基于ADAMS的双横臂悬架性能多目标优化研究

Lca rear y Lca rear z Lca outer x Lca outer y Lca outer z
+ 0. 033 0
+ 0. 005 4
+ 0.Biblioteka 084 0- 0. 033 0
+ 0. 062 0
- 0. 185 0
√
+ 0. 002 8
- 0. 047 0
+ 0. 030 0
- 0. 085 0
Lca front y Lca front z
+ 0. 050 0 + 0. 075 0
+ 0. 078 0 + 0. 110 0
- 0. 082 0
√
+ 0. 001 9
- 0. 053 0 - 0. 085 0
Lca rear x
+ 0. 003 5
+ 0. 002 0
+ 0. 004 6
- 0. 003 5
6 个硬点在 x , y , z 3 个方向共 18 个坐标 ,如 若全部作为优化变量 ,所需的迭代次数将非常之 大 ,故利用 ADAMS/ Insight 软件先对这 18 个坐标 点与定位参数间的关系进行分析 ,将对定位参数影 响较大的坐标点作为优化因素进行优化 。对所有 坐标点进行分析后 ,将其分析结果列于表 1 中 ,并 根据各硬点坐标对定位参数的影响加以标记 ,其中 对定位参数影响较大的用 √标记 ,而对定位参数有 很大影响的用 ☆标记 ,结果见表 1 。
- 4. 400 0
☆
+ 0. 019 0
- 0. 055 0
- 0. 100 0
√
- 0. 082 0
+ 4. 100 0
☆
- 0. 200 0
√
- 0. 009 4
+ 0. 210 0
√
+ 1. 200 0
√
Uca front x Uca front y Uca front z
- 0. 011 0
- 0. 008 6
+ 0. 010 0
- 0. 030 0
+ 0. 008 0
- 0. 008 6
+ 0. 058 0
- 0. 220 0
√
- 0. 084 0
+ 0. 120 0
√
+ 0. 430 0
☆
- 0. 069 0
- 0. 090 0
- 0. 026 0
+ 0. 150 0
√
+ 5. 750 0
作以下假设 : a. 采用的双横臂独立悬架转向系统 ,前左 、前
右非悬挂质量系统的结构相同 ,转向横拉杆与转向 机直接相连 ,可以认为左右悬架关于汽车纵向中轴 线对称 ;
b. 悬架的零部件中 ,除了弹性元件与橡胶元件 外 ,其余部件认为是刚性的 ;
c. 研究悬架特性时 ,车身相对于地面不动 。 简化 的 双 横 臂 悬 架 模 型 如 图 1 所 示 , 其 中 A 1 B , A 2 B , D1 C , D2 C 为上 、下横臂 , B C 为转向节 主销轴线 , EH 为转向节臂 , HI 为转向横拉杆 , F 为车轮中心 , G 为轮胎接地点 。上 、下横臂分别通 过 A 1 , A 2 , D1 , D2 的转动副与车架连接 , 并通过 B , C 的球副与转向主销上下球头连接 。转向节 EF 通过旋转副与轮毂连接 ,转向节臂 EH 固结在转向 节上 ,转向横拉杆 HI 通过点 H 的球副与转向节臂 连接 ,转向器齿条通过点 I 的万向节与转向横拉杆 相连 。
评价悬架运动学特性的指标主要有 :主销内倾 角 、车轮外倾角 、车轮前束值 、主销后倾角和车轮侧 向滑移量[2 ] ,本文主要研究前 4 个性能指标 。通过 将仿真所得的运动学性能指标与一般设计规律相 比较分析后可以得出 :
a. 车轮外倾角 (如图 3 所示) 、主销后倾角 (如 图 4 所示) 及主销内倾角 (如图 5 所示) 的变化规律 及变化速率均符合设计要求 ;
2. 3 多因素多目标的定位参数优化
2. 3. 1 优化方法的选择 以往对双横臂悬架的优化研究中 ,大多利用了
ADAMS/ Insight 模块的优化分析功能 ,通过在一
定范围内改变悬架的硬点坐标对车轮定位参数中 的某项或者是多项进行优化 。虽然这种方法简单 可行 ,但其缺点也显而易见 :
a. 此类方法直接在 ADAMS/ Insight 模块中分 析后所输出的网页中对硬点坐标进行手动调节 ,并 通过观察各定位参数的变化趋势 ,兼顾平衡后得到 最后的优化结果 ,这导致其结果偶然性比较大 ,不 能全局考虑各个参数变量 ;
30
2009 年 9 月 中国制造业信息化 第 38 卷 第 17 期
基于 ADAMS 的双横臂悬架性能多目标优化研究
