32t卡车梯形转向机构运动学仿真及设计资料Word文档格式.docx

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4.3保存模型17

第五章转向机构模型优化设计17

第一章转向机构模型与设计参数

1.1转向机构方案选择

通过对32t卡车考察和研究，选择采用多杆式转向连杆机构，如图1所示。

图1转向杆系模型

1.2汽车转向机构优化设计

图2转向机构数学模型

转向机构数学模型见图2。

模型建立时采用ISO坐标制，即以前轮轮心连线与汽车纵向对称面的交点为坐标原点，图中A，B，C，D，E和F处都为球副，

，

和

为铰接点，转向机构呈对称分布，由于转向轮定位参数的存在，转向杆系的运动实质为一空间机构运动，依据多刚体系统运动学的相关理论，建立转向连杆机构的空间运动模型，将各转向杆的长度以及相互的夹角作为设计变量，以内外轮转角关系的特性曲线与理论。

Ackerman转向曲线的偏差最小作为目标函数，利用序列二次规划法求取转向机构的优化设计参数。

设

分别为内、外转向车轮的转角，K为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离；

L为汽车轴距。

若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，如图3所示，则梯形机构应保证内、外转向车轮的转角关系为

。

若自变角为

，则因变角

的期望值为:

第2章转向机构建模

2.1设置工作栅格

2.2创建设计点

点击ADAMS/View中零件库的点（Point）

选择“AddtoGround”和“Don’tAttach”，在工作窗口中创建14个设计点，它们的名称和位置见图3。

图3设计点的位置

点击“确定”，完成如下：

2.3创建转向机构

（1）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的连杆（Link）

，选择“NewPart”,定义连杆的宽度为4cm,选择设计点“Point_1”和“Point_3”,创建右转向节臂，并重命名为“.veer.Rzhuanxiangjiebi”。

（2）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的连杆（Link）

，选择“NewPart”,定义连杆的宽度为4cm,选择设计点“Point_3”和“Point_7”,创建右转向直拉杆，并重命名为“.veer.Rzhuanxiangzhilagan”。

（3）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的连杆（Link）

，选择“NewPart”,定义连杆的宽度为4cm,选择设计点“Point_2”和“Point_4”,创建左转向节臂，并重命名为“.veer.Lzhuanxiangjiebi”。

（4）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的连杆（Link）

，选择“NewPart”,定义连杆的宽度为4cm,选择设计点“Point_4”和“Point_8”,创建左转向直拉杆，并重命名为“.veer.Lzhuanxiangzhilagan”。

（5）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的连杆（Link）

，选择“NewPart”,定义连杆的宽度为4cm,选择设计点“Point_9”和“Point_10”,创建转向横拉杆，并重命名为“.veer.zhuanxianghenglagan”。

（6）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的平板（Plate）

，选择“NewPart”,选择设计点“Point_7”、“Point_11”、“Point_5”和“Point_9”创建右转向摇臂,并重命名为“.veer.Rzhuanxiangyaobi”。

（7）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的平板（Plate）

，选择“NewPart”,选择设计点“Point_8”、“Point_12”、“Point_6”和“Point_10”,创建左转向摇臂，并重命名为“.veer.Lzhuanxiangyaobi”。

（8）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的圆柱（Cylinder）

，选择“NewPart”,定义圆柱体的的径向厚度为40cm,半径为50cm，选择设计点“Point_3”和“Point_4”,创建右侧车轮，重命名为“.veer.Rchelun”。

用同样的方法创建左侧车轮，并重新命名为“.veer.Lchelun”。

（9）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的圆柱（Cylinder）

，选择“NewPart”,定义圆柱的半径为3cm，选择设计点“Point_13”和“Point_11”,创建右油缸，并重命名为“.veer.yougang1”。

（10）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的圆柱（Cylinder）

，选择“NewPart”,定义圆柱的半径为3cm，选择设计点“Point_14”和“Point_12”,创建左油缸，并重命名为“.veer.yougang2”。

（油缸模型可不建）。

图4为转向机构的模型：

图4转向机构的模型

2.4创建旋转副

点击ADAMS/View中连接中的的旋转副（RevoluteJoint）

设置旋转副的选项改为图5所示。

然后选择右转向节臂和车身（Ground）为参考物体，选择设计点“Point_1”为旋转副的位置点，创建旋转副，并重命名为“.veer.Rjiebi_gro”如图6所示。

图5图6

用同样的方法，选择左转向节臂和车身（Ground）为参考物体，选择设计点“Point_2”为旋转副的位置点，创建旋转副，并重命名为“.veer.Ljiebi_gro”。

