度和3个扭转刚度，根据经验，选取前悬架下摆臂前、后、外硬点，轮心点，转向器内、外硬点，支柱上点，共7个硬点21个坐标参数；选取前悬架下摆臂前、后衬套，支柱上衬套，轮心衬套，共4个衬套24个参数作为灵敏度分析的因素。找出对考察工况下目标值影响最大的因素，为模型调整提供参考。在insight模块中使用二水平因素（DOE Screening (2 Level)）策略，线性模式（Linear model），Plackett-Burman试验方法来进行因素灵敏度分析[3]。

3.1 悬架K特性调整

由于悬架的K特性主要由硬点位置决定，硬点坐标测量上的误差对模型精度造成一定的影响，所以相应的对建模所需的硬点位置进行误差允许范围内（+/-5mm）的调整，使仿真曲线与实测曲线吻合度更高，使调整后的模型达到较高的精确度。

K特性主要通过平行轮跳和反向轮跳来体现，分别对这两种试验的灵敏度进行分析，整理，使两次试验的横坐标保持一致，得到图2。通过对两图的比对，可找出同时满足两种试验工况的调整方法，具体如下：通过对lca_front.x调整base，与其他参数耦合小。通过tierod_inner.z或tierod_outer.z调整toe，与其他参数耦合小。Camber通过top_mount.y、tierod_inner.z和tierod_outer.z联合调整，在保证toe的前提下，调整camber。Caster可以通过联合lca_outer.x和top_mount.x调整。Track可以通过wheel_center.x来调整。通过对比两图可以发现，两组试验中的各参数除lca_front.x对于base相对独立以外，其余各参数间都或多或少的存在耦合。为此，整个调整的过程需要进行多次迭代，并且需要在不同的两组试验中交替检查，使得结果同时满足不同试验。

图2

根据以上思路，对模型硬点位置进行相应调整，得到调整后的部分仿真曲线对比图（见图3）。红色为实线，蓝色为虚线。

从对比图中可以看出，除轮距曲线外，其余吻合度都很高。轮距曲线趋势一致，通过平移可以较好的与实测值重合，这可能是由于模型初始状态下的轮心位置偏差导致的。

图3 硬点调整后部分曲线对比图

3.2 悬架C特性优化调整

悬架运动学特性的模型验证和修正是对硬点坐标进行调整，在弹性运动学特性验证时，硬点的位置不再变动，考虑橡胶衬套刚度值测量误差（+/-10%），对模型弹性运动学特性进行修正，以提高模型精度[4]。

本文对C特性进行同向纵向力加载，同向侧向力加载，反向侧向力加载三种试验来验证模型。经过整理后的灵敏度分析结果如图4。

图4

通过对三种试验结果的整理比对分析，可以看出：track的调整相对独立，对top_mount.fy进行调整。对于base的调整，通过lca_rear.fx进行，但可以看到，该项调整同时影响同向纵向加载中的toe，camber，故还需相应调整lca_front.fy来保证toe。另外，还可以看出，camber，和caster的影响较少，调整余地不大。可以看出，C特性的调整较K模式困难，迭代次数较多，需要一定的经验。调整后部分结果见图5：

图5 衬套刚度调整后部分曲线对比图

4、结论

本文提供了一种提高悬架动力学模型精度的方法。假设物理实车测试数据可靠，通过对输入的硬点位置和衬套刚度参数的灵敏度分析，整理得出了调整目标值的一套方法。通过修改对应参数，仿真曲线吻合度有不同程度的提高。同时，也注意到，C特性曲线的调整不太容易，需要经验。后续过程中，可以通过优化的方法，建立起多目标函数，通过计算机自动执行调整的过程，以此来完成C特性曲线的吻合度。

参考文献

[1] 廖抒华, 段守焱,成传胜.悬架K&C试验台在底盘开发中的技术应用[J].汽车科技,2010.9.

[2] 长春孔辉汽车科技有限公司.单轴汽车悬架K&C特性试验台用户手册,2010.

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

[4] 廖抒华,唐兴.四连杆悬架衬套刚度系数匹配优化设计[J].广西科技大学学报,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

作者简介：曹珏，就读于广西科技大学汽车与交通学院。

中图分类号：U467.4

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)02-33-03