重型汽車雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)參數(shù)化模型與設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　針對(duì)在雙前橋轉(zhuǎn)向重型汽車行駛中中存在的輪胎異常磨損的問(wèn)題，利用ADAMS/view軟件建立了樣車雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)參數(shù)化模型，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，得到車輪轉(zhuǎn)向的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角存在較大誤差。隨后將ADAMS/view與ISIGHT軟件進(jìn)行集成，并基于選擇的設(shè)計(jì)變量與目標(biāo)函數(shù)，在ISIGHT中利用正交數(shù)組法對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行DOE分

2、析，得到對(duì)車輪的理論轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角的差異值影響最大的11個(gè)設(shè)計(jì)變量。最后，利用多目標(biāo)遺傳算法（NSGA-II）在ISIGHT中對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并將優(yōu)化后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入ADAMS/view中重新進(jìn)行仿真。優(yōu)化結(jié)果表明：優(yōu)化后的車輪實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之間誤差大大減小，車輪在轉(zhuǎn)向過(guò)程中發(fā)生的異常磨損問(wèn)題也得到了有效的改善。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；ADAMS/view；ISIGHT；DOE分析；NS

3、GA-II遺傳算法</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Tire abnormal wear always occurs in heavy duty cars with dual-front axle steering system. Using ADAMS/view software to build parametric mo

4、deling and the kinematic simulation analysis for dual-axle steering system, finally proved that there is an obvious tolerance between actual and theoretical wheel turning angle. Then integrated ADAMS/view and ISIGHT soft

5、ware based on the selected design variable and objective function. In ISIGHT using DOE analysis by orthogonal array method for design variable</p><p>　　Key Words: Dual-front axle steering system; ADAMS/view;

6、 ISIGHT; DOE analysis; N?o?n?-?d?o?m?i?n?a?t?e?d? S?o?r?t?i?n?g? ?G?e?n?e?t?i?c? ?A?l?g?o?r?i?t?h (NSGA-II).</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　

7、　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景與研究意義1</p><p>　　1.2 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的理論研究與應(yīng)用現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 本文研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　第二章 雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的理

8、論基礎(chǔ)5</p><p>　　2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的概述5</p><p>　　2.2 單軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向原理7</p><p>　　2.3 多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向原理8</p><p>　　2.4 本章小結(jié)9</p><p>　　第三章 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型的建立10</p><p>

9、;　　3.1 ADAMS/view簡(jiǎn)介10</p><p>　　3.2模型的建立10</p><p>　　3.2.1 機(jī)構(gòu)方案與模型數(shù)據(jù)的確立10</p><p>　　3.2.2 ADAMS/view中建立模型14</p><p>　　3.3 參數(shù)化模型17</p><p>　　3.3.1參數(shù)化建模簡(jiǎn)介17

10、</p><p>　　3.3.2參數(shù)化建模17</p><p>　　3.4 建模中應(yīng)注意的問(wèn)題22</p><p>　　3.5 本章小結(jié)23</p><p>　　第四章 模型機(jī)構(gòu)的仿真分析24</p><p>　　4.1 雙前橋轉(zhuǎn)向的理論分析24</p><p>　　4.2轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的實(shí)

11、際轉(zhuǎn)角測(cè)量25</p><p>　　4.3 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的仿真與后處理26</p><p>　　4.3.1機(jī)構(gòu)的仿真26</p><p>　　4.3.2結(jié)果后處理27</p><p>　　4.4 本章小結(jié)30</p><p>　　第五章 基于Isight的模型優(yōu)化設(shè)計(jì)31</p><p

12、>　　5.1 Isight軟件簡(jiǎn)介31</p><p>　　5.2 ISIGHT集成ADAMS/view31</p><p>　　5.2.1 集成的概念及意義31</p><p>　　5.2.2集成需求文件的準(zhǔn)備32</p><p>　　5.2.3 輸入文件的參數(shù)化33</p><p>　　5.2.4

13、輸出文件參數(shù)化33</p><p>　　5.3 實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)（DOE）35</p><p>　　5.3.1 目標(biāo)函數(shù)的建立35</p><p>　　5.3.2 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)分析36</p><p>　　5.3.3執(zhí)行DOE結(jié)果分析38</p><p>　　5.4雙前橋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)3

14、9</p><p>　　5.4.1優(yōu)化方法39</p><p>　　5.4.2 確定優(yōu)化設(shè)計(jì)變量41</p><p>　　5.4.3優(yōu)化模型的運(yùn)行及結(jié)果41</p><p>　　5.5本章小結(jié)45</p><p>　　第六章 全文總結(jié)46</p><p>　　6.1 主要結(jié)論46&l

15、t;/p><p><b>　　6.2 展望46</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)48</b></p><p><b>　　致謝49</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><h3>　　1.1

16、 課題背景與研究意義</h2><p>　　隨著改革開放的成果逐步顯現(xiàn)，國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)得到了穩(wěn)步提升，社會(huì)發(fā)展對(duì)于物資的調(diào)配要求也越來(lái)越高，國(guó)內(nèi)的物流行業(yè)因此也被帶入了跨越式發(fā)展的步伐。在物流行業(yè)中，占有核心地位的就是公路運(yùn)輸，而與公路運(yùn)輸息息相關(guān)的則非重型卡車為首了?，F(xiàn)有的國(guó)內(nèi)物流公司中，無(wú)一不以最少的消耗、最低的成本換取最大的利益為目的經(jīng)營(yíng)，因此對(duì)于具有更大的載貨能力的重型卡車的需求量越來(lái)越大。</p>

17、;<p>　　要使汽車具有更大的承載能力，增加載重汽車的軸數(shù)是最直接的方法[1] 。因此具有多個(gè)軸的重型卡車就孕育而生了，然而更多的軸所帶來(lái)的問(wèn)題，例如機(jī)動(dòng)性與平順性，為了解決這一問(wèn)題，很多汽車公司推出了具有雙前橋轉(zhuǎn)向能力的汽車以改善汽車的性能。然而，相對(duì)于單橋轉(zhuǎn)向的汽車，雙前橋轉(zhuǎn)向能力的汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)更為復(fù)雜，在轉(zhuǎn)向時(shí)由于四輪同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，需要同時(shí)協(xié)調(diào)一致，而在實(shí)踐中卻經(jīng)常出現(xiàn)偏差，因此，很有必要對(duì)于其轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的

18、探討與研究。</p><p>　　由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與物流進(jìn)步的需要，具有重型承載能力的卡車在公路運(yùn)輸中起到了舉足輕重的作用，為了增加汽車的承載能力，增加汽車的軸數(shù)成了最有效的解決辦法，然而卻會(huì)使車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得更為復(fù)雜。在轉(zhuǎn)向時(shí)，由于多個(gè)轉(zhuǎn)向輪同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)引發(fā)的地面阻力也會(huì)隨之增大。在理論情況下四輪的轉(zhuǎn)向能力應(yīng)滿足阿克曼轉(zhuǎn)向原理，內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)該小于外側(cè)的轉(zhuǎn)向半徑，并且轉(zhuǎn)向半徑的圓心應(yīng)與后軸的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)

19、，然而在實(shí)際中，這一關(guān)系很難得到實(shí)現(xiàn)，由于轉(zhuǎn)向輪會(huì)相對(duì)于地面發(fā)生不必要的滑動(dòng)，并且導(dǎo)致轉(zhuǎn)向半徑的增大。此情況不僅會(huì)影響整車的機(jī)動(dòng)性，并且會(huì)導(dǎo)致輪胎因?yàn)楫惓Ｄp而形成的壽命簡(jiǎn)短，整車的轉(zhuǎn)向性能也會(huì)下降。由于雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，這些問(wèn)題在所難免。因此，在這種雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中必須要從結(jié)構(gòu)上對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)化分析，從而滿足阿克曼轉(zhuǎn)向原理，以減小地面與輪胎之間形成的不必要的摩擦、增大輪胎壽命并且提高整車的轉(zhuǎn)彎特性。另外，從整車性能角度來(lái)說(shuō)，

20、也可以提高車輛的操縱性與對(duì)抗輪胎偏移的特性 [2] 。</p><h3>　　1.2 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的理論研究與應(yīng)用現(xiàn)狀</h2><p>　　具有多軸轉(zhuǎn)向能力的重型卡車對(duì)于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建設(shè)有著至關(guān)重要的作用，各大廠商都推出了雙前橋轉(zhuǎn)向重型商用車。但是由于車輪存在的異常磨損的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)很多知名的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)甚至是一些大型的卡車公司都對(duì)其進(jìn)行過(guò)深入的研究。事實(shí)上很多的汽車公司在這方面都已經(jīng)有

