摘要:守旧的悬架架构打算措施操纵众体动力学仿真实行巨额试错,是以对时期及人力需求 高,但成就担心稳。针对该题目设置的新措施最初利用新型解析算法打算悬架硬点

摘要:守旧的悬架架构打算措施操纵众体动力学仿真实行巨额试错,是以对时期及人力需求 高,但成就担心稳。针对该题目设置的新措施最初利用新型解析算法打算悬架硬点,再利用基于ADAMS及MATLAB二次开垦的主动化软件打算弹性件。比拟守旧措施,新措施功用晋升约8倍。新措施还包蕴一套机能参数管控轨范,能体系性地推断135项悬架运动学及整车动力学机能 参数的优劣,以此诱导打算。比拟守旧措施依赖打算职员履历推断参数优劣,新措施更周全、精准 和安稳,更能确保打算质地。

悬架架构打算是指通过设定硬点的职位及症结弹性件的机能参数,如弹簧、减震器、缓冲块、衬套,使悬 架的刚性及弹性运动学机能(K&C:kinematics and compliances)抵达宗旨;除此以外还需说明该架构计划是否有潜力正在实现机能立室后杀青整车的乘坐及操控机能宗旨。守旧的悬架架构打算措施利用动力学仿真软件,经常是 ADAMS,设置悬架和整车模子并筹划悬架K&C和整车乘坐及独霸机能设 计职员借助ADAMS仿真试错种种硬点部署及弹性件参数,寻得一个相宜的计划。守旧措施正在工程施行中暴显露2个题目。第1是速率慢。

以长安汽车为例,首轮悬架架构说明包蕴 ADAMS 筑模、仿真、结果后处置、结果说明及陈述创制等众项就业,它需求两位熟练工程师联合就业近 10个就业日,后续还需求5至10轮优化,每轮需求约2个就业日,所需的时期及人力打发很大。正在悬架打算后 期,因为零部件部署及组织顽强度等局部,前期拟定的架构计划还将再三窜改,进一步打发时期及人力。第2是打算职员难以推断悬架架构的总体机能优劣。ADAMS 仿真输出的悬架K&C和整车乘坐及操控机能结 果包蕴数百项参数,无数参数以弧线图格式展示。打算职员需求富厚的履历才干通过这些杂乱的图表推断 出架构计划的总体机能秤谌。该题目正在计划优化经过中显露得极为杰出,对一个或几个宗旨参数的优化常 会劣化其他的参数,而这种负面交互影响通常被遮掩正在巨额的图表中而未被识别出来,变成机能隐患和打算再三。当下汽车墟市竞赛激烈,对产物更新速率和产物力的条件越来越高,底盘研发职员亟须一种新的打算方 法,以晋升悬架架构打算的速率和质地。

硬点打算模块采用新型的悬架运动学及时算法,并将该 算法圭臬化为“长安汽车悬架打算辅助软件(CA-SD)”。该软件仅需悬架硬点而无须其他任何弹性件及组织 件新闻,便可正在数毫秒内精准算出悬架计划的刚性运动学机能。弹性件打算模块集成现有的车辆动力学仿 真软件 ADAMS 和数据处置软件 MATLAB,并基于它们实行二次开垦,拓展为“长安汽车动力学主动说明 软件(CA-AutoKC)”。该软件仅需“填表式”操作,即可主动设置悬架及整车众体动力学模子、运转典范工况 仿真并实行结果后处置。机能参数管控轨范是新措施的重心,它内嵌正在上述两个软件中,用以评判计划的性 能秤谌。该轨范通过对底盘机能经典表面、对标数据库及应规避题目数据库的开采及提炼,探清晰机能参数 的首要度、相合性及合理取值界限。

愚弄该轨范可将守旧措施中杂乱的机能参数弧线图转化为简短的数值陈述,并以优、良、差3个等第直观地标定出135项首要机能参数的秤谌。硬点打算模块和弹性件打算模块 管理了守旧措施速率慢的题目,机能参数管控轨范管理了守旧措施打算质地担心稳的题目。愚弄新措施,即 便是缺乏动力学仿真底子及底盘开垦履历的职员也能正在短时期内准确地搭筑、推断和优化计划,极大晋升了 悬架架构打算的速率和质地。长安汽车悬架架构打算措施属于利用更始,它以汽车底盘开垦一线的题目和需求为牵引,通过利用新表面、集成现有手艺,管理研发施行中的瓶颈题目。

