基于多目标优化的矿用汽车前轮定位参数转向机构设计

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1、·现代设计与先进制造技术·董恩国张蕾基于多目标优化的矿用汽车前轮定位参⋯⋯27基于多目标优化的矿用汽车前轮定位参数一转向机构设计董恩国，张蕾(天津工程师范学院汽车与交通学院，天津300222)摘要：提出了一种矿用汽车前轮定位参数一转向机构的设计方法，即综合考虑汽车直线行驶状态的侧滑量、转向过程中车轮转角误差、车轮跳动过程中车轮摆角，建立了基于多目标优化的汽车前轮定位参数一转向机构设计模型。详细叙述了模型的设计变量、约束条件、优化目标的构成。比较了基于不同优化目标的前轮定位参数一转向机构的设计结果。结果表明，该方法

2、保证了汽车在3种运行工况下都处于比较理想的工作状态。关键词：定位参数；转向机构；多目标；优化设计中图分类号：U463．42文献标识码：A文章编号：1672—1616(2010)09—0027—04在我国，许多车型出现了轮胎磨损严重、转向沉重等现象。原因之一是汽车前轮定位参数的选取还处于经验阶段，往往采用类比法或通过大量的试验确定⋯1。由于前轮定位参数的存在，汽车转向机构是以空间方式运动的[-3J，而传统的转向机构设计以平面运动为基础。针对汽车前轮定位参数及转向机构设计中存在的缺陷，应用机械多体动力学分析软件ADA

3、MS建立某矿用汽车行驶系统、悬架、转向机构等系统的三维仿真模型，并将不同运行状态的仿真数据集图1仿真模型成到质量分析软件iSight中，研究基于多状态多目约束；悬架由上下两部分(缸筒和推杆)组成，并使标优化的矿用汽车前轮定位参数一转向机构的设用移动副约束，悬架上部分(缸筒)与车辆质心使用计方法，提高汽车的使用性能。固定副约束；悬架上部分安装弹簧，当悬架推杆上下移动时，弹簧伸缩，模拟悬架的运动特性；后悬架1参数化仿真模型与后轴使用固定副约束，其余部分的设置与前悬架1．1仿真模型的建立相似；在模型中转向液压缸由弹簧代

4、替，弹簧的前首先建立某矿用汽车行驶系、烛式悬架、转向端与车架使用固定副约束，弹簧的后端与转向臂使机构的仿真模型。仿真模型所用的坐标是通过用旋转副约束；转向梯形臂与转向节使用旋转副约CAD图纸获得的。该车是全液压转向机构，简化束；转向梯形臂与转向横拉杆使用万向节副约束；后的模型由转向节(2个)、车轮(4个)、悬架(4测试台与轮胎使用平面副约束。模型所加的运动个)、转向梯形臂(2个)、转向横拉杆、后桥、底盘、激励包括车轮上下跳动的激励，所施加的外力包括液压缸及测试台等组成，如图1所示。轮胎阻力矩及汽车行驶的主动力矩。

5、模型的自由模型的约束包括转向节与前悬架使用旋转副度为8，满足仿真分析要求。收稿日期：2010一O2—03基金项目：教育部科学技术研究重点课题(209004)；天津工程师范学院科研项目(YY09002，KJ0814)作者简介：董恩国(1973一)，男(满族)，辽宁盖州人，天津工程师范学院副教授，硕士，主要研究方向为现代汽车设计与制造方法。2010年5月中国制造业信息化第39卷第9期仿真模型选用UA轮胎模型【，UA轮胎模型车轮内倾角及后倾角的变化曲线(激振振幅：使用摩擦圆概念计算由侧偏角、滑移率、外倾角及±40mm)

6、。可以看出，车轮跳动过程中，内倾角及垂直方向变形等综合影响下的力和力矩，在计算后倾角保持不变，这说明悬架系统的动力学特征是中，考虑纵向和横向综合滑移的情况。正确的。汽车行驶中影响轮胎磨损的关键因素是：车轮、一后倾角的侧滑，侧滑越小，轮胎磨损越小；汽车转向过程中影响轮胎磨损最大的因素是实际转角与理论转角的误差，误差越小，轮胎的磨损越小；整体式转向机l角一构在车轮跳动时，必将引起车轮的摆振，从而加剧轮胎的磨损。因此对这3种状态进行仿真分析。采用脚本方式控制仿真过程，包括汽车行驶状态控制脚本(运动激励为汽车行驶作用力)

7、；行驶中转向控制脚本(运动激励为轮胎转向阻力矩及汽车图3内、后倾角的变化此外，还对模型的其他测试量进行了测试，包行驶作用力)；前轮反向跳动状态控制脚本(运动激励为测试台激振作用力)。括悬架运动轨迹的测试、转向液压缸作用力的测试等，测试结果均证明模型是正确和有效的。1．2仿真模型的验证为了确保仿真结果的正确性，需要验证模型的2定位参数一转向机构的优化设计正确性和有效性。将仿真分析数据集成到iSight软件中进行定首先验证转向机构的正确性和有效性。为轮胎施加转向阻力矩作为主动力，力矩计算_5J如下：位参数一转向机构的

8、多状态多目标优化设计。在iSight软件中建立的数学模型如下。T=0．05×(W／(1+E／B))×(B／200)×f／O．7(1)2．1设计变量式中：T为转向轮阻力矩；W为前桥负荷；厂为摩设计变量X=(z1，X2，z3，4，5，X6)，分别．擦系数；B为轮胎宽度；E为主销偏移量。汽车的相表示转向梯形底角、转向梯形臂长度及4个定位参数(主销内倾角、主销后倾角、前轮外倾角、