21、相當(dāng)成熟的技術(shù)，現(xiàn)在市場(chǎng)上的許多卡車都是這些技術(shù)的產(chǎn)物。例如中國(guó)東風(fēng)汽車股份有限公司推出的東風(fēng)大力神系列重卡，采用的是4x4的搖臂型雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，工作情況非常出色。中國(guó)的柳州汽車有限公司在雷諾公司的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，并且發(fā)明了適合中國(guó)國(guó)情的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)驗(yàn)法[3]。為了使轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的性能得到提高，安徽華菱汽車股份有限公司對(duì)于重型卡車的雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了建模和優(yōu)化分析。不僅如此，理論研究方面，華菱汽車公司技術(shù)中心的呂召全更是開發(fā)了雙前橋轉(zhuǎn)

22、向機(jī)構(gòu)梯形機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，為雙前橋轉(zhuǎn)向優(yōu)化方法開辟了新的路徑[4]。中國(guó)重汽集團(tuán)也對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，在經(jīng)過(guò)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摲治鲇?jì)算與優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，他們提出了最佳平方逼近法以對(duì)現(xiàn)行的經(jīng)典雙搖臂機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，試圖從結(jié)構(gòu)上對(duì)現(xiàn)行的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)徹底優(yōu)化[5]。如圖1.1為雙前橋轉(zhuǎn)向卡車</p><p>　　圖1.1 雙前橋轉(zhuǎn)向卡車實(shí)車圖片</p><p>　　吉林

23、大學(xué)的汽車研究實(shí)驗(yàn)室在ADAMS中建立了雙前橋轉(zhuǎn)向的多體動(dòng)力學(xué)模型，在軟件的環(huán)境中對(duì)雙搖臂機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，行之有效的提高了雙前橋機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向特性[6]。合肥工業(yè)大學(xué)的張代勝教授在雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的研究開辟了新的角度，他們利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)及干涉進(jìn)行了分析，對(duì)未來(lái)的研究打下了行之有效的基礎(chǔ)。同一學(xué)校的程小虎同學(xué)則利用靈敏度分析的方法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化[7] 。武漢科技大學(xué)的朱林同學(xué)通過(guò)在ADAMS中對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真

24、分析，并且利用Insight內(nèi)置模塊對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了行之有效的優(yōu)化，為雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)未來(lái)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。</p><p>　　在國(guó)外，多橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)得到了很廣泛的應(yīng)用。在1960年以前，德國(guó)已經(jīng)研發(fā)出了4x4轉(zhuǎn)向的行之有效的解決方案，直到現(xiàn)在，法國(guó)的制造商尼古拉斯工業(yè)集團(tuán)已經(jīng)研發(fā)出了10*10的重型牽引車，此車型也為目前世界上最大的牽引車。美國(guó)的福萊納公司在最近也推出了基于長(zhǎng)頭卡車的雙前橋轉(zhuǎn)向汽車。德國(guó)的曼集團(tuán)特

25、種車輛也都推出了多橋轉(zhuǎn)向的重型車輛[8] 。目前最先進(jìn)的當(dāng)屬瑞典的沃爾沃公司，他們推出的最新技術(shù)能使擁有多個(gè)軸的卡車進(jìn)行獨(dú)立轉(zhuǎn)向[9]。理論研究方面，印度的Manmohan Singh等印度汽車研究所的研究人員也在基于阿克曼原理與ADAMS環(huán)境中對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析，并結(jié)合ADAMS內(nèi)部的Insight功能優(yōu)化參數(shù)，為雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化提供了一種最為有效的方式[10]。另外，其他美國(guó)大學(xué)例如麻省理工學(xué)院與愛丁堡大學(xué)也對(duì)多橋轉(zhuǎn)

26、向機(jī)構(gòu)運(yùn)用Haperworks進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，并取得了一些成果[11~12]。 </p><h3>　　1.3 本文研究的主要內(nèi)容</h2><p>　　本文的主要研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)部分：</p><p>　　研究多軸汽車雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)向原理，分析轉(zhuǎn)向輪異常磨損的影響因素。</p><p>　　針對(duì)磨損問(wèn)題，根據(jù)逆向掃描的得到的硬

27、點(diǎn)坐標(biāo)，在ADAMS/view中建立雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)化處理，且在軟件環(huán)境下對(duì)模型進(jìn)行仿真，以確定引起輪胎異常磨損的主要原因。</p><p>　　利用ISIGHT軟件集成技術(shù)，編輯simcode模塊，實(shí)現(xiàn)ADAMS/View運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真集成，建立聯(lián)合仿真分析流程。</p><p>　　深入研究多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與算法，及優(yōu)化目標(biāo)，應(yīng)用DOE分析方法進(jìn)行研究，并選用最

28、合適的方法在ISIGHT中對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)變量進(jìn)行DOE分析。</p><p>　?。?）根據(jù)DOE分析結(jié)果與實(shí)際制造的可行性確定優(yōu)化變量，并給定范圍。研究多目標(biāo)算法，在ISIGHT中對(duì)選取的變量進(jìn)行優(yōu)化，并將結(jié)果導(dǎo)入ADAMS/view，再次進(jìn)行仿真，將優(yōu)化后的仿真結(jié)果與優(yōu)化前的結(jié)果在后處理中進(jìn)行對(duì)比分析。</p><h2>　　第二章 雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)</h2>

29、<h3>　　2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的概述</h2><p>　　汽車轉(zhuǎn)向就是在車輛的行駛過(guò)程中，依據(jù)駕駛員的想法意志而改變車輛的行駛方向。駕駛員會(huì)通過(guò)一套專設(shè)的機(jī)構(gòu)使汽車轉(zhuǎn)向橋相對(duì)于軸線偏轉(zhuǎn)一定的方向，而這一套專設(shè)機(jī)構(gòu)就被成為汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。此系統(tǒng)在汽車行駛時(shí)，也用來(lái)保證各輪之間有合適的轉(zhuǎn)角關(guān)系。根據(jù)轉(zhuǎn)向能源的不同，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類 。</p>&l

30、t;p>　?。?）機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：在汽車需要轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員對(duì)方向盤施加一個(gè)轉(zhuǎn)向力矩，此力矩傳過(guò)轉(zhuǎn)向軸、萬(wàn)向節(jié)和轉(zhuǎn)方向傳動(dòng)軸之后再輸入轉(zhuǎn)向器。傳動(dòng)搖臂接收減速后的運(yùn)動(dòng)和經(jīng)過(guò)適當(dāng)放大后的力矩，之后通過(guò)直拉桿傳給轉(zhuǎn)向節(jié)臂。以此帶動(dòng)左輪偏轉(zhuǎn)，并通過(guò)轉(zhuǎn)向梯形帶動(dòng)右輪進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。圖2.1所示為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和布置示意圖。</p><p>　　圖2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和示意圖</p><p>

31、　　1——轉(zhuǎn)向盤 2——轉(zhuǎn)向軸 3——轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié) 4——轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸 5——轉(zhuǎn)向器 6——轉(zhuǎn)向搖臂 7——轉(zhuǎn)向直拉桿 8——轉(zhuǎn)向節(jié)臂 9——左轉(zhuǎn)向節(jié) 10、12——梯形臂 11——轉(zhuǎn)向橫拉桿 13——右轉(zhuǎn)向節(jié)</p><p>　?。?）動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在除了駕駛員為動(dòng)力源進(jìn)行轉(zhuǎn)向之外，還兼有發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力為助力能源。圖2.2為某動(dòng)力系統(tǒng)示意圖。在大多數(shù)情況下，很大一

32、部分所需要轉(zhuǎn)向的能量都由引擎所提供的動(dòng)力提供[13]。相對(duì)于機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這樣的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的區(qū)別為增加了動(dòng)力助力裝置，相對(duì)于之前的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使駕駛員更加省力。</p><p>　　圖2.2 某動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示意圖</p><p>　　1——轉(zhuǎn)向盤 2——轉(zhuǎn)向軸 3——梯形臂 4——轉(zhuǎn)向節(jié)臂 5——轉(zhuǎn)向控制閥 6——轉(zhuǎn)向直拉桿 7——轉(zhuǎn)向搖臂 8——機(jī)械轉(zhuǎn)向器 9——轉(zhuǎn)向油罐

