汽車四輪定位參數(shù)的穩(wěn)健設計研究.pdf

1、汽車四輪定位參數(shù)主要有主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、前輪前束角、前輪外傾角、后輪前束角及后輪外傾角等，其與整車性能密切相關，是保證汽車良好操縱穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟性、安全性及輪胎磨損狀態(tài)等的重要前提，其中主銷內(nèi)傾角與主銷后傾角直接與車輛轉向回正能力密切相關，前束角與外傾角的合理匹配直接影響輪胎磨損狀態(tài)。同時，上述車輛性能均在用戶的主要關注點之列。
　　就車輛底盤系統(tǒng)而言，四輪定位參數(shù)與懸架系統(tǒng)結構、系統(tǒng)剛度、懸掛點位置及彈性元件剛度阻尼等直

2、接相關。而懸架系統(tǒng)的制造誤差、裝配誤差等會導致四輪定位參數(shù)的實際值與設計基準值之間在靜態(tài)時便存在偏差;另外，在使用過程中車輛載荷狀態(tài)、行駛車速及工況等的隨機性將影響懸架系統(tǒng)的姿態(tài)，進而可能導致四輪定位參數(shù)在懸架常規(guī)行程范圍內(nèi)出現(xiàn)動態(tài)大波動。對于此類由不確定因素而引發(fā)的偏差與大波動，可由穩(wěn)健設計來處理。而目前，對于四輪定位參數(shù)的研究，少有考慮其穩(wěn)健性。
　　穩(wěn)健設計變量包括可控因素與噪聲因素，相比常規(guī)優(yōu)化設計需考慮的因素變量更多，同

3、時穩(wěn)健設計是一個多目標優(yōu)化問題，其計算量更大;且就工程實際問題本身而言，其系統(tǒng)模型較復雜，若以原復雜模型進行穩(wěn)健設計將很難滿足工程進度需求;故研究過程中通過構建研究對象的RSM模型，以表征原模型中輸入與響應之間的映射關系，以提高分析效率。
　　對于同級別的不同車輛，經(jīng)調(diào)研可得其四輪定位參數(shù)設計基準值不同，其不能簡單地根據(jù)同級別車輛的經(jīng)驗值類比而得，且常規(guī)的理論設計方法不能很好地獲取具有一定穩(wěn)健性的設計基準值。故有必要對其進行穩(wěn)健設

4、計研究，并形成一套四輪定位參數(shù)的穩(wěn)健設計規(guī)程，以規(guī)范化地指導此類工程問題的處理與分析。
　　進而，本課題假定在制造與裝配工藝發(fā)展較為成熟的當前，由制造誤差、裝配誤差、磨損間隙誤差引起的偏差已很小，暫不予考慮，主要考慮載荷狀態(tài)、行駛車速、運行工況等不確定因素的影響。依托某B級車型，基于四輪定位參數(shù)對整車轉向回正性能及輪胎磨損的影響機理，結合測試、CAE(Computer Aied Engineering)及CAO(Computer

5、AiedOptimization)等分析技術，進行了以下研究工作:
　　(1)基于四輪定位參數(shù)對轉向回正及輪胎磨損的影響機理分析，確定了本課題穩(wěn)健設計的性能目標，即整車殘留橫擺角速度、橫擺角速度總方差及輪胎接地點側向滑移量，三者均為“望小特性”;
　　(2)通過對穩(wěn)健設計常用方法(Taguchi方法、6sigma方法與基于響應面模型的方法)的對比分析，確定了本課題的穩(wěn)健設計方法:基于響應面模型的穩(wěn)健設計方法，并以改進型非劣分

6、層遺傳算法(NSGA-Ⅱ)與Pareto解集概念相結合求解穩(wěn)健性優(yōu)化模型;
　　(3)基于測試所得基礎數(shù)據(jù)，運用ADAMS/Car軟件建立對象車型的剛柔耦合功能虛擬樣機(FVP)，并重點歸納了部件柔性化的方法與流程，以規(guī)范化關鍵部件的柔化處理;部件柔性化后，可摒棄其對結構響應貢獻量不大的頻率成分，減小剛柔耦合模型自由度，提高計算效率;
　　(4)在影響因素靈敏度分析的基礎上，基于GB/T6323轉向回正性能試驗與自定義起伏路

7、面條件，建立四輪定位參數(shù)與響應目標之間的RSM模型，基于轉向與輪跳試驗，建立懸架結構因素與四輪定位參數(shù)之間的RSM模型，在建立RSM模型的過程中借助于iSIGHT軟件平臺聯(lián)合ADAMS/Car軟件，以批處理文件(.bat)調(diào)用后臺命令，獲取擬合RSM模型所需的試驗樣本點，以此方法提高搭建RSM模型的效率;
　　(5)調(diào)研分析了22輛與對象車型同類級別車型的四輪定位參數(shù)取值分布情況，以此作為四輪定位參數(shù)穩(wěn)健設計的設計變量約束區(qū)間，以

8、車輛載荷狀態(tài)與車速為噪聲因素，基于GB/T6323轉向回正性能試驗與自定義起伏路面條件完成優(yōu)化分析，得到四輪定位參數(shù)的穩(wěn)健解;
　　(6)以上述所得四輪定位參數(shù)的穩(wěn)健解為目標特性，進一步進行懸架結構因素的穩(wěn)健設計:以四輪定位參數(shù)與所得目標特性偏差最小為優(yōu)化目標，懸架懸掛點坐標為設計變量，懸架橡膠襯套剛度特性為噪聲因素，進行優(yōu)化分析，得到懸架結構因素的穩(wěn)健解;
　　(7)基于上述分析研究，制定了四輪定位參數(shù)的穩(wěn)健設計規(guī)程，可為

9、同類工程問題的解決提供指導。
　　課題創(chuàng)新點:
　　(1)將穩(wěn)健設計引入四輪定位參數(shù)的研究中，并進行了分為兩級的穩(wěn)健優(yōu)化，即先基于RSM模型，以整車性能指標為出發(fā)點，進行第一級穩(wěn)健優(yōu)化，以獲取定位參數(shù)的穩(wěn)健解;再以此穩(wěn)健解作為目標特性，逐層分解，完成第二級穩(wěn)健優(yōu)化，獲取懸架結構影響因子的穩(wěn)健解。此方法使穩(wěn)健優(yōu)化分析過程中的難點分散，且可用于指導整車及零部件正向協(xié)同開發(fā)。
　　(2)建立與形成了汽車四輪定位參數(shù)的穩(wěn)健設計