正在更始难度上,新措施的 3 个模块(CA-SD、CA-AutoKC、 底盘机能参数管控轨范)手艺集成性及庞大性高,依托5位专职职员及若干协同职员耗时2a筑成。正在前辈性上,新措施属国内初创、国际领先秤谌。正在经济功劳上,新措施最初极大降低了打算功用。它将首轮计划打算的耗时从守旧措施的2名工程师1 0个就业日压缩到1名工程师约2.5个就业日,速率晋升约8倍;为长安汽车缩减3名动力学仿真工程师岗亭,每年减省人力本钱约70万元。新措施还能规避机能参数误判、漏判的景况,明显降低产物德地。长安欧尚X7为首款采用新措施打算的车型,其底盘安适性及操稳性正在汽车 之家同级车系比拟口碑排行中均高居第2名,助推X7上市即爆款,月销超万辆,带来了数以亿元计的经济效益。

硬点打算模块的道理是及时的悬架运动学解析算法。从20世纪70年代起,底盘工程师就实验通过硬 点职位来及时筹划悬架的庞大运动,该设念正在过去几年赢得远大的希望,绝大无数主流悬架类型的齐备 刚性运动学机能和一面弹性运动学机能都可能通过硬点修筑的方程组火速、正确求解。下文以五连杆后 悬的车轮跳动为例简述其筹划道理。如图 1 所示为五连杆悬架运动机构简图,它正在某个形态下(如静载形态)的统统硬点职位都已知。解析 算法从筹划轮心 w 的瞬时速率开端,它包蕴轮心的线速率v w 及角速率ωw 2 个三维向量,共 6 个标量,即 (v w ,ωw ) = v wx ,v wy ,v wz ,ωwx ,ωwy ,ωwz ( ) 。(1) 为求解这 6 个未知标量,需求修筑 6 个方程。

悬架羊角刚度极大,是以可能理念化为刚体。统统悬架连杆的外侧球头及衬套都毗连正在羊角上,是以这 些连杆外侧点都可能视为羊角上的点,它们的运动与羊角运动一致。进一步把车轮除滚动外的运动空洞为 轮心的运动,它也与羊角运动同等。运动学中有下述定理:已知刚体上苟且一点的瞬时线速率和角速率,可 以求出该刚体上苟且点的瞬时速率。是以可能通过轮心点的 6 个速率分量推导出 5 根连杆的外侧点的线速率v i ,即

式中:下标 i 取值 1 到 5,阔别表现 5 根连杆;r i 指从轮心指向连杆外侧点的职位向量。筹划悬架刚性运动学 机能时,统统的连杆都视为刚体,即连杆的不成伸缩,该特色可表达为

式中:vi 指连杆内侧点的线速率;a i 指从连杆外侧点指向内侧点的职位向量。该公式表现统一根连杆的内侧 和外侧点的瞬时速率正在连杆宗旨上的投影是相称的,即连杆正在运动中的长度恒定稳固。更进一步假设车身 不动,即连杆的内侧点不动

式(5)仅包蕴轮心的线 个未知量,个中的职位向量r i 及a i 都已知,可通过硬点获得。五连杆悬架中的 5 根连杆供应 5 个如式(5)所示的组织相仿的方程,为解出式(1)中的 6 个未知标量还 需求一个方程,该方程由弹簧供应,

式(6)与前述 5 个方程的区别之处正在于弹簧的长度是变革的。界说弹簧的伸缩速率为标量v s,它的值可能人 为设定,其巨细只影响悬架跳动的速慢,并不影响悬架运动的轨迹。v s 正在数学上等于弹簧下点的线速率向量 v s正在弹簧的单元宗旨向量e s上的投影。至此获得的 6 个方程修筑起一个有独一解的线性方程组。为简单电脑求解,它可表现为矩阵乘法格式