33、 10——轉(zhuǎn)向液壓泵 11——轉(zhuǎn)向橫拉桿 12——轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸</p><p>　　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由多個(gè)復(fù)雜的零部件組成，例如轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向桿系等零部件。對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求如下：</p><p>　　在汽車行駛狀態(tài)時(shí)，為了使車輪不發(fā)生不必要的磨損，應(yīng)保證所有車輪的轉(zhuǎn)向中心交于一點(diǎn)。</p><p>　　為了提高車輛的操控性能，在行駛過(guò)程中，應(yīng)保證車輛的轉(zhuǎn)向不

34、會(huì)因?yàn)榈降孛娴母蓴_而使車輛未按計(jì)劃方向行駛。</p><p>　　為了盡可能保證駕駛員的路感，應(yīng)使駕駛員在轉(zhuǎn)向過(guò)程中施加的力矩盡可能小。</p><p>　　應(yīng)安裝有在車禍發(fā)生的過(guò)程中保護(hù)駕駛員的措施。</p><p>　　在球頭處應(yīng)裝有調(diào)整機(jī)構(gòu)以減小摩擦間隙。</p><p>　　應(yīng)盡量減小懸架與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的干涉，以減小車輪在行駛過(guò)程中的不必

35、要的擺動(dòng)。并且使車輛的運(yùn)動(dòng)更加協(xié)調(diào)。</p><h3>　　2.2 單軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向原理</h2><p>　　在目前的大部分車輛中，幾乎都是采用的單軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。為了滿足阿克曼原理，以使在轉(zhuǎn)向時(shí)輪胎的磨損程度達(dá)到最低。其工作原理為在車輛發(fā)生轉(zhuǎn)向的工況時(shí)，前軸各車輪的軸線應(yīng)與后軸的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，由于汽車的后軸裝有差速器，因此后軸的兩個(gè)車輪可以以不同的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)向。然而前輪則不然，由于前輪

36、無(wú)法安裝差速器的原因，假如要向后輪一樣運(yùn)動(dòng)，則必然會(huì)造成車輛的不正?；瑒?dòng)，導(dǎo)致車輪發(fā)生過(guò)多的磨損。圖2.3為單軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)理想轉(zhuǎn)角關(guān)系示意圖。</p><p>　　圖2.3 單軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)理想轉(zhuǎn)角關(guān)系示意圖</p><p>　　根據(jù)阿克曼原理，角β與角α之間的關(guān)系式為：</p><p>　　由此可見，在理論情況的精確計(jì)算下，輪胎的轉(zhuǎn)角摩擦應(yīng)被減少到最小。然而，在實(shí)際情況

37、中，無(wú)論機(jī)構(gòu)利用何種情況進(jìn)行優(yōu)化，總會(huì)有一定的偏差，前輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角會(huì)有一定的區(qū)別，然而相對(duì)于多橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，單橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，所引起的誤差也可以小到對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)忽略不計(jì)。因此對(duì)于單軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化就沒(méi)有多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有可探究性。</p><h3>　　2.3 多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向原理</h2><p>　　相對(duì)于單軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理則更為復(fù)雜。然而唯一不變的則為統(tǒng)

38、一瞬心的原則。同樣適用于阿克曼原理，由于前軸為雙軸，則在理想情況下四輪的軸心延長(zhǎng)線應(yīng)交于一點(diǎn)。理論上說(shuō)此焦點(diǎn)應(yīng)在后軸的延長(zhǎng)線上，然而大多數(shù)具有雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的重型卡車也會(huì)具有多后軸的特性。由于在不同工況下的配重不同，后軸真正的軸線位置也很難確定，一般情況下，后軸的軸線選擇多軸的垂直平分線處。然而在這篇文章的實(shí)際計(jì)算中，作者取在距離第三軸的0.38處。不僅如此，由于可以影響后軸的因素太多，在此我們只把后軸整體當(dāng)做剛性輪胎來(lái)考慮。如圖2.4

39、所示為4x4的雙前橋轉(zhuǎn)向示意圖。</p><p>　　圖2.4 雙前橋轉(zhuǎn)向理想轉(zhuǎn)角關(guān)系示意圖</p><p>　　可以看出由于為了滿足理想情況，前輪四個(gè)轉(zhuǎn)向輪所轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)角都不同。盡管轉(zhuǎn)向半徑不同，他們的理論瞬心還是相交于一點(diǎn)。這樣才能符合基于阿克曼原理所計(jì)算出來(lái)的公式。在圖中可以作如下分析，把后兩軸的理論平分線作為基準(zhǔn)線，前兩軸的四個(gè)車輪軸線的轉(zhuǎn)角可表示為α1,β1,α2,β2.四個(gè)轉(zhuǎn)角應(yīng)

40、滿足的理論關(guān)系式為：</p><p>　　上式中：α1,β1分別為一橋左輪、右輪轉(zhuǎn)角。</p><p>　　α2, β2分別為二橋左輪、右輪轉(zhuǎn)角。</p><p>　　L1為一橋軸線至三、四橋理論中心線距離；</p><p>　　L2為二橋軸線至三、四橋理論中心線距離；</p><p>　　B為兩主銷中心點(diǎn)之間的距離。

41、</p><p>　　可以明顯看出，一軸車輪所形成的轉(zhuǎn)角要大于二軸車輪轉(zhuǎn)角，內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)角要大于外側(cè)車輪轉(zhuǎn)角。本文章需做的研究為盡可能使四個(gè)車輪的轉(zhuǎn)角更加接近與實(shí)際值。如圖2.4所示為4x4的雙前橋轉(zhuǎn)向示意圖。</p><p>　　圖2.5 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　1——前轉(zhuǎn)向搖臂 2——前轉(zhuǎn)向直拉桿 3——前轉(zhuǎn)向節(jié)臂 4——前轉(zhuǎn)向梯形臂

42、 5——前轉(zhuǎn)向橫拉桿 6——過(guò)渡拉桿 7——后轉(zhuǎn)向搖臂 8——后轉(zhuǎn)向直拉桿 9——后轉(zhuǎn)向節(jié)臂 10——后轉(zhuǎn)向梯形臂 11——后轉(zhuǎn)向橫拉桿</p><p>　　圖中可以看出相對(duì)于單軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，一軸與二軸運(yùn)用梯形機(jī)構(gòu)連接。4轉(zhuǎn)向輪理論轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角關(guān)系需進(jìn)一步討論。</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)

43、</b></p><p>　　本章最主要介紹了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并簡(jiǎn)述了單軸轉(zhuǎn)向與多軸轉(zhuǎn)向原理，說(shuō)明了雙前橋轉(zhuǎn)向理論轉(zhuǎn)角關(guān)系，為接下來(lái)的機(jī)構(gòu)模型建立與分析做了鋪墊。</p><h2>　　第三章 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型的建立</h2><h3>　　3.1 ADAMS/view簡(jiǎn)介</h2><p>　　ADAMS是一個(gè)多體動(dòng)力學(xué)仿真軟

44、件配備了Fortran和C++的數(shù)值求解的仿真軟件。 ADAMS最初是由在之后被他們被收購(gòu)MSC軟件公司機(jī)械動(dòng)力公司注冊(cè)開發(fā)。ADAMS已經(jīng)被證明是非常必要的虛擬原型開發(fā)程序，ADAMS軟件普遍支持兩種操作系統(tǒng)Linux和Microsoft Windows[14]。</p><p>　　作為世界上使用最廣泛的多體動(dòng)力學(xué)（MBD）軟件，ADAMS/view可以幫助工程師研究運(yùn)動(dòng)部件，如何載荷和力分布在機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

45、。產(chǎn)品制造商往往很難理解真正的系統(tǒng)性能，直到很晚在設(shè)計(jì)過(guò)程中。機(jī)械，電力等子系統(tǒng)對(duì)他們的系統(tǒng)工程過(guò)程中的具體要求進(jìn)行驗(yàn)證，但整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試和驗(yàn)證來(lái)得晚，導(dǎo)致返工，而且是風(fēng)險(xiǎn)更大。作為世界上最有名的和廣泛使用的多體動(dòng)力學(xué)（MBD）軟件，ADAMS/view提高工程效率，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，使早期的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)驗(yàn)證。工程師可以評(píng)估和管理學(xué)科，包括運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)和控制之間復(fù)雜的相互作用，以便更好地優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能，安全性和舒適。隨著廣泛的分析能

