基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法，其特征是：建立前轮各定位参数与回正力矩、轮胎磨损的数学模型，采用敏感性分析的方法定量前轮各定位参数对回正力矩和轮胎磨损的影响程度，确定高速工况下和低速工况下，主销后倾角、主销内倾角、外倾角、前束角的权重系数；建立整车仿真模型，通过平顺性试验获得仿真数据，从而建立麦弗逊悬架硬点坐标的多目标优化模型。本发明专利技术能有效保证麦弗逊悬架硬点坐标多目标优化模型中权重系数的客观性与合理性，从而提高汽车的操纵稳定性，减轻轮胎磨损。

【技术实现步骤摘要】
基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法
本专利技术涉及一种基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法，属于汽车被动悬架系统的几何参数优化

技术介绍
麦弗逊悬架是一种广泛应用于中小型轿车的被动悬架系统，其运动学特性对车辆操纵稳定性具有重要影响。麦弗逊悬架系统的前期开发过程中，往往先确定各零件的质量参数及弹簧、衬套、减震器、轮胎的力学参数，再布置悬架硬点的空间位置，从而使车轮在路面激励过程中定位参数的变化处于理想的范围内，减小轮胎磨损和滚动阻力，提高车辆直线行驶性能和转向操纵轻便性。在悬架多目标优化问题中，往往通过寻优最佳硬点坐标，以优化汽车的前轮定位参数，从而提高汽车行驶的操纵稳定性。前轮定位参数中，主销内倾角和主销后倾角的主要作用是产生回正力矩，以减小转向操纵力；前束角的引入是为了克服外倾角所造成的轮胎偏磨损。因此，基于上述定位参数间的关系，为减少优化目标个数，多采用直接加权法、目标规划法等数理统计方法，分别确定出各定位参数之间的权重系数，从而构建仅有两个优化目标函数的多目标优化模型。然而，上述基于数值统计原理的传统方法，仅对各定位参数进行了简单的归一化处理，未考虑前轮定位参数其对回正力矩、轮胎磨损的影响，不能准确反映各定位参数间的相对重要程度，难以保证优化结果的科学性与合理性。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术的不足之处，提供一种基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法，建立前轮各定位参数与轮胎磨损、回正力矩之间数学模型，以期可以合理计算各定位参数间的权重系数，建立高速工况下和低速工况下都得到优化的麦弗逊悬架硬点坐标的多目标优化模型，从而保证优化结果的合理性与有效性，符合工程实际要求。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法特点是按如下步骤进行：步骤1、根据麦弗逊悬架系统数据，建立麦弗逊悬架系统的动力学模型；步骤2、对所述动力学模型进行灵敏度分析，进而确定所述多目标优化的设计变量，所述设计变量为麦弗逊悬架硬点坐标；步骤3、根据整车数据，在多体动力学仿真软件ADAMS/Car中建立整车仿真模型；步骤4、对前轮各定位参数分别进行正交试验设计，并在多体动力学仿真软件ADAMS/Car中对所述整车仿真模型进行平顺性试验，分别获得高速工况下和低速工况下前轮各定位参数与各自静态值之差的绝对值最大值的仿真数据；所述前轮各定位参数包括：主销后倾角γ、主销内倾角β、外倾角α和前束角δ；步骤5、基于所述仿真数据，运用响应面法建立前轮各定位参数与各自静态值之差的绝对值最大值的响应面数学模型；步骤6、采用敏感性分析的方法，定量前轮各定位参数对回正力矩和轮胎磨损的影响程度，从而确定出在高速工况下和低速工况下，主销后倾角、主销内倾角、外倾角和前束角在麦弗逊悬架硬点坐标多目标优化模型中的权重系数；步骤7、建立如式(1)所示的麦弗逊悬架硬点坐标的多目标优化模型；式(1)中，xi为设计变量，为xi的最小值，为xi的最大值，I为xi的维度，X＝[x1,x2,...,xI]T为设计向量，F1(X)和F2(X)分别由式(2)和式(3)所表征：F1(X)＝0.5F1h(X)+0.5F1l(X)(2)，F2(X)＝0.5F2h(X)+0.5F2l(X)(3)，其中，F1h(X)、F1l(X)、F2h(X)和F2l(X)分别由式(4)、式(5)、式(6)和式(7)所表征：F1h(X)＝w1hf1h(X)+w2hf2h(X)(4)，F1l(X)＝w1lf1l(X)+w2lf2l(X)(5)，F2h(X)＝w3hf3h(X)+w4hf4h(X)(6)，F2l(X)＝w3lf3l(X)+w4lf4l(X)(7)，f1h(X)为高速工况下主销后倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