基于ADAMS的汽車懸架系統(tǒng)建模與優(yōu)化

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V.在設(shè)計(jì)點(diǎn)“Knuckle_outer”的X坐標(biāo)欄中編輯表達(dá)式為：.model_1.ground.Knuckle_inner.loc_x-254*cos(0.2d)*cos(1d)在設(shè)計(jì)點(diǎn)“Knuckle_outer”的Y坐標(biāo)欄中編輯表達(dá)式為：.model_1.ground.Knuckle_inner.loc_y-254*cos(0.2d)*sin(1d)在設(shè)計(jì)點(diǎn)“Knuckle_outer”的Z坐標(biāo)欄中編輯表達(dá)式為：.model_1.ground.Knuckle_inner.loc_z-254*sin(0.2d)將以上所有函數(shù)表達(dá)式輸入完之后，單擊列表編輯器的“OK”就可將設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化。4.3物體的參數(shù)化在ADAMS/View的工作窗口中，把光標(biāo)置于主銷（Kingpin）上，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Modify，對(duì)主銷的圓柱體進(jìn)行自行定義。彈出的修改圓柱體對(duì)話框中，將圓柱體長(zhǎng)度（Length）設(shè)置為變量“.model_1.DV_1”（可以通過(guò)鼠標(biāo)右鍵來(lái)選?。鐖D4-5所示，完成主銷的參數(shù)化。圖4-5修改圓柱體對(duì)話框Fig.4-5DialogofModifycylinder與此方法類似，把上橫臂（UCA）的圓柱體長(zhǎng)度（Length）設(shè)置為變量“.model_1.DV_4”，把下橫臂（LCA）的圓柱體長(zhǎng)度（Length）設(shè)置為變量“.model_1.DV_7”。把拉臂（Pull_arm）的圓柱體長(zhǎng)度（Length）用下面的函數(shù)表達(dá)式表示，如圖4-6所示：SQRT((.model_1.ground.Knuckle_inner.loc_x-.model_1.ground.Tie_rod_outer.loc_x)**2+(.model_1.ground.Knuckle_inner.loc_y-.model_1.ground.Tie_rod_outer.loc_y)**2+(.model_1.ground.Knuckle_inner.loc_z-.model_1.ground.Tie_rod_outer.loc_z)**2)圖4-6用函數(shù)編輯器定義拉臂的圓柱體長(zhǎng)度Fig.4-6Modifyingthelengthofthecylindertopullthearmwiththefunctioneditor在ADAMS/View的“File”菜單欄中調(diào)用“SaveDatabase”命令，保存此時(shí)的前懸架模型。5前懸架模型的優(yōu)化5.1定義目標(biāo)函數(shù)我們以降低輪胎的磨損量為最終優(yōu)化目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)為車輪接地點(diǎn)側(cè)向滑移量的絕對(duì)值，通過(guò)對(duì)上橫臂的長(zhǎng)度，上橫臂在汽車橫向平面內(nèi)的傾角、下橫臂的長(zhǎng)度以及下橫臂在汽車橫向平面內(nèi)的傾角四個(gè)對(duì)象的優(yōu)化分析，讓目標(biāo)函數(shù)的絕對(duì)值達(dá)到最小以達(dá)到優(yōu)化目的。在ADAMS/View菜單欄中調(diào)用“Build-Measure-Function-New”命令，創(chuàng)建目標(biāo)函數(shù)，在彈出的對(duì)話窗中輸入測(cè)量名稱（MeasureName）為：“OBJECT_FUN”,單位選項(xiàng)欄中選擇“l(fā)ength”，借助于函數(shù)編輯器提供的基本函數(shù)和之前創(chuàng)建的測(cè)量函數(shù)編輯目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式為（如圖5-1）：ABS(.model_1.Sideways_Displacement)圖5-1目標(biāo)函數(shù)OBJECT_FUN的編輯Fig.5-1Edittheobjectivefunction“OBJECT_FUN”單擊右下角的verify（判定）按鈕，出現(xiàn)如圖5-2所示對(duì)話框表明函數(shù)無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤，單擊“OK”，完成目標(biāo)函數(shù)“OBJECT_FUN”的創(chuàng)建。圖5-2判定函數(shù)有無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤Fig.5-2Discriminantfunctionsyntaxerrors系統(tǒng)生成目標(biāo)函數(shù)的曲線窗口，單擊仿真按鈕，輸入終止時(shí)間為1（s），工作步為100，對(duì)懸架模型進(jìn)行仿真，可以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)的值始終是正值。5.2參數(shù)的優(yōu)化在ADAMS/View菜單欄中，調(diào)用“Simulate”菜單中的“DesignEvaluation”命令，系統(tǒng)會(huì)彈出優(yōu)化設(shè)計(jì)變量對(duì)話窗，優(yōu)化函數(shù)為測(cè)量的目標(biāo)函數(shù)“OBJECT_FUN”的最大值（Maximum），優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量為“DV_4”、“DV_5”、“DV_7”和“DV_8”，優(yōu)化目標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)取最小值，如圖5-3所示。