46、力，ADAMS/view是進(jìn)行大規(guī)模的優(yōu)化問(wèn)題，以高性能計(jì)算環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。利用多體動(dòng)力學(xué)解決方案的技術(shù)，ADAMS/view在運(yùn)行通過(guò)有限元分析解決方案所需的時(shí)間的一小部分非線性動(dòng)力學(xué)。載荷和力由ADAMS/view模擬計(jì)算通過(guò)提供他們?cè)谡麄€(gè)全范圍運(yùn)動(dòng)和操作環(huán)境如何變化更好地評(píng)估提高有限元分析的準(zhǔn)確性。</p><h3>　　3.2模型的建立 </h2><h4>　　3.2.1 機(jī)構(gòu)方

47、案與模型數(shù)據(jù)的確立 </h2><p>　　由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要與物流方面的巨大需求，社會(huì)對(duì)于擁有巨大載重量的雙前橋轉(zhuǎn)向汽車的需求量越來(lái)越大，此車型也因其優(yōu)良的設(shè)計(jì)擔(dān)當(dāng)著貨物運(yùn)輸?shù)闹辛黜浦匚?。?jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，雙前橋轉(zhuǎn)向技術(shù)已經(jīng)日漸成熟。</p><p>　　目前市面上傳統(tǒng)的雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為雙搖臂式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，本文章選取的就為東風(fēng)汽車有限公司的某品牌重卡的雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。在經(jīng)過(guò)對(duì)此車型進(jìn)行

48、調(diào)查，并且在東風(fēng)汽車公司與老師的幫助下，作者獲得了某雙前橋轉(zhuǎn)向載重貨車的結(jié)構(gòu)參數(shù)，此車型具有兩種規(guī)格，區(qū)別主要體現(xiàn)在軸距之上，如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 某雙前橋載重貨車結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　在實(shí)際研究的過(guò)程中，整車包括整個(gè)雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車橋以及懸架的數(shù)據(jù)是無(wú)法如此容易的得到的，由于公司的幫忙才使得筆者減少了部分工作量，在實(shí)際的生產(chǎn)與制造中，要想得到一件產(chǎn)品的

49、數(shù)據(jù)最直接的方法就是逆向掃描法。其主要原理是將所要研究的對(duì)象利用電腦進(jìn)行掃描，電腦通過(guò)掃描出來(lái)的模型進(jìn)行分析并得到數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行下一步的分析。在國(guó)內(nèi)的雙前橋研究領(lǐng)域中，專家和學(xué)者也大多采用的就是這種研究方法，其優(yōu)點(diǎn)是不僅得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，并且十分快速，大大縮短了研究周期。</p><p>　　在ADAMS/view中建立雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的模型之前，首先要做的是選擇整個(gè)雙前橋機(jī)構(gòu)的研究點(diǎn)。在仔細(xì)分析了模型之后可以發(fā)現(xiàn)，

50、整個(gè)雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是通過(guò)多個(gè)銷定位與螺栓連接而成，多個(gè)可移動(dòng)的桿件由這些限制自由度的約束連接在一起，從而組成了整個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。由此在ADAMS中，可以得出的結(jié)論是只要確定了各個(gè)連接點(diǎn)處的坐標(biāo)與約束位置的坐標(biāo)，即可建立起整個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。圖3.1為整個(gè)雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖，在圖上已標(biāo)出所有連接點(diǎn)與約束位置。</p><p>　　圖3.1 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn) </p><p>　　1——一軸轉(zhuǎn)向

51、搖臂旋轉(zhuǎn)中心 2——過(guò)渡拉桿前球銷點(diǎn) 3——一軸向直拉桿前球銷中心 4——一軸轉(zhuǎn)向直拉桿后球銷中心 5——一軸主銷中心 6、21——前轉(zhuǎn)向梯形臂球銷中心 7——前轉(zhuǎn)向節(jié)臂球銷回轉(zhuǎn)中心 8——前轉(zhuǎn)向橫拉桿球銷中心 9——過(guò)渡拉桿后球銷中心 10——后轉(zhuǎn)向直拉桿前球銷中心 11——后轉(zhuǎn)向搖臂旋轉(zhuǎn)中心 12——后轉(zhuǎn)向直拉桿后球銷中心 13——后轉(zhuǎn)向節(jié)臂球銷回轉(zhuǎn)中心 14、19——后軸左側(cè)主銷中心 15、

52、18——后轉(zhuǎn)向梯形臂球銷回轉(zhuǎn)中心 16、17——后轉(zhuǎn)向橫拉桿球銷中心 25、26——前軸車輪中心 23、24——右側(cè)前、后主銷上止點(diǎn) 27、28——后軸車輪中心</p><p>　　由前面的分析所得，在對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行建模分析之前，首先需要確定所研究的所有點(diǎn)，圖3.3已經(jīng)給出了所要研究的硬點(diǎn)。在模型的建立中，整車的坐標(biāo)系取XZ平面為整車在豎直方向上的對(duì)稱面，Y軸橫穿一軸橫拉桿，其與XZ平面的交點(diǎn)為

53、坐標(biāo)原點(diǎn)。在確定了坐標(biāo)平面之后，通過(guò)在之前所說(shuō)的逆向掃描技術(shù)，可以得出以上28個(gè)點(diǎn)的硬點(diǎn)三坐標(biāo)，坐標(biāo)點(diǎn)如表3.3所示。</p><p><b>　　表3.3 硬點(diǎn)坐標(biāo)</b></p><h4>　　3.2.2 ADAMS/view中建立模型</h2><p>　　由于在之后的分析與優(yōu)化中，實(shí)驗(yàn)的速度、計(jì)算量的大小直接與模型的簡(jiǎn)單程度成反比，所以

54、，在ADAMS中建模時(shí)，會(huì)盡可能的在不影響模型的功能情況下將模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。相對(duì)于其它軟件對(duì)于模型外形的高要求不同，ADAMS對(duì)于模型的外形幾乎沒(méi)有任何要求，對(duì)于此雙前橋轉(zhuǎn)向模型來(lái)說(shuō)，如果轉(zhuǎn)向的關(guān)系正確，并且各約束施加到位，其余的運(yùn)動(dòng)關(guān)系正確，則模型就會(huì)進(jìn)行正確的仿真與優(yōu)化。因此，在建立模型之中，由于不考慮組件的外形，則將所有組件用圓柱體（cylinder）代替進(jìn)行建模。下圖3.2為在table editor中輸入硬點(diǎn)坐標(biāo)。</p&

55、gt;<p>　　圖3.2 table editor編輯器</p><p>　　根據(jù)ADAMS/view的建模原則，在設(shè)置好單位對(duì)話框與工作網(wǎng)格的設(shè)定這些準(zhǔn)備活動(dòng)完成之后，就開始進(jìn)行點(diǎn)的創(chuàng)建工作。在主菜單欄（main toolbox and toolbar）中找到創(chuàng)建點(diǎn)（point），在模型創(chuàng)作界面上點(diǎn)擊需要?jiǎng)?chuàng)建的位置以選取點(diǎn)進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)的創(chuàng)作。然而這種方法效率比較低下，因此在創(chuàng)建多個(gè)點(diǎn)時(shí)，可直接在p

56、oint table中直接進(jìn)行編輯，如圖3.2所示。根據(jù)ADAMS的模型簡(jiǎn)化特性，將所有關(guān)鍵點(diǎn)根據(jù)雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的造型利用圓柱體進(jìn)行連接。與所有的模型一樣，在基礎(chǔ)構(gòu)建建立完畢之后，需在不同桿件之間添加約束才能使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)形成一個(gè)完整的仿真模型。</p><p>　　在對(duì)模型進(jìn)行分析和對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向車輛進(jìn)行實(shí)際考察之后發(fā)現(xiàn)，兩軸的垂臂機(jī)構(gòu)是直接利用螺栓固定在車架的側(cè)面的，因此在這兩個(gè)部位都應(yīng)添加旋轉(zhuǎn)副，根據(jù)汽車構(gòu)造所學(xué)

57、的知識(shí)，與在此研究中的特殊情況下，由于假定汽車的主銷是以中心線為軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以在模型中設(shè)定四個(gè)車輪的主銷都被添加旋轉(zhuǎn)副并與大地相連。由于在轉(zhuǎn)向的時(shí)候，車輪與主銷連接在一起，因此在四個(gè)車輪與主銷之間以固定副進(jìn)行連接，而其他的硬點(diǎn)則以球面副約束。為了更清楚的表達(dá)，表3.4給出了各約束的明細(xì)表格。</p><p>　　表3.4 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)硬點(diǎn)的約束明細(xì)</p><p>　　系統(tǒng)的自由度

