CN103777994B - 重卡双前桥转向系统优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重卡双前桥转向系统优化方法，包括：对转向系统进行分析，得到简化的转向系统结构；根据所述简化的转向系统结构以及参数，使用ADAMS软件建立仿真模型；利用所述ADAMS软件对所述建立仿真模型进行仿真分析，得到待优化目标的实测值；利用所述ADAMS软件调整所述仿真模型中与所述待优化目标相关的优化变量，直到对调整后仿真模型的仿真分析显示所述待优化目标的实测值与理论值之间的误差在设定的范围内；将所述调整后的优化变量应用于所述重卡双前桥转向系统中，完成对所述待优化目标的优化。本发明仿真效率和输出结果精度大大提升；并且仿真过程直观可见，避免了一些在优化计算是最优的结果，但是却与工程实际不符合的情况。

Description

重卡双前桥转向系统优化方法
技术领域
本发明涉及机械设计技术领域，尤其涉及一种重卡双前桥转向系统优化方法。
背景技术
随着优化设计理论新成果的不断普及以及计算机计算能力的提高，对转向梯形采用更为精确算法进行求解，并且把对平面梯形的研究转化为对空间梯形的研究。常用的对重卡双前桥转向系统进行优化设计的方法有惩罚函数法、黄金分割法和Powell算法（方向加速法），上述方法都可通过MATLAB软件来实现。现有技术中，利用MATLAB软件进行优化设计的过程如图1所示，可以看出其存在以下问题：1）需要编写MATLAB软件中使用的繁琐的程序代码，费时费力；2）使用MATLAB软件来优化运动不直观，优化结果有可能与工程实际不符合。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种重卡双前桥转向系统优化方法，无需编写繁琐的程序代码，优化过程简单精确，优化结果与工程实际相符合。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种重卡双前桥转向系统优化方法，包括以下步骤：
S1：对重卡双前桥转向系统进行分析，得到简化的转向系统结构；
S2：根据所述简化的转向系统结构以及参数，使用ADAMS软件建立所述重卡双前桥转向系统的仿真模型；
S3：利用所述ADAMS软件对所述建立的重卡双前桥转向系统的仿真模型进行仿真分析，得到待优化目标的实测值；
S4：利用所述ADAMS软件调整所述仿真模型中与所述待优化目标相关的优化变量，直到对调整后仿真模型的仿真分析显示所述待优化目标的实测值与理论值之间的误差在设定的范围内；
S5：将所述调整后的优化变量应用于所述重卡双前桥转向系统中，完成对所述待优化目标的优化。
优选地，所述待优化目标为重卡双前桥转向系统的转向轴内轮转角。
优选地，所述优化变量为与所述转向轴内轮转角相关的摇臂长度以及安装孔之间的距离。
优选地，所述转向轴内轮转角的实测值与理论值之间的误差为相对转角误差E，
其中，α为转角实测值，αi为转角理论值。
（三）有益效果
1、本发明仿真效率和输出结果精度大大提升：在ADAMS软件中对转向系统进行建模，不用考虑零部件自身的数学模型，也不用编写复杂的优化算法，节省了大量宝贵时间，提高了工作效率，通过设置约束条件和目标值，通过内部的最优算法，就可得到满足条件的转向系统杆系的结构尺寸，精度很高；
2、本发明仿真过程直观化：可直观地看到双前桥转向系统模型的整个转向过程，避免了一些在优化计算是最优的结果，但是却与工程实际不符合的情况。
附图说明
图1为现有技术中利用MATLAB软件进行优化的程序设计流程图；
图2为本发明实施例优化方法的流程示意图；
图3为本发明实施例重卡双前桥转向系统理论转角分析图；
图4为本发明实施例重卡双前桥转向系统的结构示意图；
图5为本发明实施例简化的重卡双前桥转向系统的结构示意图；
图6为本发明实施例重卡双前桥转向系统的仿真模型的示意图；
图7为本发明实施例输入转向角在第一摇臂上的驱动函数的变化曲线，其中，横坐标为时间（s），纵坐标为转角（°）；
图8为本发明实施例第二前桥左轮的实际转角与理论转角曲线，其中anger_front_LQ为第一前桥左轮转角曲线，anger_rear_LQ为第二前桥左轮实际转角曲线，idea_anger_rear_LQ为第二前桥左轮理论转角曲线，其中，横坐标为时间（s），纵坐标为转角（°）；
图9为本发明实施例第二前桥左轮转角误差的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
如图2所示，本实施例记载了一种重卡双前桥转向系统优化方法，包括以下步骤：
S1：对重卡双前桥转向系统进行分析，得到简化的转向系统结构；
转向系统是将力及运动从转向摇臂传至车轮的转向杆、臂系统，其任务是将转向器输出端转向摇臂的摆动变为左、右转向车轮绕其转向主销的偏转，并使它们偏转到绕同一瞬时转向中心的不同轨迹圆上，实现车轮无滑动地滚动转向。如图3所示，本实施例中第一和第二转向轴内轮转角α1和α2应满足下面的关系：
图3中Ⅰ、Ⅱ、III分别表示重卡双前桥转向系统的第一、二和三转向轴，O为转向瞬心。
