姬鵬，李小龍

（河北工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

0 引 言

在研發(fā)和制造的過(guò)程中，潛在的輸入變量的數(shù)目往往很大。靈敏度分析就是通過(guò)確定關(guān)鍵輸入變量來(lái)減少整體輸入變量的數(shù)目，從而將精力集中在那些較為重要的變量上。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)（Design of Experiments）是靈敏度分析中的重要方法，作為一種安排實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，它能根據(jù)不同類型實(shí)驗(yàn)的實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終達(dá)到以最低成本來(lái)獲得最高收益的目的。

由于制造汽車實(shí)際模型和修改參數(shù)是一個(gè)耗時(shí)又昂貴的過(guò)程，因此用ADAMS/Car 建立一個(gè)虛擬模型將是個(gè)不錯(cuò)的選擇。通過(guò)ADAMS/Car 專業(yè)的仿真環(huán)境，汽車工程師們可以準(zhǔn)確地模擬他們所設(shè)計(jì)的整車在真實(shí)世界中的各種行為。

本文通過(guò)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)和轉(zhuǎn)向盤角階躍試驗(yàn)得到了一些車輛常用的操縱評(píng)價(jià)特性，并將各個(gè)特性都設(shè)定為一個(gè)單目標(biāo)函數(shù)，利用單一分析的方法來(lái)獲取相對(duì)重要的系統(tǒng)參數(shù)。

圖1 整車仿真模型

1 ADAMS 模型的建立與驗(yàn)證

ADAMS/Car 專業(yè)的仿真環(huán)境能夠讓汽車工程師創(chuàng)建一個(gè)完整的汽車虛擬樣機(jī)，包括底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)和車身等。本文運(yùn)用ADAMS/Car建立整車的虛擬模型，如圖1。該車為前輪驅(qū)動(dòng)汽車，采用麥弗遜式前懸架，后扭轉(zhuǎn)梁式后懸架，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，四輪盤式制動(dòng)系統(tǒng)。其中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)考慮了扭力桿剛度和綜合干摩擦等因素。

模型各參數(shù)如表1 所示。

由穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)得到了圖2、圖3、圖4 三種關(guān)系曲線，圖中虛線和實(shí)線分別代表仿真結(jié)果和路試結(jié)果，二者基本吻合，該模型的有效性得以驗(yàn)證。

表1 整車仿真參數(shù)表

圖2 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與側(cè)向加速度關(guān)系

圖3 側(cè)傾角與側(cè)向加速度關(guān)系

圖4 轉(zhuǎn)向盤力矩與側(cè)向加速度關(guān)系

2 靈敏度分析方法

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中進(jìn)行靈敏度分析的15 個(gè)參數(shù)包括襯套剛度、轉(zhuǎn)向阻尼、轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向比、轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂結(jié)點(diǎn)的位置等，如表2。分別將各參數(shù)以字母A、B、C 等表示，在仿真過(guò)程中通過(guò)改變參數(shù)的數(shù)值來(lái)觀察各參數(shù)對(duì)車輛性能的影響。

表2 各參數(shù)及改變量

3 靈敏度分析結(jié)果

圖5～圖12 表示參數(shù)A～P 對(duì)車輛不同性能的影響程度。

由此可以得到一些車輛常用的操縱評(píng)價(jià)特性，其中通過(guò)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)可以得到不足轉(zhuǎn)向度、轉(zhuǎn)向盤扭矩、轉(zhuǎn)向靈敏度；轉(zhuǎn)向盤角階躍試驗(yàn)可以得到側(cè)傾角超調(diào)量等，如圖8～圖12。

圖5 A～P 對(duì)不足轉(zhuǎn)向度影響

圖6 A～P 對(duì)轉(zhuǎn)向力影響

由結(jié)果可知，轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂結(jié)點(diǎn)的位置很重要。這是一個(gè)可以預(yù)見的結(jié)果，因?yàn)楦淖兘Y(jié)點(diǎn)位置可以改變轉(zhuǎn)向比，也可以改變車輛的側(cè)傾轉(zhuǎn)向。

圖8 A～P 對(duì)側(cè)傾角超調(diào)量影響

圖9 A～P 對(duì)橫擺角速度峰值響應(yīng)時(shí)間影響

圖10 A～P 對(duì)橫擺角速度超調(diào)量影響

圖11 A～P 對(duì)側(cè)向加速度峰值響應(yīng)時(shí)間影響

圖12 A～P 對(duì)側(cè)向加速度超調(diào)量影響

改變轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向比就直接改變了轉(zhuǎn)向比，其重要性顯而易見。

由于改變轉(zhuǎn)向管柱與中間軸夾角和中間軸與轉(zhuǎn)向軸夾角能改變轉(zhuǎn)向比，因此改變這兩個(gè)角度也可以影響轉(zhuǎn)向力、轉(zhuǎn)向靈敏度等上述響應(yīng)，得到的結(jié)果與分析一致。

4 結(jié) 論

本文建立了包含所有部件的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并嵌入到整車模型中進(jìn)行穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)和轉(zhuǎn)向盤角階躍試驗(yàn)，結(jié)果表明，上述15 個(gè)參數(shù)中只有6 個(gè)在目標(biāo)函數(shù)中起主要作用。這6 個(gè)參數(shù)包括：轉(zhuǎn)向橫拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂結(jié)點(diǎn)的x、y、z 3 個(gè)方向分量，轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向比，轉(zhuǎn)向管柱與中間軸夾角，中間軸與轉(zhuǎn)向軸夾角。在對(duì)車輛進(jìn)行性能設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)抓住主要影響因素，兼顧次要影響因素，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)匹配。

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