58、計(jì)算公式如下所示：</p><p>　　其中：n——運(yùn)動(dòng)部件總數(shù)； </p><p>　　pi——第i個(gè)運(yùn)動(dòng)副的約束的自度數(shù)； </p><p>　　m——運(yùn)動(dòng)副總數(shù)； </p><p>　　qj——第j 個(gè)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)約束的自由度數(shù)； </p><p>　　x——驅(qū)動(dòng)數(shù)； </p><

59、p>　　Rk——其他的約束條件數(shù)</p><p>　　在此計(jì)算式應(yīng)得：F=6*11-5*6-3*10-1=5，由此可知在建立的模型中，應(yīng)滿足于5個(gè)自由度機(jī)構(gòu)才能夠正確運(yùn)動(dòng)。給機(jī)構(gòu)添加一個(gè)運(yùn)動(dòng)（motion）之后，可以通過(guò)ADAMS右下角自帶的檢測(cè)功能對(duì)所建機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。</p><p>　　圖3.3 系統(tǒng)自測(cè)結(jié)果</p><p>　　如圖3.3所示，機(jī)構(gòu)有15

60、個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，6個(gè)旋轉(zhuǎn)約束、10個(gè)球形約束、4個(gè)固定約束、5個(gè)自由度，與計(jì)算結(jié)果完全一致。因此符合理論自由度，雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在ADAMS/view中建立完成后的模型如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型</p><p>　　將在前軸搖臂處添加運(yùn)動(dòng)（motion）的雙前橋轉(zhuǎn)向模型進(jìn)行初步的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，將運(yùn)動(dòng)設(shè)置為上止點(diǎn)為42的正弦函數(shù)，最終模型成功并且正確的運(yùn)動(dòng)，也

61、驗(yàn)證了模型的成功建立。</p><p><b>　　3.3 參數(shù)化模型</b></p><h4>　　3.3.1參數(shù)化建模簡(jiǎn)介</h2><p>　　模型參數(shù)化是一個(gè)將模型變得更加容易進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程。在最初的建模過(guò)程中，所有的硬點(diǎn)坐標(biāo)都為實(shí)驗(yàn)得出來(lái)的數(shù)據(jù)，而在優(yōu)化的過(guò)程中會(huì)對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和更正，而原有的組成模型的硬點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)是完全無(wú)法滿足

62、這樣的實(shí)驗(yàn)變化的。不僅如此，如果需要大量更改數(shù)據(jù)的時(shí)候，對(duì)于原始的數(shù)據(jù)，只能依次對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)做調(diào)整，這樣的處理方式不僅工作量大、需要大量的時(shí)間去完成，而且無(wú)法得到最佳的結(jié)果。因此，將模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)就變得非常有必要了。參數(shù)化模型的原理是設(shè)置若干個(gè)參數(shù)變量，并用這些變量表示模型的參數(shù)，當(dāng)這些變量發(fā)生改變之后，與此相關(guān)聯(lián)的模型參數(shù)也會(huì)隨之發(fā)生改變，并且不會(huì)發(fā)生重復(fù)檢索的現(xiàn)象。當(dāng)模型進(jìn)行參數(shù)化處理之后，在對(duì)模型的后續(xù)優(yōu)化和設(shè)計(jì)時(shí)就會(huì)大大縮減

63、時(shí)間并且提高精確性。與大多數(shù)項(xiàng)目管理工具不同，專注于自動(dòng)化功能或工作流，參數(shù)，預(yù)測(cè)建模工具可幫助組織模式，優(yōu)化項(xiàng)目的可行性，并確保項(xiàng)目符合既定的準(zhǔn)則交付。參數(shù)化建模的名字來(lái)自那些在項(xiàng)目模擬過(guò)程修改的項(xiàng)目參數(shù)或者變量。參數(shù)模型是建立從一組數(shù)學(xué)公式。這些可以是在參考書中找到的標(biāo)準(zhǔn)方程，由顧問(wèn)或廠商，或兩者的某種組合開發(fā)的專有方程式。為了參數(shù)模型有任何效力，他們必須基</p><h4>　　3.3.2參數(shù)化建模<

64、/h2><p>　　在雙前橋轉(zhuǎn)向模型中進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)是非常有必要的。其方法為在模型中設(shè)計(jì)若干個(gè)設(shè)計(jì)變量，并且給定這些變量上下偏差值域。由于在實(shí)際生產(chǎn)制造中，輪距、軸距、主銷中心點(diǎn)位置等會(huì)影響到整車性能與布置，一般不做大范圍調(diào)整。當(dāng)單單改變?cè)O(shè)計(jì)變量值時(shí)，每一個(gè)坐標(biāo)的每一個(gè)坐標(biāo)值都會(huì)隨之進(jìn)行改變。由此達(dá)到高效率的設(shè)計(jì)目的。將模型進(jìn)行全參數(shù)化之后，在進(jìn)行后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，就可以對(duì)模型進(jìn)行全參數(shù)驅(qū)動(dòng)，所有的設(shè)計(jì)變量可以再上下

65、值域之間不斷尋找最佳的結(jié)果。表3.5為設(shè)計(jì)變量的初值與上下偏差。</p><p>　　表3.5 設(shè)計(jì)變量的初值與上下偏差</p><p><b>　　續(xù)表3.5</b></p><p>　　為了盡可能的減少設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)以簡(jiǎn)化模型，在對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型以及東風(fēng)汽車公司所提供的部分?jǐn)?shù)據(jù)與圖紙進(jìn)行分析之后，并考慮到實(shí)際生產(chǎn)中的難易程度，盡量在參數(shù)化

66、各點(diǎn)時(shí)選擇桿件的長(zhǎng)度與夾角以便于更改優(yōu)化。利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法，對(duì)其它各點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行參數(shù)化處理。在轉(zhuǎn)換完畢后，除了以上四個(gè)點(diǎn)之外，其余的各點(diǎn)坐標(biāo)均由參數(shù)化變量表達(dá)而成。在參數(shù)化過(guò)程中，主銷后傾角記為2°，主銷內(nèi)傾角記為7°各點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)化以后的表達(dá)式如下表3.6所示。</p><p>　　表3.6 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)硬點(diǎn)的參數(shù)化表達(dá)式</p><p><b>　　續(xù)表3.6

67、</b></p><p><b>　　續(xù)表3.6</b></p><p>　　將表3.6的硬點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)化公式輸入進(jìn)time table，點(diǎn)擊應(yīng)用之后所有的28個(gè)硬點(diǎn)就已被參數(shù)化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)模型快速調(diào)整。</p><h3>　　3.4 建模中應(yīng)注意的問(wèn)題</h2><p>　　在最開始的建模時(shí)，應(yīng)注意轉(zhuǎn)向節(jié)臂的建

68、立。由于在此研究中將轉(zhuǎn)向節(jié)臂、主銷、轉(zhuǎn)向梯形臂看成是一個(gè)整體的剛性元件，因此在連接轉(zhuǎn)向節(jié)臂的硬點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意將所有連接的桿件選擇為屬于統(tǒng)一元件，否則在之后的自由度檢驗(yàn)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)并不符合正確值。除此之外，在確定關(guān)鍵點(diǎn)的約束關(guān)系時(shí)，應(yīng)注意由于整個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)臂與主銷機(jī)構(gòu)是剛性元件，其間在部件內(nèi)部并不會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，所以在點(diǎn)6、7、13、15、18、21、23、24處并不添加任何約束。對(duì)于點(diǎn)1、11處所加裝的轉(zhuǎn)動(dòng)副，由于在實(shí)際情況下?lián)u臂安裝在車架上的點(diǎn)

69、并不是完全在搖臂的中心，因此約束的位置會(huì)有一些偏差如3.6圖所示。</p><p>　　圖3.6 點(diǎn)11處的轉(zhuǎn)動(dòng)約束</p><p>　　在機(jī)構(gòu)模型上對(duì)點(diǎn)25、26、27、28施加有固定副是為了保證轉(zhuǎn)向橫梯臂與車輪一同移動(dòng)，而不是要將轉(zhuǎn)向橫梯臂固定在地面上而形成過(guò)度約束。在將參數(shù)化公式錄入Table editor時(shí)要注意需要一次錄入完成。如果中途退出編輯，那么再次進(jìn)入的時(shí)候必須重新編輯。在

70、錄入?yún)?shù)公式時(shí)可雙擊使用公式編輯器拾取變量，此方法可有效減少出錯(cuò)率。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先利用硬點(diǎn)坐標(biāo)在ADAMS/view中建模，完成后對(duì)模型的自由度進(jìn)行了驗(yàn)證。之后通過(guò)確定的參數(shù)化變量，將模型參數(shù)化，以實(shí)現(xiàn)全參數(shù)驅(qū)動(dòng)，為接下來(lái)的仿真分析做好了準(zhǔn)備工作。</p><h2>　　第四