选择右侧转向摇臂和车身（Ground）为参考物体，选择设计点“Point_5”为旋转副的位置点，创建旋转副，并重命名为“.veer.Ryaobi_gro”。

选择左侧转向摇臂和车身（Ground）为参考物体，选择设计点“Point_6”为旋转副的位置点，创建旋转副，并重命名为“.veer.Lyaobi_gro”。

2.5创建球副

点击ADAMS/View中运动副的球副（SphericalJoint）

设置旋转副的选项为“2Bod-1Loc”和“NormalToGrid”,如图7所示。

然后选择右转向节臂和右侧直拉杆为参考物体，选择设计点“Point_3”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.Rjiebi_lagan”如图8所示。

图7设置球副选项图8创建球副

同样的方法，选择左转向节臂和左侧直拉杆为参考物体，选择设计点“Point_4”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.Ljiebi_lagan”。

选择右侧转向摇臂和右侧直拉杆为参考物体，选择设计点“Point_7”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.Rzhilagan_yaobi”。

选择左侧转向摇臂和左侧直拉杆为参考物体，选择设计点“Point_8”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.Lzhilagan_yaobi”。

选择右侧转向摇臂和转向横拉杆为参考物体，选择设计点“Point_9”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.Rhenglag_yaobi”。

选择左侧转向摇臂和转向横拉杆为参考物体，选择设计点“Point_10”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.Lhenglag_yaobi”。

2.6创建固定副

点击ADAMS/View中运动副的固定副（FixedJoint）

设置固定副的选项为“2Bod-1Loc”和“NormalToGrid”,如图9所示，然后选择右转向节臂和车轮为参考物体，选择设计点“Point_1”为固定副的位置点，创建固定副，并重命名为“.veer.Rjiebi_chelun”如图10所示。

图9设置固定副选项图10创建固定副

同样的方法，选择左转向节臂和左侧车轮为参考物体，选择设计点“Point_2”为固定副的位置点，创建固定副，并重命名为“.veer.Ljiebi_chelun”。

2.7添加驱动

点击ADAMS/View中驱动中的运动副驱动-旋转驱动（RotationalJointMotion）

设置旋转驱动的选项为“40”，如下图11。

选择设计点“Point_2”为旋转驱动的位置点，创建旋转驱动，如图12所示：

图11设置转动驱动选项图12创建转动驱动

模型、约束和驱动都加上之后的状况如图13所示

图13转向机构模型约束设置

在ADAMS/View的主工具箱中，选择仿真—运行交互仿真

，设置终止时间为0.5，工作步为100。

然后点击开始按钮

，进行仿真。

观察转向机构模型的运动仿真情况，如下图14所示。

图14转向机构模型仿真效果

第三章测量外侧车轮转角偏差

在ADAMS/View菜单栏中，选择设计探索—测量中的

，创建内轮转角的测量函数。

选择“高级”，在测量名称中输入:

“.zhuanxiangjigou.wai_ANGLE_1”，选取“开始—中间—最后”标记点依次为：

“MARKER_6”、“MARKER_5”、“MARKER_1”。

同样的方法，创建外轮转角的测量函数，测量名称中输入:

“.zhuanxiangjigou.nei_ANGLE_1”，标记点依次为：

“MARKER_5”、“MARKER_1”、“MARKER_2”。

进行一次仿真，设置终止时间为0.8，工作步数为100。

测得内外轮转角变化如图15：

图15内外轮转角变化

在ADAMS/View菜单栏中，选择设计探索—测量中的

创建新的测量函数。

外轮转角理论值为：

（轴距L=3650mm，转向轮主销距离K=2376mm）

在函数编辑器对话窗中的测量名称（MeasureName）栏输入：

.zhuanxiangjigou.wailunzhuanjiaopiancha,一般属性（GeneralAttributes）的单位（Units）栏中选择“angle”,借助于函数编辑器提供的基本函数，编辑外轮转角偏差的函数表达式：

abs（ATAN（TAN（abs（.zhuanxiangjigou.nei_ANGLE_1）*PI/180）*3650/（3650+2376*TAN（abs（.zhuanxiangjigou.nei_ANGLE_1）*PI/180）））-abs（.zhuanxiangjigou.wai_ANGLE_1*pi/180））。

式中nei_ANGLE_1是zhuanxiangjigou中的内轮转角，wai_ANGLE_1是zhuanxiangjigou中的外轮转角。

输入的函数表达式如图16所示，按“OK”，创建外轮转角偏差的测量函数。

图16外轮转角偏差函数编辑

测得外轮转角偏差的变化曲线，如图17所示。

图17外轮转角偏差的变化曲线

第四章模型参数化及误差分析

4.1将设计点参数化

将光标放置在设计点“Point_1”处，按鼠标右键，选择“Modify”，系统弹出列表编辑器，选择设计点“Point_3”的X坐标，在列表编辑器顶部的输入窗中，按鼠标右键，选择Parameterize>