圖5-3優(yōu)化設(shè)計(jì)變量對(duì)話窗口Fig.5-3Thedialogwindowofoptimizingdesignvariables單擊對(duì)話窗口底部的“Output”按鈕，在彈出的設(shè)置仿真對(duì)話窗中選擇“SaveFiles”選項(xiàng)，用于輸出優(yōu)化結(jié)果文件，如圖5-4所示，單擊“Close”。圖5-4設(shè)置仿真選項(xiàng)Fig.5-4Settingsimulationoptions單擊優(yōu)化窗口右下角的Optimizer...按鈕，設(shè)置算法Algorithm為OPTDES-SQP,設(shè)置誤差Tolerance為0.2，如圖5-5所示，單擊Close關(guān)閉窗口。圖5-5求解器設(shè)置Fig.5-5SolverSettings單擊對(duì)話窗口底部的“Start”按鈕，ADAMS/View隨即對(duì)已建立的汽車雙橫臂式前獨(dú)立懸架模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，系統(tǒng)同時(shí)生成目標(biāo)函數(shù)“OBJECT_FUN”相對(duì)迭代次數(shù)變化的曲線窗口，系統(tǒng)完成對(duì)汽車前懸架模型的優(yōu)化之后，通過(guò)曲線窗口就可以直觀地看到目標(biāo)函數(shù)在優(yōu)化過(guò)程中的變化情況，如圖5-6和5-7所示。圖5-6目標(biāo)函數(shù)變化曲線窗口Fig.5-6CurveofthechangingOBJECT_FUN圖5-7目標(biāo)函數(shù)相對(duì)迭代次數(shù)的變化曲線Fig.5-7CurveofthechangingOBJECT_FUNduetothechangeinthenumberofiterations優(yōu)化完成之后單擊優(yōu)化窗口單擊優(yōu)化設(shè)計(jì)變量對(duì)話窗口底部的按鈕，彈出優(yōu)化結(jié)果列表對(duì)話窗口，在“ResultSet”選項(xiàng)欄中選擇結(jié)果文件Optimization_Results，如圖6-1所示，按“OK”。系統(tǒng)彈出顯示優(yōu)化結(jié)果的信息窗口，如圖6-2所示。圖6-1設(shè)計(jì)評(píng)估結(jié)果表Fig.6-1Designevaluationresultstable圖6-2信息窗口Fig.6-2Theinformationwindow6結(jié)論本文在掌握懸架系統(tǒng)組成、分類、作用和國(guó)內(nèi)外大量研究的基礎(chǔ)上,利用ADAMS軟件對(duì)汽車雙橫臂式前獨(dú)立懸架進(jìn)行了虛擬樣機(jī)建模和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析與比較,并利用ADAMS對(duì)所建懸架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)懸架進(jìn)行一定程度的優(yōu)化設(shè)計(jì),也改善了汽車的行駛平順性和安全性。從優(yōu)化結(jié)果可以看出：上橫臂的長(zhǎng)度（DV_4），上橫臂在汽車橫向平面內(nèi)的傾角（DV_5）、下橫臂的長(zhǎng)度（DV_7）以及下橫臂在汽車橫向平面內(nèi)的傾角（DV_8）的最終優(yōu)化值分別為309.88mm、14.60°、533.97mm和7.72°，車輪接地點(diǎn)側(cè)向滑移量由最初的19.7604mm降低為1.43617mm，降幅為92.7%，降幅比較明顯，此次優(yōu)化大大的降低了輪胎的磨損量，基本達(dá)到了我們的目標(biāo)。汽車懸架系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)仿真分析具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)都要通過(guò)多次物理樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)，花費(fèi)了大量的時(shí)間和金錢。而虛擬樣機(jī)技術(shù)是在不制造出物理樣機(jī)的情況下，通過(guò)計(jì)算機(jī)的仿真分析提供懸架設(shè)計(jì)的仿真數(shù)據(jù)，為實(shí)際懸架系統(tǒng)的定型設(shè)計(jì)提供依據(jù)。通過(guò)設(shè)計(jì)和仿真分析可以指導(dǎo)獨(dú)立雙橫臂懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費(fèi)用和成本。7根據(jù)已有參數(shù)結(jié)合優(yōu)化結(jié)果畫出懸架的裝配圖參考文獻(xiàn)[1]齊志鵬．汽車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與檢修[M]．北京：人民郵電出版社，2002，(1)：1-8．[2]成家瑞．汽車構(gòu)造(下)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996．[3][德]H-P威魯走特．車輛動(dòng)力學(xué)：模擬及其方法(第1版)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，1998．[4]H.K.Sachs.AnAdaptiveControlforVehicleSuspensionProceedingof6thIAVSDSymposiumOnthedynamicsofvehicleonroadandonrailwaytrack[J].UK.1980,428-442[5]AntounRJ,HackertPP,0'learMC,etal.Simulatingvehicledynamichanding[J]．AutomotiveEngineering．1986，Vol．94(10)：51-57．[6]郭孔輝．汽車操縱動(dòng)力學(xué)[M]．吉林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