71、章 模型機(jī)構(gòu)的仿真分析</h2><p>　　在雙前橋轉(zhuǎn)向模型進(jìn)行參數(shù)化建立完成之后，接下來(lái)需要做的工作是利用ADAMS對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)的的分析，這一步是在優(yōu)化設(shè)計(jì)之前最重要的一步，通過(guò)仿真分析之后，便可對(duì)機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題有直觀的了解。</p><h3>　　4.1 雙前橋轉(zhuǎn)向理論分析</h2><p>　　仿真分析之前，對(duì)于研究的雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，需要率先探討的是在轉(zhuǎn)

72、向機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)的理論轉(zhuǎn)角關(guān)系。通過(guò)之前對(duì)于阿克曼轉(zhuǎn)向原理的探討，已經(jīng)得出了雙前橋轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系如公式2.2所示，然而需要得到理論轉(zhuǎn)角的目標(biāo)函數(shù)還需要確立不同轉(zhuǎn)向的相同側(cè)轉(zhuǎn)角關(guān)系，由圖2.4可以得出同側(cè)車輪理論轉(zhuǎn)角關(guān)系如下：</p><p>　　在設(shè)置目標(biāo)函數(shù)時(shí)，由于此公式中包含有四個(gè)未知量，因此無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步的研究，因此對(duì)公式進(jìn)行變形約分。測(cè)量工具箱中的公式編輯器結(jié)果如圖4.1所示。如下所示，將其余三個(gè)理論角均

73、由一軸左側(cè)車輪表示出來(lái)，公式如下：</p><p>　　一軸右輪理想轉(zhuǎn)角： </p><p>　　二軸左輪理想轉(zhuǎn)角： </p><p>　　二軸右輪理想轉(zhuǎn)角： </p><p>　　圖4.1一軸右輪理想轉(zhuǎn)角的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　在ADAMS仿真階段，為了可以將公式得出的理想轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角進(jìn)行對(duì)比，必須要將理論

74、轉(zhuǎn)角公式編輯進(jìn)入軟件之內(nèi)。在編輯時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，并非是簡(jiǎn)單的進(jìn)入公式編輯器進(jìn)行編輯，由于目標(biāo)函數(shù)所輸出的結(jié)果為理論轉(zhuǎn)角，并且將要與測(cè)量所得的理論轉(zhuǎn)角進(jìn)行對(duì)比，因此需前往編輯菜單中的測(cè)量工具箱進(jìn)行編輯。</p><h3>　　4.2轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的實(shí)際轉(zhuǎn)角測(cè)量</h2><p>　　上一節(jié)的分析中，已經(jīng)將公式化的理論轉(zhuǎn)角輸出為了以一軸左輪為變量的測(cè)量轉(zhuǎn)角。之前在ADAMS中，已經(jīng)建立了雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的

75、模型，施加了運(yùn)動(dòng)之后，模型已可以隨時(shí)間的變化而發(fā)生改變，下一步需要做的是將仿真時(shí)轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系轉(zhuǎn)換成可分析的結(jié)果。因此，對(duì)于仿真之后的實(shí)際轉(zhuǎn)角需要進(jìn)行測(cè)量。</p><p>　　ADAMS/VIEW中自帶有轉(zhuǎn)角測(cè)量功能。以α1角為例，首先應(yīng)確定的是α1在機(jī)構(gòu)中的位置，由于在機(jī)構(gòu)的建立中主銷與梯形臂共同看成為一個(gè)剛性元件，并且梯形臂與輪胎之間為垂直并且利用固定副進(jìn)行約束，因此測(cè)量梯形臂與地面之間在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的交

76、付變化就是需要的實(shí)際轉(zhuǎn)角變化。ADAMS/view中建立測(cè)量角度的原則是利用三個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)轉(zhuǎn)角，選取點(diǎn)的示意圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 一軸左輪實(shí)際轉(zhuǎn)角選取點(diǎn)示意圖</p><p>　　根據(jù)三點(diǎn)一角原則，在梯形臂的兩側(cè)選取點(diǎn)。由于最初模型的約束，點(diǎn)5處的標(biāo)記點(diǎn)6（marker_6）為主銷上不可移動(dòng)的參考點(diǎn)。在點(diǎn)25處由建模生成的marker_77為在梯形臂上會(huì)隨著仿真

77、的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的標(biāo)記點(diǎn)。要想測(cè)出在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角，則需將點(diǎn)5處的marker_6作為轉(zhuǎn)角的頂點(diǎn)，并且在點(diǎn)25處建立固定在地面上（ground）的標(biāo)記點(diǎn)89（marker_89）。</p><p>　　圖4.3 一軸左輪轉(zhuǎn)角示意圖</p><p>　　如圖4.3所示，將第一點(diǎn)選取marker_77，中間點(diǎn)選取marker_6，最終點(diǎn)選擇marker_89.在初始情況下時(shí)，標(biāo)記點(diǎn)77與標(biāo)記點(diǎn)8

78、9應(yīng)處于重合狀態(tài)，在仿真步驟開始之后，1、2點(diǎn)與2、3點(diǎn)之間才開始產(chǎn)生角度差，形成的角度差就為一軸左輪轉(zhuǎn)角的實(shí)際測(cè)量值。其余三個(gè)轉(zhuǎn)角的實(shí)際測(cè)量均與此一軸左輪轉(zhuǎn)角類似。</p><h3>　　4.3 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的仿真與后處理</h2><h4>　　4.3.1機(jī)構(gòu)的仿真</h2><p>　　雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)四輪轉(zhuǎn)角測(cè)量完畢之后，需對(duì)模型進(jìn)行關(guān)鍵的仿真步驟，否則測(cè)量

79、的轉(zhuǎn)角并不能被激活。在Adams/view的原則中表明，假如機(jī)構(gòu)的自由度為0，則需對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，假如機(jī)構(gòu)的自由度大于或等于1，則對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。此轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為5自由度模型，因此應(yīng)運(yùn)用動(dòng)力學(xué)仿真分析。在主菜單中找到仿真按鈕（simulation）由于在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中有些差別非常細(xì)小，因此文章探討的機(jī)構(gòu)為在1個(gè)周期內(nèi)車輪轉(zhuǎn)角的變化情況。在之后的步長(zhǎng)的選擇中，將步長(zhǎng)調(diào)制500，便可非常細(xì)致的得到整個(gè)轉(zhuǎn)角的變化曲線。由于機(jī)構(gòu)的自

80、由度大于一，因此將default更改為dynamic。</p><h4>　　4.3.2結(jié)果后處理</h2><p>　　一般來(lái)說(shuō)，使用ADAMS一般是在其view模塊中進(jìn)行模型搭建和運(yùn)動(dòng)仿真，然后在后處理模塊Postprocessor中進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和分析，做出數(shù)據(jù)曲線以用來(lái)做之后的分析。ADAMS/ PostProcessor中、軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大的后處理工具，可以讓設(shè)計(jì)者查看結(jié)果的軟

81、件模塊。后處理中，可以快速查看ADAMS的結(jié)果，使作者更容易理解模型的特性。并且后處理支持完成整個(gè)模型開發(fā)周期，看看調(diào)試模型運(yùn)動(dòng)。還可以隔離單個(gè)靈活的身體將重點(diǎn)放在其變形。為了驗(yàn)證結(jié)果，可以導(dǎo)入測(cè)試數(shù)據(jù)，并繪制它針對(duì)的數(shù)字模擬的結(jié)果，后處理也可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和統(tǒng)計(jì)分析的情節(jié)曲線。不僅如此，在后處理中可以從圖形兩個(gè)或兩個(gè)以上的模擬結(jié)果進(jìn)行比較。此外，用點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)就可以自動(dòng)更新的結(jié)果圖。通過(guò)加速查看模擬結(jié)果，更可以試試模型更多的變化。也可

82、以檢查碰撞并產(chǎn)生體之間的最近距離的一個(gè)報(bào)告的每幀動(dòng)畫以幫助改善設(shè)計(jì)。為了提高設(shè)計(jì)審查和報(bào)告，可以改變地塊的外觀，并添加標(biāo)題和說(shuō)明他們。圖4.4為一軸左輪轉(zhuǎn)角與時(shí)間關(guān)系曲線。</p><p>　　圖4.4 一軸左輪轉(zhuǎn)角與時(shí)間的關(guān)系曲線</p><p>　　通過(guò)編輯欄上部的窗口可以進(jìn)入后處理界面，或者使用快捷鍵F8都可進(jìn)入最終的界面。在后處理的主界面中為具有坐標(biāo)軸的函數(shù)坐標(biāo)系。在之前的測(cè)量仿真

