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原文传递汽车四轮定位参数的稳健设计研究

论文题名：	汽车四轮定位参数的稳健设计研究
关键词：	汽车工业;四轮定位参数;稳健设计;多目标优化
摘要：	汽车四轮定位参数主要有主销内倾角、主销后倾角、前轮前束角、前轮外倾角、后轮前束角及后轮外倾角等，其与整车性能密切相关，是保证汽车良好操纵稳定性、燃油经济性、安全性及轮胎磨损状态等的重要前提，其中主销内倾角与主销后倾角直接与车辆转向回正能力密切相关，前束角与外倾角的合理匹配直接影响轮胎磨损状态。同时，上述车辆性能均在用户的主要关注点之列。　　就车辆底盘系统而言，四轮定位参数与悬架系统结构、系统刚度、悬挂点位置及弹性元件刚度阻尼等直接相关。而悬架系统的制造误差、装配误差等会导致四轮定位参数的实际值与设计基准值之间在静态时便存在偏差;另外，在使用过程中车辆载荷状态、行驶车速及工况等的随机性将影响悬架系统的姿态，进而可能导致四轮定位参数在悬架常规行程范围内出现动态大波动。对于此类由不确定因素而引发的偏差与大波动，可由稳健设计来处理。而目前，对于四轮定位参数的研究，少有考虑其稳健性。　　稳健设计变量包括可控因素与噪声因素，相比常规优化设计需考虑的因素变量更多，同时稳健设计是一个多目标优化问题，其计算量更大;且就工程实际问题本身而言，其系统模型较复杂，若以原复杂模型进行稳健设计将很难满足工程进度需求;故研究过程中通过构建研究对象的RSM模型，以表征原模型中输入与响应之间的映射关系，以提高分析效率。　　对于同级别的不同车辆，经调研可得其四轮定位参数设计基准值不同，其不能简单地根据同级别车辆的经验值类比而得，且常规的理论设计方法不能很好地获取具有一定稳健性的设计基准值。故有必要对其进行稳健设计研究，并形成一套四轮定位参数的稳健设计规程，以规范化地指导此类工程问题的处理与分析。　　进而，本课题假定在制造与装配工艺发展较为成熟的当前，由制造误差、装配误差、磨损间隙误差引起的偏差已很小，暂不予考虑，主要考虑载荷状态、行驶车速、运行工况等不确定因素的影响。依托某B级车型，基于四轮定位参数对整车转向回正性能及轮胎磨损的影响机理，结合测试、CAE(Computer Aied Engineering)及CAO(Computer AiedOptimization)等分析技术，进行了以下研究工作: 　　(1)基于四轮定位参数对转向回正及轮胎磨损的影响机理分析，确定了本课题稳健设计的性能目标，即整车残留横摆角速度、横摆角速度总方差及轮胎接地点侧向滑移量，三者均为“望小特性”; 　　(2)通过对稳健设计常用方法(Taguchi方法、6sigma方法与基于响应面模型的方法)的对比分析，确定了本课题的稳健设计方法:基于响应面模型的稳健设计方法，并以改进型非劣分层遗传算法(NSGA-Ⅱ)与Pareto解集概念相结合求解稳健性优化模型; 　　(3)基于测试所得基础数据，运用ADAMS/Car软件建立对象车型的刚柔耦合功能虚拟样机(FVP)，并重点归纳了部件柔性化的方法与流程，以规范化关键部件的柔化处理;部件柔性化后，可摒弃其对结构响应贡献量不大的频率成分，减小刚柔耦合模型自由度，提高计算效率; 　　(4)在影响因素灵敏度分析的基础上，基于GB/T6323转向回正性能试验与自定义起伏路面条件，建立四轮定位参数与响应目标之间的RSM模型，基于转向与轮跳试验，建立悬架结构因素与四轮定位参数之间的RSM模型，在建立RSM模型的过程中借助于iSIGHT软件平台联合ADAMS/Car软件，以批处理文件(.bat)调用后台命令，获取拟合RSM模型所需的试验样本点，以此方法提高搭建RSM模型的效率; 　　(5)调研分析了22辆与对象车型同类级别车型的四轮定位参数取值分布情况，以此作为四轮定位参数稳健设计的设计变量约束区间，以车辆载荷状态与车速为噪声因素，基于GB/T6323转向回正性能试验与自定义起伏路面条件完成优化分析，得到四轮定位参数的稳健解; 　　(6)以上述所得四轮定位参数的稳健解为目标特性，进一步进行悬架结构因素的稳健设计:以四轮定位参数与所得目标特性偏差最小为优化目标，悬架悬挂点坐标为设计变量，悬架橡胶衬套刚度特性为噪声因素，进行优化分析，得到悬架结构因素的稳健解; 　　(7)基于上述分析研究，制定了四轮定位参数的稳健设计规程，可为同类工程问题的解决提供指导。　　课题创新点: 　　(1)将稳健设计引入四轮定位参数的研究中，并进行了分为两级的稳健优化，即先基于RSM模型，以整车性能指标为出发点，进行第一级稳健优化，以获取定位参数的稳健解;再以此稳健解作为目标特性，逐层分解，完成第二级稳健优化，获取悬架结构影响因子的稳健解。此方法使稳健优化分析过程中的难点分散，且可用于指导整车及零部件正向协同开发。　　(2)建立与形成了汽车四轮定位参数的稳健设计规程，以规范化指导同类工程问题的处理。此设计规程相较于经验值类比法及常规的理论设计方法可获得更为稳健的，且适合于具体车型的定位参数设计基准值。
作者：	朱洪林
专业：	车辆工程
导师：	丁渭平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文