本实施例中，所述重卡双前桥转向系统的结构图如图4所示，简化后的重卡双前桥转向系统如图5所示，其中O1C1A1、O2C2C21和O3C3C31为固连的杆件，相当于摇臂上端用转动副与车架连接,A1B1和C31B2相当于转向直拉杆，两端分别用球铰副与摇臂和转向节臂连接，B1P1和B2P2相当于转向节臂，P1和P2点通过固定副固接在主销上，转向是通过中间一系列相连的杆件，将转向力从前轴传到后轴，实现汽车转向的过程。
S2：根据所述简化的转向系统结构以及参数，使用ADAMS软件建立所述重卡双前桥转向系统的仿真模型；
在本实施例中，建模所需的参数包括重卡双前桥转向系统的技术参数和硬点坐标，其中技术参数见表一：
表一
所述硬点包括表二中的硬点：
表二
序号 硬点 硬点名称
1 O1 前摇臂上孔中心点
2 O2 中间摇臂上孔中心点
3 O3 后摇臂上孔中心点
4 A1 直拉杆1前球铰接点
5 B1 直拉杆1后球铰接点
6 C1 直拉杆2前球铰接点
7 C21 直拉杆2后球铰接点
8 C2 直拉杆3前球铰接点
9 C3 直拉杆3后球铰接点
10 C31 直拉杆4前球铰接点
11 B2 直拉杆4后球铰接点
12 M1 前转向节主销上端点（左）
13 N1 前转向节主销下端点（左）
14 P1 前转向轮轮心（左）
15 Q1 前横拉杆左端球铰接点
16 M2 后转向节主销上端点（左）
17 N2 后转向节主销下端点（左）
18 P2 后转向轮轮心（左）
19 Q2 后横拉杆左端球铰接点
本实施例中，最终得到的重卡双前桥转向系统的仿真模型如图6所示。
S3：利用所述ADAMS软件对所述建立的重卡双前桥转向系统的仿真模型进行仿真分析，得到待优化目标的实测值；
本实施例中，所述待优化目标为重卡双前桥转向系统的转向轴内轮转角。
在第一摇臂O1C1A1上加驱动Motionh函数S=30d*sin(π*time)来模拟方向盘的转动，从而带动摇臂的摆动，驱动函数曲线如图7所示。
S4：利用所述ADAMS软件调整所述仿真模型中与所述待优化目标相关的优化变量，直到对调整后仿真模型的仿真分析显示所述待优化目标的实测值与理论值之间的误差在设定的范围内；
在本实施例中，所述优化变量为与所述转向轴内轮转角相关的摇臂长度以及安装孔之间的距离。本实施例中以第二轴左轮5的转角为待优化目标为例，约束条件是使得所述第二轴左轮5的理想转角与实际转角的相对转角误差E平均值最小，与所述第二轴左轮5的转角相关的优化变量是第二摇臂和第三摇臂（O2C21、O2C2、O3C31和O3C3）的长度及安装孔O2和O3之间的距离。
所述转向轴内轮转角的实测值与理论值之间的误差为相对转角误差E，
其中，α为转角实测值，αi为转角理论值。
经过反复迭代，第二轴左轮的理想转角与实际转角曲线如图8所示，相对转角误差如图9所示。由仿真结果可以看出，此优化结果可以使桥间的转角误差保持在一个较小的范围内，而且使得车辆在常用的转向范围（前轮转角20度左右）内误差很小。
在本实施例中，所述误差的设定范围为小于5%。
S5：将所述调整后的优化变量应用于所述重卡双前桥转向系统中，完成对所述待优化目标的优化。
本发明仿真效率和输出结果精度大大提升；并且仿真过程直观可见，避免了一些在优化计算是最优的结果，但是却与工程实际不符合的情况。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (2)

1.一种重卡双前桥转向系统优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对重卡双前桥转向系统进行分析，得到简化的转向系统结构；
S2：根据所述简化的转向系统结构以及参数，使用ADAMS软件建立所述重卡双前桥转向系统的仿真模型；
S3：利用所述ADAMS软件对所述重卡双前桥转向系统的仿真模型进行仿真分析，得到待优化目标的实测值；
S4：利用所述ADAMS软件调整所述仿真模型中与所述待优化目标相关的优化变量，直到对调整后仿真模型的仿真分析显示所述待优化目标的实测值与理论值之间的误差在设定的范围内；
S5：将调整后的所述优化变量应用于所述重卡双前桥转向系统中，完成对所述待优化目标的优化；
所述待优化目标为重卡双前桥转向系统的转向轴内轮转角；
所述优化变量为与所述转向轴内轮转角相关的摇臂长度以及安装孔之间的距离。
2.如权利要求1所述的重卡双前桥转向系统优化方法，其特征在于，所述转向轴内轮转角的实测值与理论值之间的误差为相对转角误差E，
<mrow> <mi>E</mi> <mo>=</mo> <mo>|</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <mo>|</mo> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> </mrow>
其中，α为转角实测值，αi为转角理论值。
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