83、和公式編輯之后，所有的結(jié)果已顯示在下部的任務(wù)欄中。首先選取需要研究的一軸左輪轉(zhuǎn)角α1，任務(wù)欄中的右側(cè)選擇根據(jù)時(shí)間為橫坐標(biāo)的函數(shù)，以驗(yàn)證仿真的正確性。所得到的圖形如上圖所示?？梢婋S著時(shí)間前進(jìn)，一軸左輪的轉(zhuǎn)角隨時(shí)間以正玄曲線進(jìn)行變化。最大轉(zhuǎn)角為34 °小于所規(guī)定的最大轉(zhuǎn)角度數(shù)，整個(gè)周期內(nèi)曲線均平滑過(guò)度。因此，在后處理之前的仿真步驟是完全正確的。</p><p>　　由于在設(shè)置理論轉(zhuǎn)角的方程式時(shí)將一軸右輪與二

84、軸左右輪均設(shè)置成以一軸左輪為變量的關(guān)系式，因此在后處理圖形的繪制時(shí)均使用α1作為橫坐標(biāo)進(jìn)行研究。圖4.5，圖4.6，圖4.7，圖4.8為一軸右輪（β1）、二軸左輪（α2）、二軸右輪（β2）隨一軸左輪轉(zhuǎn)向的變化曲線。</p><p>　　圖4.5 一軸右輪實(shí)際轉(zhuǎn)角與理想轉(zhuǎn)角及差異曲線</p><p>　　圖4.6 二軸左輪實(shí)際轉(zhuǎn)角與理想轉(zhuǎn)角及差異曲線</p><p>

85、　　圖4.7 二軸右輪實(shí)際角度與理論角度及差值</p><p>　　圖4.8 各輪實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角差異值對(duì)比</p><p>　　如圖4.5、圖4.6、圖4.7、圖4.8所示，在隨一軸左輪變化時(shí)，一軸右輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角差異相對(duì)比較小，在后處理的分析圖形中可以看出圖形大部分處于近似重合的狀態(tài)。在理論值與實(shí)際值的差值delta_beta1曲線中可以看出結(jié)果幾乎在0 °周圍活

86、動(dòng)。由此可得出的結(jié)論為一軸的轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)相對(duì)合理，在發(fā)生轉(zhuǎn)向時(shí)幾乎和理論轉(zhuǎn)角保持較小差異，受到的非正常摩擦與輪胎磨損比較小。而二軸左輪的實(shí)際變化曲線與理論值卻存在著較大的差異，再?gòu)?角度到30度的變化區(qū)間內(nèi)理論與實(shí)際的差異值隨角度的增大而增大，在40°時(shí)達(dá)到最高差值7.5 °，在最大轉(zhuǎn)角即大于40°時(shí)最大轉(zhuǎn)角差值甚至超過(guò)15°并有持續(xù)增大的趨勢(shì)。同樣，在畫出二軸右輪的變化曲線后研究發(fā)現(xiàn)其實(shí)際轉(zhuǎn)角與

87、理論轉(zhuǎn)角差異也較大，最大處已接近于5°。由此分析可知，雖一軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，然而二軸的左右兩輪實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角均存在著較大的差異，兩軸的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)存在著設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題，并且相比一軸，二軸兩輪的不正常磨損較為嚴(yán)重?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)對(duì)此雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)優(yōu)化不合理。機(jī)構(gòu)之間的參數(shù)有待調(diào)整。</p><p><b>　　4.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先對(duì)

88、雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的理想轉(zhuǎn)角在ADAMS/view中建立了數(shù)學(xué)模型，并對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的模型進(jìn)行了仿真。利用ADAMS中的后處理功能畫出理論轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角曲線，并進(jìn)行對(duì)比分析，為接下來(lái)的優(yōu)化提供設(shè)計(jì)對(duì)象。</p><h2>　　第五章 基于Isight的模型優(yōu)化設(shè)計(jì)</h2><h3>　　5.1 Isight軟件簡(jiǎn)介</h2><p>　　Isight是Dassault公司

89、推出的一款集實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，DOE分析、模型優(yōu)化為一體的軟件。ISIGHT自身并不會(huì)進(jìn)行計(jì)算，但是它通過(guò)相應(yīng)的方法調(diào)用其他軟件進(jìn)行計(jì)算。基于上述數(shù)值分析軟件的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程，在進(jìn)行數(shù)值分析的時(shí)候，可以通過(guò)修改模擬計(jì)算模塊的輸入文件來(lái)完成模型的修改，ISGHT正是基于這種原理工作的。下圖5.1為ISIGHT對(duì)的工作界面。</p><p>　　圖5.1 ISIGHT工作界面</p><p>　　IS

90、IGHT通過(guò)一種搭積木的方式快速集成和耦合各種仿真軟件，將所有設(shè)計(jì)流程組織到一個(gè)統(tǒng)一、有機(jī)和邏輯的框架中，自動(dòng)運(yùn)行仿真軟件，并自動(dòng)重啟設(shè)計(jì)流程，從而消除了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中的"瓶頸"，使整個(gè)設(shè)計(jì)流程實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化和全自動(dòng)化 [15] 。</p><h3>　　5.2 ISIGHT集成ADAMS/view</h2><h4>　　5.2.1 集成的概念及意義</h2>

91、;<p>　　由于ISIGHT自身并沒(méi)有處理模型數(shù)據(jù)的功能，因此必須借助其它建模軟件向其導(dǎo)入數(shù)據(jù)。ISIGHT本身更像是一臺(tái)數(shù)據(jù)計(jì)算器，將匯總在內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行龐大的有序的計(jì)算從而得到最優(yōu)解。將ADAMS/view與ISIGHT集成的意義在于利用創(chuàng)建的輸入文件與輸出文件而將ADAMS中的設(shè)計(jì)變量與參數(shù)化的硬點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入ISIGHT，在ISIGHT內(nèi)不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與參數(shù)的優(yōu)化以得到最優(yōu)解 [16] 。不僅如此，由于兩個(gè)軟件之間的

92、集成，導(dǎo)致所有的數(shù)據(jù)在任何環(huán)境中具有了聯(lián)動(dòng)的效應(yīng)，在ISIGHT中優(yōu)化獲得的新的變量會(huì)同時(shí)同步進(jìn)入ADAMS/view。集成之后的兩軟件實(shí)現(xiàn)了同時(shí)工作的目的，大大縮短了研究周期，貼圖高了效率[17]。</p><h4>　　5.2.2集成需求文件的準(zhǔn)備</h2><p>　　在兩軟件集成之前，需要準(zhǔn)備三個(gè)文件：</p><p>　?。?）Adams/view批處理文

93、件： runadams.bat</p><p>　?。?）Adams/view命令行文件： batch.cmd （此為Isight需要解析的輸入文件）</p><p>　?。?）Adams/view模型文件： latch.bin</p><p>　　批處理軟件為在ISIGHT中運(yùn)行Adams的驅(qū)動(dòng)程序，在程序的內(nèi)部應(yīng)編寫的內(nèi)容大致為將ADAMS中將要運(yùn)行的文件替換為

94、ISIGHT文件，如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.2 批處理文件內(nèi)容</p><p>　　命令行軟件也為ISIGHT需要進(jìn)行內(nèi)部解析的輸入文件，也是集成中最重要的一個(gè)軟件[17]。此輸入軟件的內(nèi)容分為4塊，首先編寫輸入命令，表示將模型軟件調(diào)取進(jìn)入ISIGHT，如圖5.3所示。</p><p>　　圖5.3 輸入文件調(diào)入部分</p><

95、p>　　第二部分的編寫內(nèi)容為將所有設(shè)計(jì)變量的初值調(diào)入ISIGHT。之后設(shè)置ADAMS仿真與確定在ISIGHT中需要計(jì)算的結(jié)果。由于需要對(duì)理論及實(shí)際總共6個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，因此在此處應(yīng)編寫六段。此編程命令可在ADAMS的命令欄中找到。在所有準(zhǔn)備文件編寫完畢之后，啟動(dòng)批處理文件，生成理論轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角總共6個(gè)目標(biāo)解的輸出文件，文件中包含著在執(zhí)行仿真時(shí)500個(gè)步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的500個(gè)值。</p><h4>　　5.2.3

