汽车转向机构仿真及优化设计.pdf

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1、第30卷第3期计算机仿真2013年3月文章编号：1006—9348(2013)03—0162—04汽车转向机构仿真及优化设计王海涛，陈哲明(重庆理工大学，重庆400054)摘要：研究汽车转向机构优化设计问题，传统转向机构设计忽略转向机构与悬架干涉，造成实际工况下前轮定位参数变化过大，导致操纵稳定性下降。为了提高实际工况下转向性能，针对原地转向及车轮跳动工况，根据阿克曼转角几何原理及前轮定位参数变化规律，采用多目标优化方法建立复合加权惩罚函数进行优化设计。并在建立优化模型时引入试验设计方法(DOE)进行设计变量筛选。应用ADAMS软

2、件建立某车前悬架总成动力学模型进行仿真优化。仿真结果表明，优化后模型更好地满足了阿克曼转角几何原理，转向机构与悬架更加匹配，验证了改进方法在转向机构优化设计中的实用性与优越性。关键词：试验设计；优化设计；阿克曼转角几何原理；虚拟样机中图分类号：TB24文献标识码：BSimulationandOptimalDesignofAutomobileSteeringMechanismWANGHai-tao，CHENZhe—ming(ChongqingUniversityofTechnology，Chongqing400054，China)A

3、BSTRACT：Insteeringmechanismdesign，theignoranceofinterferencebetweensuspensionandsteeringmecha’nismimpairshandlingandstability．Aimingatimprovingsteeringperformance，amulti—objectiveoptimizemethodwasused．AccordingtoAckermangeometryprincipleandfrontwheelalignmentparameter

4、svariationlaw，acompre’hensivepenaltyfunctionwasdeveloped．DesignparameterswereselectedbyDOEmethod．SimulationandoptimaldesignwereconductedtothefrontsuspensionassemblydevelopedbyADAMS．SimulationresultsdemonstratethattheoptimizedfrontsuspensionassemblycanmeettheAckermange

5、ometryprinciplebetterandverifytheeffectivenessofthisdesignmethodinsteeringmechanismoptimaldesign．KEYWORDS：Experimentaldesign；Optimaldesign；Ackermangeometry；Virtualprototype1引言汽车转向机构是保证汽车转向行驶时满足特定转向规律的重要机构，对于汽车安全性、操纵稳定性、行驶平顺性以及轮胎寿命都有影响‘1J。文献[2]应用虚拟样机技术建立汽车模型并进行转向模拟分析，反

6、映了转向机构的运动情况。文献[3]运用多体动力学模型进行转向性能分析，确定了转向梯形的断开点坐标。目前对汽车前悬架的仿真研究中，较多文献仅考虑满足汽车阿克曼转向几何原理或仅以前轮定位参数为目标进行仿真优化；并且较多文献仍采用经验设计的方法对转向机构优化变量进行选择。本文重点建立了同时考虑阿克曼转向原理及前轮定位参数变化规律的多目标惩罚函数对转向机构进行优化设计。在优化的过程中，引入试验设计方法(DOE)将敏感性分析结果应用于设计变量的筛选，实现对转向机构关键点进行高效、精确优化。收稿13期：2012—06—08修回日期：2012—

7、07—06—162—2转向机构设计原理2．1阿克曼转向几何原理汽车低速转向行驶时，在可以忽略轮胎侧偏角影响的情况下，为了使汽车转向过程中所有车轮都尽量保持纯滚动，转向内、外轮转角应满足阿克曼转角几何关系⋯：COtS—cotf3=B／L(1)式中：d是转向外轮转角，B是转向内轮转角，B是内外轮主销中心线延长线与地面交点间的距离，L是轴距。汽车转向时满足阿克曼转角几何的程度往往通过阿克曼转角误差(AckermanError)A来表征。4j。阿克曼转角误差的定义是：外转向轮实际转角和理想转角之差。阿克曼转角误差越小，转向系统满足阿克曼转

8、角几何的情况越好，一般要求最大转角时的阿克曼转角误差小于3““。根据阿克曼转角几何原理，可以确定汽车最小转弯半径。最小转弯半径R一表征了汽车的机动性能。设￡为主销偏移距，根据汽车转向特点，最大外轮转角与最小转弯半径关系满足⋯：sinoL～=L／(R