第34卷第3期邢台职业技术学院学报Vol.34No.32017
年6月Journal of Xingtai Polytechnic College Jun.2017
收稿日期：2017—03—25
作者简介：盛鹏程（1983—），湖北洪湖人，邢台职业技术学院汽车工程系，讲师。
盛鹏程，韩海杰，许亚华，陈房山
（邢台职业技术学院，河北邢台054035）
摘
要：为了增强BSC 赛车的越野性能，提高赛车的操控稳定性，针对邢职车队BSC 赛车的前
轮前束进行了优化设计。利用solidworks 软件绘制BSC 赛车的前悬架模型，提取前悬架各个硬点坐标，然后在ADAMS/View 仿真软件中建立前悬架模型，对车轮上下跳动的运动模型进行仿真，利用目标函数对车轮上下跳动时前轮前束角度的变化曲线进行测量和优化。结果显示优化后的前轮前束角明显改善了悬架的运动学特性和赛车的操控稳定性。关键词：BSC 赛车；ADAMS/View ；前轮前束角；优化中图分类号：U463.34
太平洋汽车模型论坛文献标识码：A
文章编号：1008—6129（2017）03—0092—04
汽车两个前轮安装后，在通过车轮轴线并与地面平行的平面内，两车轮前端略向内束，这种现象称为前轮前束。
前轮前束的作用是消除汽车行驶过程中因前轮外倾而使两前轮前端向外张开的不利影响，还可以抵消滚动阻力造成的使两前轮前部都向外张开的作用，使两前轮基本上平行地向前滚动。
一、BSC 赛车模型的建立1.模型的装配
利用solidworks 三维制图软件的装配模块，在solidworks 中建立巴哈赛车的前悬架模型的装配图，如图1所示。
图1巴哈赛车前悬架模型装配图
2.前悬架硬点坐标的提取
在solidworks 中以O 点建立坐标系，在建立的坐标系基础上测量巴哈赛车右侧前悬架模型各个点的坐标，如表1所示，其中“S ”为上支臂的各个设计点，“X ”为下支臂的各个设计点。“B ”、“C ”为转向拉杆的两端点。
表1
在solidworks 中巴哈赛车右侧前悬架模型各点坐标坐标点X 坐标Y 坐标Z 坐标坐标点X 坐标Y 坐标Z 坐标O 000X192.19-49.32 2.65上横臂支点Au 10.9469.04-3.71X243.22-49.13-6.40下横臂支点Ad
-7.81-49.32 2.65X343.22-49.1311.70B -7.819.8672.65X4411.4915.80-147.35C 339.3171.07178.39X5411.4915.80152.65轮心L -113.5000X6411.4915.80-172.35S1110.9469.04-3.71X7411.4915.80-122.35S260.9469.04-13.71X8411.4915.80127.65S360.9469.04 6.29X9411.4915.80177.65S4356.38121.14-103.71X10140.67-31.95-43.70S5356.38121.1496.29X111
40.67-31.9549S6356.38121.14-128.71X12313.01-1.56-109.66S7356.38121.14-78.29X13313.01-1.56114.96S8
356.38
121.14
71.29
S9
356.38
121.14
121.29
二、仿真和优化
1.ADAMS 模型的建立
在ADAMS/View 中建立悬架模型和工作平台并且添加约束和运动副。
（1）球副：上支臂与主销在点Au 处；下支臂与主销在点Ad 处；转向拉杆与转向节间在点B 处；转向拉杆与大地在点C 处。
（2）旋转副：上支臂与大地在点S5处；下支臂与大地在点X5处。（3）固定副：轮胎与轮心间在点L 处；轮心与主销间在点O 处。（4）移动副：工作平台与大地之间。（5）点面约束：轮胎和工作平台。2.添加驱动
对工作平台与大地之间的移动副添加平移驱动，方向自动选定与工作平台的移动副方向一致。编辑该驱动的函数方程式为：()time d ⨯⨯360sin 80使工作平台可以上下跳动80mm ，添加完约束与驱动的模型如图2所示。
图2添加约束和驱动的模型
3.仿真与测量
开始仿真，设定终止时间为2，步数为200。测量前轮前束角：输入函数：“ATAN （DZ （MARKER_49，MARKER_48）/DX （MARKER_48，MARKER_49））”。其中“MARKER_48”是轮心在点“O ”处的标记点，“MARKER_49”是轮心在点“L ”处的标记点；同理，测量前轮的上下跳动量输入函数“DY （MARKER_51，MARKER_55）”。其中“MARKER_51”是车轮在“point_36”处的标记点，“MARKER_55”
是大地在“point_36”处的标记点。
以车轮跳动量为X轴，以前轮前束角为Y轴，得到的前轮前束角与车轮跳动量关系曲线如图3所示。
图3前轮前束角与车轮跳动量关系曲线
测量的前轮前束角的初始值是0度，曲线在-0.79783度到2.3931度之间波动。
4.优化前轮前束角
由前轮前束角与车轮跳动量的关系的图表可见，车轮上下跳动时，车轮前束角变化较大，曲线在-0.79783度到2.3931度之间波动，这就导致车轮在上下跳动的时候，车轮左右摆动幅度较大，不利于赛车的正常行驶，所以有必要对前轮前束角做优化实验，来减小赛车的前轮前束角。优化过程如下：（1）创建设计变量：对转向横拉杆与转向机铰接处点“C”的坐标参数化，依次创建“C”点的X 坐标为设计变量“DV_1”，“C”点的Y坐标为“DV_2”，“C”点的Z坐标为“DV_3”
