CN114936428A - 一种基于adams的转向机构多体动力学建模及参数确认方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及参数确认方法，根据转向系统组成特征，通过虚拟样机技术建立多刚体动力学模型，并施加等效转向机带动转向杆的动力源；以多刚体动力学的各个零件的尺寸及质心位置坐标作为仿真的输入值，系统转向角为输出值；仿真测试转向系统原始左、右转角时间‑角度运动状态，获取零件运动距离与转向角度变化值；在设计边界范围内，均分数据组输入并获取输出结果；以阿克曼转角理论下运动特征视为理想的转向节左右角度关系：以整个转向过程差值的均方根值累计最小为优化目标，转化成数学关系并搭建函数算法，运算得出目标结果。应用于整车开发过程中转向系统设计，对提高转向系统参数开发效率，节省开发资源有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效的多体动力学建模方法及零部件关键参数确认方法，应用于整车开发过程中转向系统设计。
背景技术
现有转向系统设计过程中，转向系统的各类参数仿真使用的都是完整的数模外形。此类模型有大量与试验目的无关的网格细节参与到仿真过程，对工作站算力要求非常高。且仿真后对调参过程不对参数的影响程度进行分级，进一步加重了工作站的算力压力。在后端实车调教过程，对众多参数进行调整则需要更多工程师资源的投入，效率低；
因此需要本发明，运用多体动力学的思维，基于转向系统运动特征，将各个部件视为刚体。仿真过程只需要影响运动的基本尺寸、质心位置和部件之间运动副，极大降低算力压力。且对目标参数进行灵敏度分级，筛选出少量高灵敏度参数进行定向优化。这对接下来的算力节省和制作不同参数零件进行实车调整具有指导意义。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出一种基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及最佳零部件参数确认方法，对提高转向系统参数开发效率，节省开发资源有重要意义。
本发明采用的技术方案：
一种基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及参数确认方法，其步骤包括：
1）根据转向系统组成特征，定义所有的关键尺寸点、质心位置、运动副，通过虚拟样机技术，建立多刚体动力学模型，并施加等效转向机带动转向杆的动力源；
2）仿真测试转向系统原始左、右转角时间-角度运动状态，获取零件运动距离与转向角度变化值。以多刚体动力学的各个零件的尺寸及质心位置坐标作为仿真的输入值，系统转向角为输出值。在设计边界范围内，均分成一定数量的数据组输入并获取输出结果。根据尺寸质心变化量与系统转向角变化幅度，对各个刚体的参数点进行 “灵敏度”上的区分。筛选高灵敏度数据，并在接下来只对这部分数据进行进一步的运动关系优化，以减少数据运算压力；
3）以阿克曼转角理论下运动特征，视为理想的转向节左右角度关系：以理想转角和实际转角，在整个转向过程差值的均方根值累计最小为优化目标，转化成数学关系并搭建函数算法，由虚拟机运算得出目标结果。
步骤1）中，根据转向系统各零部件的特征，按多体动力学理论的方法，获取质心和简单构体的尺寸数据，完成坐标系转换；根据已获得的多体质心坐标和尺寸，结合实际零件的运动副情况，在ADAMS中建立多体动力学模型，并模拟转向机带动横拉杆的运动方式施加虚拟动力源，在系统中增加角度传感器获得所需的转向节运动状态。
步骤2）中，选取系统所有刚体的质心点和尺寸，在设计边界范围内对参数均分输入数据在虚拟机中运行，根据尺寸、质心变化量与系统转向角变化幅度，判定各个刚体的参数点的灵敏度高低。确认各个参数灵敏度，即对结果的影响等级。为节省算力，仅对筛选出灵敏度相对高的一部分参数进行运算，计算对比出最佳结果，获取目标参数。
发明有益效果：
1、本发明基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及最佳零部件参数确认方法，根据转向系统组成特征，建立多刚体动力学模型，并且对系统所有参数点灵敏度进行区分，筛选高灵敏度进行下一步数据优化。相对于非刚体及未筛选灵敏度直接调参的方法，极大减少数据运算压力，减少结果计算的时间周期。筛选出的高灵敏度参数对后续实车调教进行指导，减少样件需求数量和实车试验次数。
2、本发明基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及最佳零部件参数确认方法，以阿克曼转角关系结果设置理想转角下的运动对应关系，以理想转角和实际转角，在整个转向过程差值的均方根值累计最小为优化目标，转化成数学关系并搭建函数算法，由虚拟机运算得出目标结果。相对反复调参输入，获取不同结果后进行人工对比筛选，进行算法搭建可由虚拟机直接按预设目标获取最优解，极大提高转向系统的获取效率。对提高转向系统参数开发效率，节省开发资源有重要意义。
附图说明
图1所示为在CATIA中，对完整转向系统的质心位置、实际参与运动长度尺寸进行提取和测量示意图；
图2所示为在ADAMS中，基于多体动力学对转向系统进行建模；
图3所示为经过模拟运动，测试参数输入-转角输出关系，获得参数灵敏度高低的测试结果；
图4所示为在给定算法下，实际运动点相对理想角度的差值（上）以及整个运动过程，实线代表的实际运动状态与虚线代表的理想体运动状态的拟合情况。
具体实施方式
为了使发明创造实现其发明目的的技术构思及优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细描述。应当理解的是，以下各实施例仅用以解释和说明本发明的优选实施方式，不应当构成对本发明要求专利保护的范围的限定。
实施例1
本发明基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及参数确认方法，实现步骤如下：
1）参见图1、图2，根据转向系统组成特征，定义所有的关键尺寸点、质心位置、运动副，通过虚拟样机技术，建立多刚体动力学模型，并施加等效转向机带动转向杆的动力源；