A = A 11 … A 1 6 ︙ ︙ A 6 1 … A 6 6 æèççç öø÷÷÷ 。b

为常数项向量,它包蕴已知的弹簧硬点新闻及预设的弹簧伸缩速率,即 b = 0,0,0,0,0,v s· e s ( ) 。

图 2 总结清晰析筹划悬架刚性运动学的一共流程。第 1 步,通过苟且一个形态的硬点新闻修筑式(7)所 示的方程组,并求解出该形态下轮心的瞬时速率。第 2 步,愚弄已知的轮心瞬时速率和式(2)求出其他硬点的瞬时速率。第 3 步,将统统硬点的瞬时速率乘以一个渺小的时期增量得出该时期增量内硬点的位移,再加上原形态的硬点职位,就得出了新形态的硬点职位。将这个经过实行众次轮回,可能得出悬架正在统统形态的 硬点职位,即悬架的运动轨迹。愚弄这些硬点新闻,可能求出统统悬架刚体运动学参数。该解析筹划法有着极高的精度,其结果与 ADMAS 仿线%。因为该措施的筹划量小,操纵普遍办公电脑 也能正在数毫秒内实现运算。

上述解析算法已被一面国际领先的主机厂及零部件商圭臬化并利用,如采埃孚搭筑 AKSIS软件辅助设 计双横臂前悬架及五连杆后悬架[8],FLB 搭筑 FASTCON 软件辅助打算扭力梁后轴。长安汽车两年来逐渐消化、扩展并利用新算法,搭筑出具有自助学问产权的“长安汽车悬架打算辅助软件(CA-SD)”。比拟 AKSIS 及FASTCON,CA-SD 不只可处置双横臂前悬架、五连杆后悬架和扭力梁后轴,还能筹划中国墟市上最为常睹的麦佛逊前悬架及刀锋臂四连杆后悬架。图3为 CA-SD 麦佛逊前悬架硬点打算模块的操纵界面。打算职员正在左侧“填表式”输入初始计划并运转筹划,圭臬将及时算出它的刚性运动学机能并将首要的参数显示正在右侧表格里。

机能数值后有 3 种颜色 的指示灯,绿色表现机能突出;黄色表现及格,可酌情优化也可保存近况;血色表现不足格,必需优化。指示灯背后的鉴定逻辑即机能参数管控轨范将正在后文仔细阐明。借助这套指示灯,打算职员可能火速推断计划 的质地并确定优化宗旨,通过对初始输入实行窜改,正在极短的时期内巨额试错,最终找到一个突出的计划(即无血色项且绝大无数参数为绿色项)。如图 3 中的示例,通过对初始计划的 5 处窜改,睹图中左侧血色框格, 最终的计划凯旋规避掉了统统红灯题目。CA-SD 还能正在数秒内主动天生更仔细的陈述,它包蕴机能参数的 弧线 所示例的轮跳前束角图。借助该陈述,打算职员能更周全地评估计划,格外是识别和观望非 线性水平高的参数,做出更精准的推断。

愚弄硬点打算模块确定好硬点部署后,悬架的组织件如连杆、羊角及副车架等就可能按流程启动打算; 与此同时,为杀青悬架弹性运动学机能和整车乘坐安适及操控安稳机能,也应启动底盘弹性件的打算。守旧 的底盘弹性件打算需求巨额的人力物力实时期实行 ADAMS 筑模、仿真、结果后处置等就业。因为弹性件和 底盘机能之间的定量相合正在表面上仍未磋商透彻,是以还无法设置精准火速的数学表达实行求解。新措施 仍需操纵仿真软件,但基于 ADAMS 及 MATLAB实行二次开垦,集成为“长安汽车动力学主动说明软件 (CA-AutoKC)”。

该软件将守旧上需求专业 CAE 技巧的筑仿照真就业调动为“傻瓜”式填表操作,并将噜苏 的、易犯错的数据后处置及陈述创制就业调动为主动化的后台经过。图 5 所示为CA-AutoKC 搭筑整车模子的界面。它需求的输入新闻有: •硬点打算模块已确定好的硬点新闻。•载荷、质心、簧上质地、簧下质地、轮轴距等整车新闻。•弹簧、安稳杆、减震器、衬套、缓冲块等弹性件的机能特色弧线。