；f2h(X)为高速工况下主销内倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；w1h和w2h分别为高速工况下主销后倾角和主销内倾角的权重系数；f1l(X)为低速工况下主销后倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；f2l(X)为低速工况下主销内倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；w1l和w2l分别为低速工况下主销后倾角和主销内倾角的权重系数；f3h(X)为高速工况下外倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；f4h(X)为高速工况下前束角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；w3h和w4h分别为高速工况下外倾角和前束角的权重系数；f3l(X)为低速工况下外倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；f4l(X)为低速工况下前束角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；w3l和w4l分别为低速工况下外倾角和前束角的权重系数；式(1)所表征的麦弗逊悬架硬点坐标的多目标优化模型即为麦弗逊悬架多目标优化函数。本专利技术基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法的特点也在于，所述步骤4是按如下步骤进行：步骤2.1、以设计变量的最大值和最小值为2个水平，设计正交试验表；步骤2.2、利用所述正交试验表中的每一组麦弗逊悬架的硬点坐标对整车仿真模型进行修改，得到修改的整车仿真模型，在多体动力学仿真软件ADAMS/Car中，对修改的整车仿真模型进行平顺性试验，得到C、D、H和G四个硬点坐标随路面激励的变化曲线，所述C、D、H和G四个硬点一一对应为下摆臂与转向节铰接点、悬架减振器上端与车身铰接点、车轮中心点，以及车轮外端面圆心；步骤2.3、根据所述C、D、H和G四个硬点坐标随路面激励的变化曲线，利用式(8)计算获得前轮各定位参数随路面激励的变化曲线，包括主销后倾角γ、主销内倾角β、外倾角α和前束角δ：xC、yC、zC为C点的x、y、z坐标；xD、yD、zD为D点的x、y、z坐标；xG、yG、zG为G点的x、y、z坐标；xH、yH、zH为H点的x、y、z坐标；根据所述前轮各定位参数随路面激励的变化曲线计算获得高速工况下和低速工况下每一组硬点坐标值对应的响应输出，所述响应输出即为前轮各定位参数与各自静态值之差的绝对值最大值。本专利技术基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法的特点也在于，所述步骤6是按如下步骤进行：步骤3.1、建立由式(9)所表征的车轮侧偏角Δε和轮胎磨损的数学模型，所述轮胎磨损由车轮侧偏角引起的轮胎磨损功W表征；W＝Wx+Wy(9)，Wx为纵向力所做摩擦功，Wy为侧向力所做摩擦功，并有：其中，ux为纵向车轮附着系数；Sx为纵向滑移率；u为轮胎接地处的坐标变量；a为轮胎接地印迹长的一半，uc为轮胎起滑点，qz(u)为轮胎载荷分布，uy为侧向车轮附着系数；y′t(u)为轮胎侧向变形曲线，并有：qz(u)＝η(u)·Fz/2a(15)，式(12)和式(13)中，D1为前轮轮胎名义外径；Δ为转向轮胎在前桥垂直载荷作用下的径向变形量；F为系数，普通斜胶轮胎F值为7.22，子午线轮胎F值为11.2；K1为系数，K1取值为0.683；b为轮胎断面宽度；F1为前轮轴荷；P为轮胎气压；式(14)中，μ为车轮总附着系数；Fz为轮胎垂直载荷；Ktx为胎面分布纵向刚度；Kty为胎面分布侧向刚度；Δε为车轮侧偏角；η(u)为载荷分布函数，并有：η(u)＝1.5[1-(u-1)2][本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、根据麦弗逊悬架系统数据，建立麦弗逊悬架系统的动力学模型；步骤2、对所述动力学模型进行灵敏度分析，进而确定所述多目标优化的设计变量，所述设计变量为麦弗逊悬架硬点坐标；步骤3、根据整车数据，在多体动力学仿真软件ADAMS/Car中建立整车仿真模型；步骤4、对前轮各定位参数分别进行正交试验设计，并在多体动力学仿真软件ADAMS/Car中对所述整车仿真模型进行平顺性试验，分别获得高速工况下和低速工况下前轮各定位参数与各自静态值之差的绝对值最大值的仿真数据；所述前轮各定位参数包括：主销后倾角γ、主销内倾角β、外倾角α和前束角δ；步骤5、基于所述仿真数据，运用响应面法建立前轮各定位参数与各自静态值之差的绝对值最大值的响应面数学模型；步骤6、采用敏感性分析的方法，定量前轮各定位参数对回正力矩和轮胎磨损的影响程度，从而确定出在高速工况下和低速工况下，主销后倾角、主销内倾角、外倾角和前束角在麦弗逊悬架硬点坐标多目标优化模型中的权重系数；步骤7、建立如式(1)所示的麦弗逊悬架硬点坐标的多目标优化模型；