2）仿真测试转向系统原始左、右转角时间-角度运动状态，获取零件运动距离与转向角度变化值。以多刚体动力学的各个零件的尺寸及质心位置坐标作为仿真的输入值，系统转向角为输出值。在设计边界范围内，均分成一定数量的数据组输入并获取输出结果。根据尺寸质心变化量与系统转向角变化幅度，对各个刚体的参数点进行 “灵敏度”上的区分。筛选高灵敏度数据，并在接下来只对这部分数据进行进一步的运动关系优化，以减少数据运算压力。经过模拟运动，测试参数输入-转角输出关系，获得参数灵敏度高低的测试结果如图3所示。
3）以阿克曼转角理论下运动特征，视为理想的转向节左右角度关系：以理想转角和实际转角，在整个转向过程差值的均方根值累计最小为优化目标，转化成数学关系并搭建函数算法，由虚拟机运算得出目标结果。如图4所示。
实施例2
本实施例的基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及参数确认方法，和实施例1的不同之处在于：参见图1，步骤1）中，根据转向系统各零部件的特征，按多体动力学理论的方法，获取质心和简单构体的尺寸数据，完成坐标系转换。
根据已获得的多体质心坐标和尺寸，结合实际零件的运动副情况，在ADAMS中建立多体动力学模型，并模拟转向机带动横拉杆的运动方式施加虚拟动力源，在系统中增加角度传感器获得所需的转向节运动状态。如图2所示。
实施例3
本实施例所述的基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及参数确认方法，和实施例1及实施例2的不同之处在于：如图3所示，步骤2）中，选取系统所有刚体的质心点和尺寸，在设计边界范围内对参数均分输入数据在虚拟机中运行，根据尺寸、质心变化量与系统转向角变化幅度，判定各个刚体的参数点的灵敏度高低。确认各个参数灵敏度，即对结果的影响等级。然后，确认优化目标，并编辑对应的数学函数，将目标实现转化为数学运算量。
如图4所示。以阿克曼转角关系结果设置理想转角下的运动对应关系，以理想转角和实际转角，在整个转向过程差值的均方根值累计最小为优化目标，转化成数学关系并搭建函数算法。为节省算力，仅对筛选出灵敏度相对高的一部分参数进行运算，由虚拟机按照编辑好的算法，计算对比出最佳结果，获取目标参数。
综上，本发明提供了一种应用于整车开发过程中转向系统设计，高效的多体动力学建模方法及零部件关键参数确认方法。根据转向系统组成特征，通过虚拟样机技术，建立多刚体动力学模型，并施加动力源。仿真测试左右转角时间-角度运动状态，通过ADAMS的Design evaluation工具，对所有参数点灵敏度进行区分，筛选高灵敏度数据优化，减少数据运算压力。以阿克曼转角关系结果设置理想转角下的运动对应关系。以理想转角和实际转角，在整个转向过程差值最小为优化目标，转化成数学关系并搭建函数算法，由虚拟机运算得出目标结果。对提高转向系统参数开发效率，节省开发资源有重要意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不构成对本发明的限定。本领域技术人员在现有技术的指引下，无需进行创造性劳动即可对本发明的实施情况进行其他修改，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改或者采用本领域惯用技术手段进行的简单置换或等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及参数确认方法，其特征在于，步骤如下：
1）根据转向系统组成特征，定义所有的关键尺寸点、质心位置、运动副，通过虚拟样机技术，建立多刚体动力学模型，并施加等效转向机带动转向杆的动力源；
2）以多刚体动力学的各个零件的尺寸及质心位置坐标作为仿真的输入值，系统转向角为输出值；仿真测试转向系统原始左、右转角时间-角度运动状态，获取零件运动距离与转向角度变化值；在设计边界范围内，均分数据组输入并获取输出结果；
3）以阿克曼转角理论下运动特征，视为理想的转向节左右角度关系：以理想转角和实际转角，在整个转向过程差值的均方根值累计最小为优化目标，转化成数学关系并搭建函数算法，由虚拟机运算得出目标结果。
2.根据权利要求1所述的基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及参数确认方法，其特征在于：步骤1）中，根据转向系统各零部件的特征，按多体动力学理论的方法，获取质心和简单构体的尺寸数据，完成坐标系转换；根据已获得的多体质心坐标和尺寸，结合实际零件的运动副情况，在ADAMS中建立多体动力学模型，并模拟转向机带动横拉杆的运动方式施加虚拟动力源，在系统中增加角度传感器获得所需的转向节运动状态。
3.根据权利要求1或2所述的基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及参数确认方法，其特征在于：步骤2）中，选取系统所有刚体的质心点和尺寸，在设计边界范围内对参数均分输入数据在虚拟机中运行，根据尺寸、质心变化量与系统转向角变化幅度，确认各个参数灵敏度，对各个刚体的参数点进行 “灵敏度”上的区分，筛选高灵敏度数据，并在接下来只对这部分数据进行进一步的运动关系优化，以减少数据运算压力。
4.根据权利要求3所述的基于ADAMS的转向机构多体动力学建模及参数确认方法，其特征在于：为节省算力，仅对筛选出灵敏度相对高的一部分参数进行运算，由虚拟机按照编辑好的算法，计算对比出最佳结果，获取目标参数。
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Publications (1)
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|---|---|---|---|---|
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| CN116956503A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 高精度设备的动力学等效结构设计方法 |
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| CN116151046B (zh) * | 2023-04-21 | 2023-07-07 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种转向系统参数化建模与仿真分析方法及系统 |
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