借助这些输入,CA-AutoKC 支配 ADAMS 设置模子并运转悬架仿真(运动加载、力加载等)和整车仿真 (直线加减速、稳态定圆、正弦扫频等)。实现仿真后,CA-AutoKC 支配 MATLAB实行数据后处置,并愚弄 内嵌的机能参数管控轨范鉴定各项机能参数优劣并输出易于阅读解析的EXCEL陈述。图6为CA-AutoKC 输出的某车型陈述限度,它示例了14项与操稳机能联系的后悬参数,数值栏的颜色与 CA-SD(图 3)满意义一致。因为涉及企业机要,这里无法映现统统参数,但后文给出了机能管控轨范的设置措施,读者可参考其 设置适合本身的轨范,打制自有车型的机能 DNA。

硬点打算模块和弹性件打算模块晋升打算功用,底盘机能参数管控标原则晋升打算质地。该轨范紧要有 3 方面的更始。第1是挑选出首要度高的底盘机能参数。守旧的底盘机能参数数目浩瀚,如长安汽车原 有的悬架K&C及整车底盘机能陈述共包蕴400众幅图表,个中很众参数首要度低,正在实践打算中极少考核。管控轨范对浩瀚参数实行了体系的梳理,挑选出135项首要的常用参数实行管控,低落了计划评估的就业量。

第2是将机能参数按影响规模划分为操控安稳性、乘坐安适性、四轮定位及转向性3类。图6示例中罗列了14项与操控安稳性强联系的后悬架 K&C 参数。这种划分杀青了定性但大概量的主客观机能开始维系。第3是将守旧的机能弧线数值化(取特定点的数值或特定区间的梯度),并探明合理的取值区间,细分为 突出、及格(可酌情优化)、不足格(必需优化)3个等第。比拟巨额读图并根据履历推断的守旧措施,新措施更 直观高效,更能避免漏判错判,更能担保打算的质地。确定机能参数各等第的取值区间是设置管控轨范的难点,它紧要根据 3 个方面归纳拟定。

第1是参考了现有的经典表面及轨范。第2是参考对标数据库。长安汽车积聚有富厚的对标车型主客观机能数据,通过统计和比拟同类(如轿车、SUV、MPV 等)同级(如SUV细分为小型、紧凑型、中大型等)车辆的主观评议和客观参数值,可能规定客观机能参数的取值区间。图7示例为紧凑型SUV 的侧倾梯度划分,它基于 15 款对标车型的实测值,界说侧倾梯度好于团体均值即小于 4.9 2 为突出,介于团体均值与自助品牌均值间 (4.9 2,5.1 8)为可酌情优化,差于自助品牌均值即大于 5.1 8 为不足格。

第3是参考应规避题目库。长安汽车正在35a的乘用车打算创筑汗青中重淀了富厚的底盘应规避题目,个中的很众案例被量化并融入机能参数管控轨范中。以麦佛逊前悬车型的宗旨盘颤栗题目为例,该题目有相当众的影响因子,个中之一是轮心主销横偏距。通过开采应规避题目库觉察,两款颤栗要紧的车型的轮心主销偏距均大于75mm,而其他无题目车型的参数值较小。由此设定轮心主销偏距大于75mm为不足格,以此管控后续车型。从应规避题目库得出的结论固然表面论证较衰弱,但能有用地诱导工程施行。

打算职员不应刻板地遵循管控轨范,而应将它视为参考,再维系工程实践(不只是机能,也包蕴本钱、质地、品控性、时期节点等方面)做出归纳推断。其它,跟着表面的提高、对标数据库和应规避题目数据库的富厚,管控轨范也将一直调度和优化。5 结论及预计长安汽车悬架架构打算措施利用及时的解析算法打算硬点,利用二次开垦的主动化众体动力学仿真软件打算弹性件,利用体系性的底盘机能参数管控轨范推断悬架计划的机能优劣。

比拟较守旧措施,新措施约8倍晋升了打算功用并规避了机能错判漏判的景况。利用新措施实行计划优化时仍需手动调度计划实行试错,后续可将众宗旨全体优化算法,如遗传算法, 嵌入硬点打算模块(CA-DS)及弹性件打算模块(CA-AutoKC)中,使圭臬能正在给定的打算边境中主动迭代优化,以进一步晋升功用。底盘机能管控轨范后续可络续向主客观评议相维系的宗旨深远,将客观机能参数与主观评议实行定量的对应,以进一步降低打算质地。