96、 輸入文件的參數(shù)化</h2><p>　　準(zhǔn)備程序編寫完畢后，在ISIGHT中的simcode模塊對(duì)輸入及輸入文件進(jìn)行管理。Simcode模型如圖5.4所示。</p><p>　　圖5.4 Simcode模塊</p><p>　　Simcode模塊為ADAMS與ISIGHT連接的數(shù)據(jù)處理中心，由于集成進(jìn)入ISIGHT的輸入文件中的設(shè)計(jì)變量只是導(dǎo)入進(jìn)軟件，而并沒(méi)有成為

97、ISIGHT可以使用的參數(shù)，因此需要對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行參數(shù)化以在之后的處理中可以調(diào)用 [18] 。參數(shù)化之后的輸入變量如下圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 部分輸出參數(shù)化變量</p><p>　　輸入變量參數(shù)化之后便為之后的分析打好基礎(chǔ)。</p><h4>　　5.2.4 輸出文件參數(shù)化</h2><p>　　與輸入變量類似，在輸出文

98、件集成進(jìn)入ISIGHT中時(shí)，并沒(méi)有被為之所用，而需要在simcode中對(duì)輸出變量進(jìn)行參數(shù)化的處理。由于最終結(jié)果為3個(gè)車輪的理論與實(shí)際轉(zhuǎn)角，因此輸出參數(shù)為6組參數(shù)。需要特別注明的是，與大多數(shù)輸入?yún)?shù)只有一個(gè)值不同，由于輸出參數(shù)是隨時(shí)間變化而變化的特性，每一組輸出參數(shù)內(nèi)部包含與步長(zhǎng)相同的500個(gè)值。因此，在ISIGHT中，無(wú)法通過(guò)選中來(lái)將輸出變量參數(shù)化[19]。利用ISIGHT中內(nèi)置的java編程功能，通過(guò)編寫C語(yǔ)言程序，可以將所有輸出變量

99、選中。其輸出參數(shù)的循環(huán)語(yǔ)句如下圖所示。</p><p>　　圖5.6 輸出參數(shù)的C語(yǔ)言程序</p><p>　　在大量查閱了文獻(xiàn)資料與詢問(wèn)了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專業(yè)人員之后，最終確立了以上的程序代碼。其表達(dá)的意義為在不同的六組數(shù)據(jù)中依次拾取輸出值，此命令循環(huán)500次。程序錄入完成之后輸出值被選定的結(jié)果如下圖所示。</p><p>　　圖5.7 部分被選定的二軸右輪轉(zhuǎn)角輸出值

100、</p><p>　　以上輸入輸出文件的參數(shù)化完成之后，所有數(shù)據(jù)在ISIGHT中已成為整體，當(dāng)需要進(jìn)行之后的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，軟件將會(huì)同時(shí)調(diào)取所有的輸入輸出文件為目標(biāo)所用。從參數(shù)管理中可以對(duì)錄入的所有數(shù)據(jù)一目了然。然而在可以調(diào)用這些數(shù)據(jù)之前還需對(duì)執(zhí)行命令的批處理文件進(jìn)行集成，當(dāng)從窗口中調(diào)出之前設(shè)置好的批處理文件后，所有輸入輸出以及運(yùn)行文件才算正式集成完成。</p><h3>　　5.3 實(shí)驗(yàn)的設(shè)

101、計(jì)（DOE）</h2><h4>　　5.3.1 目標(biāo)函數(shù)的建立</h2><p>　　由以上的分析之后，對(duì)于整個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)需在ISIGHT中進(jìn)行分析，以確定需要進(jìn)行的目標(biāo)。通過(guò)之前的論證發(fā)現(xiàn)，整個(gè)優(yōu)化的目標(biāo)都是使每個(gè)車輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角和理論轉(zhuǎn)角盡量接近。在ISIGHT中的優(yōu)化方式為通過(guò)多個(gè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，因此，在這次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中應(yīng)該設(shè)置目標(biāo)函數(shù)以確定在實(shí)驗(yàn)中所有研究的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的

102、平均值最小化。其目標(biāo)函數(shù)應(yīng)為：</p><p>　　其中i值代表了仿真進(jìn)行的次數(shù)，由于在之前的仿真中選擇了500的步長(zhǎng)，因此在這里i應(yīng)該為500.在目標(biāo)函數(shù)的選擇中有幾種情況，情況一取理論轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角的差值的最小值取最小化，但是這種方法有明顯的弊端，由于在起始位置時(shí)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的理論值與實(shí)際值都為0，所以他們之間的差值的最小值也為0。因此，如果選擇此種方式，那么優(yōu)化之前與優(yōu)化之后的目標(biāo)函數(shù)的解將還是0而不會(huì)發(fā)生任何

103、變化。情況二是選取理論轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角的差值的最大值取最小化。然而，根據(jù)之前在后處理的結(jié)果可以得出當(dāng)角度越來(lái)越大的時(shí)候理論與實(shí)際的差值也會(huì)越來(lái)越大，然而由之前東風(fēng)公司給出的數(shù)據(jù)可知一軸左輪的最大轉(zhuǎn)角被限制在42°，因此如果選擇此種情況，研究最大值的最小化是沒(méi)有任何意義的[20]。而有研究機(jī)構(gòu)利用加權(quán)函數(shù)描述不同轉(zhuǎn)角絕對(duì)誤差的平均值作為目標(biāo)含糊，然而，由于加權(quán)函數(shù)法[21]受設(shè)計(jì)者主管因素影響大，而且不同車型的加權(quán)函數(shù)也會(huì)不同，因

104、此放棄這種方法。綜上所述，目標(biāo)函數(shù)選擇了取理論轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角的差值得絕對(duì)值的平均值的最小化為優(yōu)化的研究對(duì)象是最為合理的方式[22]。圖5.8為在函數(shù)編輯器中編輯目標(biāo)函數(shù)。</p><p>　　圖5.8 目標(biāo)函數(shù)的編輯</p><p>　　將目標(biāo)函數(shù)建立在ISIGHT中的方法為從上部的應(yīng)用菜單中將計(jì)算器應(yīng)用拖至simcode之后，在計(jì)算器的編輯中輸入以下公式：</p><

105、p>　　E=mean (abs (A-A1));</p><p>　　F=mean (abs (B-B1));</p><p>　　G=mean (abs(C-C1));</p><p>　　其中：A，A1為一軸右輪的實(shí)際與理論轉(zhuǎn)角在ISIGHT中的變量名稱；</p><p>　　B，B1為二軸左輪的實(shí)際與理論轉(zhuǎn)角在ISIGHT中的變量

106、名稱；</p><p>　　C，C1為二軸右輪的實(shí)際與理論轉(zhuǎn)角在ISIGHT中的變量名稱。</p><h4>　　5.3.2 雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)分析</h2><p>　　為了分析對(duì)目標(biāo)函數(shù)理論轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角差的值絕對(duì)值影響最大的設(shè)計(jì)變量，以找出最終需要優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù)，需要對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行DOE分析。DOE模型如圖5.9所示。</p&g

107、t;<p>　　圖5.9 DOE模型圖</p><p>　　在上部的步驟組成欄中選擇DOE，并將其拖入ISIGHT模型當(dāng)中。由simcode起始，將輸入文件中的設(shè)計(jì)變量參數(shù)輸入進(jìn)計(jì)算器，通過(guò)計(jì)算器中的目標(biāo)函數(shù)確定將要進(jìn)行分析的目標(biāo)函數(shù)，最終通過(guò)DOE的分析確定各設(shè)計(jì)變量對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響程度。在DOE模塊的建立中由一下3個(gè)步驟組成：</p><p>　　1）確定數(shù)據(jù)分析的種類方

108、法。在ISIGHT的DOE模塊中有多種參數(shù)分析的方法，其中最典型的有兩種。第一種為L(zhǎng)atin Hypercube（拉丁抽樣分析），每個(gè)因素相等的與數(shù)量相等的點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)組合。這種方法的優(yōu)點(diǎn)為：允許有更多的點(diǎn)，更多的組合，可以研究每個(gè)因子。工程師有完全自由選擇的設(shè)計(jì)的數(shù)目，只要它是大于因子個(gè)數(shù)來(lái)運(yùn)行。然而他的缺點(diǎn)是它們不是可再現(xiàn)的，除非相同的隨機(jī)種子被連續(xù)使用。為點(diǎn)的數(shù)目減少，漏的設(shè)計(jì)空間增大一些區(qū)域的機(jī)會(huì)[23]。由于需要處理龐大的參數(shù)，