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基于近似模型技术的汽车转向梯形优化设计研究

刘良  
【摘要】:汽车在道路上行驶时,转向梯形机构对整车的操控性、稳定性以及轮胎的磨损都有着较大的影响。当汽车悬架为独立悬架时,若转向梯形机构设计不合理,汽车悬架系统的悬架导向机构与转向系统的转向杆系之间的运动发生相互干涉,前轮摆振、汽车跑偏等不良现象就会出现在汽车行驶的过程中,破坏了整车的操控性、稳定性,轮胎磨损变得更为剧烈。因此对转向梯形机构进行优化设计就显得尤为重要。本文以某款越野车为研究对象,采用近似模型技术,对汽车的转向梯形机构优化设计做了相关研究和探索。 首先运用ADAMS软件建立前悬架和转向模型,并进行平行轮跳和原地转向仿真试验,得到前束角随车轮跳动的变化曲线和阿克曼误差随车轮转角的变化曲线。然后利用ADAMS软件中的Insight模块分析转向梯形关键点对车轮跳动时前束角变化和转向时阿克曼误差的影响,即灵敏度分析。 根据前面的灵敏度分析,采用最优拉丁超立方实验设计对转向梯形关键点进行随机取样,将取样值赋予前悬架和转向虚拟样机模型,得出车轮前束角变化和阿克曼误差的响应值。通过Matlab编写程序分别建立转向梯形关键点与车轮前束角变化和转向阿克曼误差的近似模型,设置优化目标,进行多目标优化设计。最后通过建立整车虚拟样机模型,根据国标《汽车操纵稳定性实验方法》,利用所建立的整车虚拟样机模型,分析了转向梯形优化前后该车在稳态回转、转向回正、蛇行实验等三项操纵稳定性实验中的性能表现,并对仿真实验结果进行计分评价。对比转向梯形优化前后的操纵稳定性评价计分值,结果表明本文所采用的优化分析方法十分有效,具有较高的可行性。 本文对汽车转向梯形机构进行多目标的优化设计,以转向梯形机构关键点作为设计变量,以车轮跳动时前束角变化和转向时阿克曼误差为目标函数,建立转向梯形机构的近似模型,采用多目标粒子群优化算法得到前束角变化和阿克曼误差的pareto解集。通过本文的探索和研究,得到了一种行之有效的汽车转向梯形机构优化设计方法,对汽车转向梯形机构的创新和研发具有较好的现实指导意义。


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