（2）修改设计变量：修改设计变量“DV_1”，该设计变量的标准值是“339.31”，修改其最小值为“334.31”，最大值为“344.31”。同理修改设计变量“DV_2”，该设计变量的标准值是“71.07”，修改其最小值为“66.07”，最大值为“76.07”。修改设计变量“DV_3”，该设计变量的标准值是“178.39”，修改其最小值为“173.39”，最大值为“183.39”。
（3）创建设计计算：设计研究变量“DV_1”对前轮前束角的影响，研究测量“FUNCTION_QIANSHU”的“最大值”，实验次数为5次，点击“开始”按钮，软件开始仿真并且自动显示变量“DV_1”对曲线影响，如图4所示，其中横坐标为时间，纵坐标为前束角度的大小。
图4变量“DV_1”对应的不同曲线图5变量“DV_2”对应的不同曲线
同理，设计研究变量“DV_2”对前轮前束角的影响，得到曲线如图5所示；设计研究变量DV_3对前轮前束角的影响，得到曲线如图6所示。
图6变量“DV_3”对应的不同曲线图7前轮前束角优化前后的对比曲线
红的曲线—优化前；蓝的曲线—优化后
（4）继续优化：根据以上结论继续优化，“DV_2”的敏感度要大于“DV_1”，的敏感度，“DV_3”对曲线几乎没有影响，不在对“DV_3”继续优化，通过继续改变“DV_2”和“DV_1”的数值范围，增
加实验次数，到最优值。
（5）优化结果：通过增大变量范围和增加实验次数，到变量“DV_2”最优值即“C”点的Y坐标为“62.66”，变量“DV_1”的最优值即“C”点的X坐标为“339.55”。
（6）优化前后对比：进入曲线定制界面，得到前轮前束角优化前后的对比曲线，如图7所示，优化结束后前轮前束值的角度范围在“-0.00163”到“0.61657”之间。
三、结论
本文针对巴哈赛车的前轮前束角随车轮上下跳动时变化范围过大的问题进行优化，先在solidworks 中建立三维模型，提取各个设计点坐标；再在ADAMS/View中建立模型，添加约束和驱动；仿真后对测量的曲线分析，通过定制曲线模块更直观地分析前轮前束角与车轮跳动的关系；最后通过设计变量优化前轮前束角，最终得到的优化结果。利用ADAMS/View仿真软件可以在制造之前模拟现实情况，以做到优化的目的，为设计节省时间。
参考文献：
[1]田国红，郏文文，李强等.基于ADAMS的BSC赛车前悬架优化设计[J].汽车工程师，2016（8）：42-45.
[2]关文达.汽车构造[M].北京：机械工程出版社，2010：338.
[3]陈峰华.ADAMS2012虚拟样机技术从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2013.
[4]辛文彤，李志尊.Solidworks2012中文版从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2012.
[5]盛鹏程，简晓春，石振国等.基于ADAMS的转向轻便性与转向回正性的合理匹配[J].机械与电子，2008（4）：71-73.
Optimal Design of Front Wheel Angle of BSC Racing Car Based on ADAMS SHENG Peng-cheng，HAN Hai-jie，XU Ya-hua，CHEN Fang-shan
（Xingtai Polytechnic College,Xingtai,Hebei054035,China）
Abstract：In order to enhance the off-road performance of BSC and improve the handling stability of the car,the optimization design was conducted to the front wheel of the BSC racing car of Xingtai Polytechnic College Team.The front suspension model was drew by SolidWorks software,hard points of each front suspension was extracted,then the front suspension model was set up in ADAMS/View simulation software.The jumping-up -and-down motion model of wheel was simulated.The change curve of the front wheel angle when the wheel moves up and down was measured and optimized.The results show that the optimized front toe angle improves the suspension kinematics and vehicle handling stability.
Key words：BSC racing car;ADAMS/View;front wheel toe angle;optimization
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