【技术特征摘要】
1.基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、根据麦弗逊悬架系统数据，建立麦弗逊悬架系统的动力学模型；步骤2、对所述动力学模型进行灵敏度分析，进而确定所述多目标优化的设计变量，所述设计变量为麦弗逊悬架硬点坐标；步骤3、根据整车数据，在多体动力学仿真软件ADAMS/Car中建立整车仿真模型；步骤4、对前轮各定位参数分别进行正交试验设计，并在多体动力学仿真软件ADAMS/Car中对所述整车仿真模型进行平顺性试验，分别获得高速工况下和低速工况下前轮各定位参数与各自静态值之差的绝对值最大值的仿真数据；所述前轮各定位参数包括：主销后倾角γ、主销内倾角β、外倾角α和前束角δ；步骤5、基于所述仿真数据，运用响应面法建立前轮各定位参数与各自静态值之差的绝对值最大值的响应面数学模型；步骤6、采用敏感性分析的方法，定量前轮各定位参数对回正力矩和轮胎磨损的影响程度，从而确定出在高速工况下和低速工况下，主销后倾角、主销内倾角、外倾角和前束角在麦弗逊悬架硬点坐标多目标优化模型中的权重系数；步骤7、建立如式(1)所示的麦弗逊悬架硬点坐标的多目标优化模型；式(1)中，xi为设计变量，为xi的最小值，为xi的最大值，I为xi的维度，X＝[x1,x2,...,xI]T为设计向量，F1(X)和F2(X)分别由式(2)和式(3)所表征：F1(X)＝0.5F1h(X)+0.5F1l(X)(2)，F2(X)＝0.5F2h(X)+0.5F2l(X)(3)，其中，F1h(X)、F1l(X)、F2h(X)和F2l(X)分别由式(4)、式(5)、式(6)和式(7)所表征：F1h(X)＝w1hf1h(X)+w2hf2h(X)(4)，F1l(X)＝w1lf1l(X)+w2lf2l(X)(5)，F2h(X)＝w3hf3h(X)+w4hf4h(X)(6)，F2l(X)＝w3lf3l(X)+w4lf4l(X)(7)，f1h(X)为高速工况下主销后倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；f2h(X)为高速工况下主销内倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；w1h和w2h分别为高速工况下主销后倾角和主销内倾角的权重系数；f1l(X)为低速工况下主销后倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；f2l(X)为低速工况下主销内倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；w1l和w2l分别为低速工况下主销后倾角和主销内倾角的权重系数；f3h(X)为高速工况下外倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；f4h(X)为高速工况下前束角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；w3h和w4h分别为高速工况下外倾角和前束角的权重系数；f3l(X)为低速工况下外倾角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；f4l(X)为低速工况下前束角与其静态值之差的绝对值最大值的响应面函数；w3l和w4l分别为低速工况下外倾角和前束角的权重系数；式(1)所表征的麦弗逊悬架硬点坐标的多目标优化模型即为麦弗逊悬架多目标优化函数。2.根据权利要求1所述的基于敏感性分析的麦弗逊悬架多目标优化函数构建方法，其特征是，所述步骤4是按如下步骤进行：步骤2.1、以设计变量的最大值和最小值为2个水平，设计正交试验表；步骤2.2、利用所述正交试验表中的每一组麦弗逊悬架的硬点坐标对整车仿真模型进行修改，得到修改的整车仿真模型，在多体动力学仿真软件ADAMS/Car中，对修改的整车仿真模型进行平顺性试验，得到C、D、H和G四个硬点坐标随路面激励...

【专利技术属性】
技术研发人员：石琴，张飞，陈一锴，彭成旺，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34