汽車(chē)四輪定位參數(shù)的穩(wěn)健設(shè)計(jì)研究.pdf

1、汽車(chē)四輪定位參數(shù)主要有主銷(xiāo)內(nèi)傾角、主銷(xiāo)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(chē)性能密切相關(guān)，是保證汽車(chē)良好操縱穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟(jì)性、安全性及輪胎磨損狀態(tài)等的重要前提，其中主銷(xiāo)內(nèi)傾角與主銷(xiāo)后傾角直接與車(chē)輛轉(zhuǎn)向回正能力密切相關(guān)，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(shí)，上述車(chē)輛性能均在用戶(hù)的主要關(guān)注點(diǎn)之列。
　　就車(chē)輛底盤(pán)系統(tǒng)而言，四輪定位參數(shù)與懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)剛度、懸掛點(diǎn)位置及彈性元件剛度阻尼等直

2、接相關(guān)。而懸架系統(tǒng)的制造誤差、裝配誤差等會(huì)導(dǎo)致四輪定位參數(shù)的實(shí)際值與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)值之間在靜態(tài)時(shí)便存在偏差;另外，在使用過(guò)程中車(chē)輛載荷狀態(tài)、行駛車(chē)速及工況等的隨機(jī)性將影響懸架系統(tǒng)的姿態(tài)，進(jìn)而可能導(dǎo)致四輪定位參數(shù)在懸架常規(guī)行程范圍內(nèi)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)大波動(dòng)。對(duì)于此類(lèi)由不確定因素而引發(fā)的偏差與大波動(dòng)，可由穩(wěn)健設(shè)計(jì)來(lái)處理。而目前，對(duì)于四輪定位參數(shù)的研究，少有考慮其穩(wěn)健性。
　　穩(wěn)健設(shè)計(jì)變量包括可控因素與噪聲因素，相比常規(guī)優(yōu)化設(shè)計(jì)需考慮的因素變量更多，同

3、時(shí)穩(wěn)健設(shè)計(jì)是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，其計(jì)算量更大;且就工程實(shí)際問(wèn)題本身而言，其系統(tǒng)模型較復(fù)雜，若以原復(fù)雜模型進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)將很難滿(mǎn)足工程進(jìn)度需求;故研究過(guò)程中通過(guò)構(gòu)建研究對(duì)象的RSM模型，以表征原模型中輸入與響應(yīng)之間的映射關(guān)系，以提高分析效率。
　　對(duì)于同級(jí)別的不同車(chē)輛，經(jīng)調(diào)研可得其四輪定位參數(shù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)值不同，其不能簡(jiǎn)單地根據(jù)同級(jí)別車(chē)輛的經(jīng)驗(yàn)值類(lèi)比而得，且常規(guī)的理論設(shè)計(jì)方法不能很好地獲取具有一定穩(wěn)健性的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)值。故有必要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)

4、計(jì)研究，并形成一套四輪定位參數(shù)的穩(wěn)健設(shè)計(jì)規(guī)程，以規(guī)范化地指導(dǎo)此類(lèi)工程問(wèn)題的處理與分析。
　　進(jìn)而，本課題假定在制造與裝配工藝發(fā)展較為成熟的當(dāng)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(chē)速、運(yùn)行工況等不確定因素的影響。依托某B級(jí)車(chē)型，基于四輪定位參數(shù)對(duì)整車(chē)轉(zhuǎn)向回正性能及輪胎磨損的影響機(jī)理，結(jié)合測(cè)試、CAE(Computer Aied Engineering)及CAO(Computer

5、AiedOptimization)等分析技術(shù)，進(jìn)行了以下研究工作:
　　(1)基于四輪定位參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向回正及輪胎磨損的影響機(jī)理分析，確定了本課題穩(wěn)健設(shè)計(jì)的性能目標(biāo)，即整車(chē)殘留橫擺角速度、橫擺角速度總方差及輪胎接地點(diǎn)側(cè)向滑移量，三者均為“望小特性”;
　　(2)通過(guò)對(duì)穩(wěn)健設(shè)計(jì)常用方法(Taguchi方法、6sigma方法與基于響應(yīng)面模型的方法)的對(duì)比分析，確定了本課題的穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法:基于響應(yīng)面模型的穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法，并以改進(jìn)型非劣分

6、層遺傳算法(NSGA-Ⅱ)與Pareto解集概念相結(jié)合求解穩(wěn)健性?xún)?yōu)化模型;
　　(3)基于測(cè)試所得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)用ADAMS/Car軟件建立對(duì)象車(chē)型的剛?cè)狁詈瞎δ芴摂M樣機(jī)(FVP)，并重點(diǎn)歸納了部件柔性化的方法與流程，以規(guī)范化關(guān)鍵部件的柔化處理;部件柔性化后，可摒棄其對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)貢獻(xiàn)量不大的頻率成分，減小剛?cè)狁詈夏Ｐ妥杂啥?，提高?jì)算效率;
　　(4)在影響因素靈敏度分析的基礎(chǔ)上，基于GB/T6323轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)與自定義起伏路

7、面條件，建立四輪定位參數(shù)與響應(yīng)目標(biāo)之間的RSM模型，基于轉(zhuǎn)向與輪跳試驗(yàn)，建立懸架結(jié)構(gòu)因素與四輪定位參數(shù)之間的RSM模型，在建立RSM模型的過(guò)程中借助于iSIGHT軟件平臺(tái)聯(lián)合ADAMS/Car軟件，以批處理文件(.bat)調(diào)用后臺(tái)命令，獲取擬合RSM模型所需的試驗(yàn)樣本點(diǎn)，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(duì)象車(chē)型同類(lèi)級(jí)別車(chē)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(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量約束區(qū)間，以

8、車(chē)輛載荷狀態(tài)與車(chē)速為噪聲因素，基于GB/T6323轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)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(biāo)特性，進(jìn)一步進(jìn)行懸架結(jié)構(gòu)因素的穩(wěn)健設(shè)計(jì):以四輪定位參數(shù)與所得目標(biāo)特性偏差最小為優(yōu)化目標(biāo)，懸架懸掛點(diǎn)坐標(biāo)為設(shè)計(jì)變量，懸架橡膠襯套剛度特性為噪聲因素，進(jìn)行優(yōu)化分析，得到懸架結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)規(guī)程，可為

9、同類(lèi)工程問(wèn)題的解決提供指導(dǎo)。
　　課題創(chuàng)新點(diǎn):
　　(1)將穩(wěn)健設(shè)計(jì)引入四輪定位參數(shù)的研究中，并進(jìn)行了分為兩級(jí)的穩(wěn)健優(yōu)化，即先基于RSM模型，以整車(chē)性能指標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行第一級(jí)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(biāo)特性，逐層分解，完成第二級(jí)穩(wěn)健優(yōu)化，獲取懸架結(jié)構(gòu)影響因子的穩(wěn)健解。此方法使穩(wěn)健優(yōu)化分析過(guò)程中的難點(diǎn)分散，且可用于指導(dǎo)整車(chē)及零部件正向協(xié)同開(kāi)發(fā)。
　　(2)建立與形成了汽車(chē)四輪定位參數(shù)的穩(wěn)健設(shè)計(jì)