CreateDesignVariable>

Real，将设计点“Point_3”的X坐标设为变量DV_5。

各变量设置如图18所示。

图18点坐标编辑器

X（Point_3）=-X（Point_4）=DV_5

X（Point_5）=-X（Point_6）=DV_6

Y（Point_5）=Y（Point_6）=Y（Point_7）=Y（Point_8）=DV_7

X（Point_7）=-X（Point_8）=DV_8

X（Point_9）=-X（Point_10）=DV_9

Y（Point_9）=Y（Point_10）=DV_10

通过以上步骤，对受设计点参数化影响的转向横拉杆、转向梯形臂、转向节臂的长度和油缸的大小进行了参数化。

4.2创建各变量变化后的目标函数曲线

以初定的外轮转角偏差变化曲线基础，在TableEditor中将DV_1改为“811+100”和“811-100”（811为DV_1的初定值），并分别在原变化曲线图表内画出上述情况下的目标曲线。

六个变量参数进行同上操作，如下所示，（第一条曲线为变量DV初始值，,第二条曲线为变量DV初始值+100，第三条曲线为变量DV初始值-100。

）

对外侧车轮转向误差的影响

、

对外侧车轮转向误差的影响

4.3保存模型

在ADAMS/View的“File”菜单中，选择“SaveDatebase”命令，保存转向机构模型。

通过上述对六个变量的误差分析，得知DV_3、DV_4、DV_5、DV_6四个变量对目标函数的影响较大。

第五章转向机构模型优化设计

为了使目标函数转向误差尽可能小，我们使用ADAMS/Insight工具。

在使用insight进行优化前，需要建立优化目标。

优化目标有两种：

①测量②目标对象，本次优化选择目标对象。

打开“仿真—目标函数—新建”测量选取之前的转向误差测量函数。

在ADAMS/View菜单栏中，选择Simulation>

ADAMS/Insight>

Export,创建新的优化试验。

在ADAMS/InsightExport的试验名称栏（Experiment）中输入“zhuanxiangjigou_youhua”,按“OK”，创建转向机构试验平台，如图19所示。

图19ADAMS/Insight

选取优化变量：

在左侧列表中选择zhuanxiangjigou_youhua>

Factors>

Candidates>

zhuanxiangjigou>

DV_5,在DV_5变量属性设置里的Tolerance中输入5，选项MonteCarloDistribution中选择“Normal”，按“Apply”，完成对DV_5的属性设置。

其余变量进行相同操作，然后选中六个变量，点击ADAMS/Insight工具栏中的（Promotetoinclusion）

，将六个变量上移至inclusions中。

选取优化目标：

在左侧列表中选择zhuanxiangjigou_youhu>

Responses>

zhuanxiangjigou>

OBJECTIVE_1,点击ADAMS/Insight工具栏中的（Promotetoinclusion）

，将目标1上移至inclusions中。

分析设置：

在左侧列表中选择zhuanxiangjigou_youhu>

Design>

Specification,选项InvestigationStrategy中选择“Variation-MonteCarlo”,选项Model中选择“Linear”，在NumberofRuns栏中输入30。

点击“Apply”。

分析空间生成：

点击ADAMS/Insight工具栏中的（GenerateWorkSpace）

，生成30组不同的仿真变量值，如图20所示。

图20分析空间生成

仿真结果如图21所示：

图21仿真结果

分析结果保存，分析计算完毕，通过菜单Simulation|ADAMS/Isight|Display…，打开分析文件查看对话框如图所示，修改分析文件名为“zhuanxiangjigou”，按结果生成按钮

，再按结果保存按钮

，把分析结果保存为html格式。

然后打开所保存的html文件查看结果。

选中Effect，查看各优化变量对目标变量的影响的敏感度。

敏感度大的优化变量对目标变量影响越明显，为进一步进行优化的重要对象。

最后，选择目标函数转向误差最小的第22组作为最优组，其各项变量参数值为最终设计结果导入模型中，进行模拟仿真，画出目标函数曲线，并与初始曲线画在一副图表中，如图22。

图22外轮转向误差初始设计与优化结果的对比

图中实线为初始设计，虚线为优化结果。

综上所述，通过优化设计所得的各项参数变量代入转向机构模型当中，可以得到更加良好的外轮转向偏差，大大提高车辆的转向性能。