李瑜婷 ,赵治国 ,章 桐 (同济大学 汽车学院 ,上海 201804)
摘要 :针对某微型电动车操纵稳定性不佳的问题 ,基于 ADAMS/ Car 建立了某双横臂前悬架运动 学模型并对其进行了仿真分析 ,利用 ADAMS/ Insight 选取了适当的硬点坐标作为优化变量 ,以 各定位参数变化范围最小为优化目标 ,采用统一目标法将多目标函数转化为单目标函数 ,并在 ADAMS/ View 中对前轮定位参数进行了优化 。仿真结果表明 :该双横臂悬架的运动学性能得到 了有效改善 。 关键词 :悬架运动学 ;ADAMS ;多目标优化 中图分类号 :U463. 33 + 1 文献标识码 :A 文章编号 :1672 - 1616( 2009) 17 - 0030 - 05
2. 2 优化变量的选取
以往对于双横臂悬架的优化多集中在两个方
面 ,一方面是对各个结构参数的优化 ,如上下横臂 长度 、转向横拉杆位置等 ;另一方面是对各硬点坐 标的优化 ,而这些硬点一般为上下横臂的内外点 , 转向横拉杆外点等 。本文主要研究双横臂前悬架 的导向机构的空间位置对其运动学性能的影响 ,故 本次优化主要针对双横臂前悬架的上下横臂前点 、 后点和外点的硬点坐标 。
2 多目标优化
2. 1 优化目标的确定
根据仿真分析所得出的结论 ,本次优化主要是 针对前束的不良变化规律 。在车辆设计中 ,一般希 望所设计的车辆的前束值在车轮上下跳动时均不 发生变化[1 ] ,故本次优化将车轮前束值变化范围 最小作为优化目标 。但是 ,在对某一项车轮的定位 参数进行优化时 ,会导致其他定位参数变化趋势出 现相反的情况[3 ] ,所以在优化车轮前束值时 ,还需 考虑到其他车轮定位参数 ,即需要对前束及其他车 轮定位参数的变化范围等多个目标同时进行优化 。
图 3 车轮外倾角与轮跳变化关系曲线
图 6 前束与轮跳变化关系曲线
由以上分析可以得出结论 :引起该车操纵稳定 性不佳最重要的原因为其前束在车轮上下跳动时
32
2009 年 9 月 中国制造业信息化 第 38 卷 第 17 期
的变化规律和变化速率不符合设计要求 ,极大地影 响了车辆的操纵稳定性和直线行驶性能 。
☆
- 0. 028 0
- 0. 200 0
√
- 0. 240 0
√
- 0. 021 0
- 4. 200 0
☆
+ 0. 330 0
☆
- 0. 470 0
☆
- 0. 180 0
√
- 1. 300 0
√
基于表 1 考虑对定位参数的影响 ,选取 12 个 坐标点作为优化变量 ,分别为上横臂前点 、后点的 y , z 坐标 ,下横臂前点 、后点的 z 坐标 , 上 、下横臂 外点的 x , y , z 坐标 ,省略其余 6 个坐标点 。
考虑到以上的不足 ,笔者提出了一种新的优化
方法 ,即利用 ADAMS/ View 的函数自定义功能 ,
将优化目标转化为多目标函数 ,在 ADAMS/ View
中进行迭代优化 ,并计算出最优解 。
2. 3. 2 多目标优化函数的建立
以测量所得的平衡位置的值作为参考值 ,单位
采用弧度制 ,定义各目标函数如下 : min f 1 ( X) =| Δα| =| camber mearsure | min f 2 ( X) =| Δ<| =| toe mearsure + 0. 008 7 | min f 3 ( X) =| Δγ| =| caster mearsure - 0. 050 0 | min f 4 ( X) =| Δβ| =| kingpin mearsure - 0. 223 0 |
- 0. 003 4
- 0. 007 3
+ 0. 079 0
- 0. 120 0
√
+ 0. 200 0
√
+ 0. 190 0
√
+ 0. 120 0
√
- 0. 146 0
√
- 0. 048 0
+ 0. 033 0
+ 0. 100 0
√
Uca rear x Uca rear y Uca rear z Uca outer x Uca outer y Uca outer z
表 1 各硬点坐标对定位参数影响程度总结表
硬点坐标
车轮外倾角 (°/ 1mm)
影响 程度
前束角 (°/ 1mm)
定位参数
影响 主销后倾角
程度
(°/ 1mm)
影响 程度
主销内倾角 (°/ 1mm)
影响 程度
Lca front x
+ 0. 004 8
+ 0. 009 2
- 0. 009 5
- 0. 005 7