Оптимизация законов регулирования конструктивных параметров подвески двухосного автомобиля с использованием прикладного программного комплекса Stabcon 2. 0 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

РАЗДЕЛ 1. НАЗЕМНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

УСТАНОВКИ И ДВИГАТЕЛИ

Оптимизация законов регулирования конструктивных параметров подвески двухосного автомобиля с использованием прикладного программного комплекса STABCON 2.0

д.т.н. проф. Бахмутов С.В., к.т.н. доц. Ахмедов А. А., Орлов А.Б.

МГТУ «МАМИ» [email protected], 8 (495) 223-05-23, доб. 15-08

Аннотация. Приведены краткие сведения по прикладному программному комплексу Stabcon 2.0 (далее Stabcon). С использованием Stabcon выполнена постановка и решение задачи оптимизации рабочих характеристик подвески двухосного автомобиля в различных дорожных условиях. Получены характеристики регулирования конструктивных параметров подвески двухосного автомобиля.

Ключевые слова: многокритериальная параметрическая оптимизация, автомобильная техника, управляемость и устойчивость, подвеска автомобиля, неровная дорога.

В помощь конструктору, занимающемуся вопросами разработки и доводки автомобильной техники, создан прикладной программный комплекс Stabcon 2.0 (далее Stabcon). В предыдущей публикации вкратце были описаны возможности Stabcon [1]. В настоящее время доработан интерфейс и успешно прошло тестирование Stabcon на примере решения задачи оптимизации двухосного автомобиля.

Рассмотрим процесс постановки и решения задачи на примере двухосного легкового автомобиля класса В (далее автомобиль). Изначально ставилась задачи найти оптимальные законы регулирования величин жесткости и демпфирования подвески в зависимости от условий эксплуатации. Математическая модель автомобиля [2] была доработана c целью адаптации процесса постановки и решения оптимизационной задачи в Stabcon.

Stabcon представляет возможность решения нескольких основных задач [1]:

• расчет параметров движения автомобиля (его кинематических и силовых реакций) как на установившихся, так и на переходных режимах;

• расчет кинематических и силовых характеристик автомобиля при движении в различных условиях;

• оценка показателей управляемости и устойчивости автомобиля;

• определение степени влияния различных конструктивных параметров автомобиля на его управляемость и устойчивость;

• постановка и решение задач многокритериальной оптимизации конструкции автомобиля, его отдельных систем и узлов по выбранному блоку критериев управляемости и устойчивости (с возможностью параллельного решения задачи в компьютерной сети).

На рисунке 1 представлен процесс анализа одного испытания, представляющего собой расчет выходных параметров автомобиля-прототипа. Иллюстрируются результаты одного испытания, содержащего три маневра («Спираль», «Рывок руля» и «Синусоида») для заездов в условиях трех дорожных условий (ровный асфальт, асфальт с выбоинами, «Бельгийская мостовая»).

В Stabcon используется оптимизационный модуль известного универсального программного комплекса MOVI [3], в котором реализован метод исследования пространства параметров [4]. После выполнения подготовительных процедур создается проект MOVI, который передается в оптимизационный модуль.

Оптимизация выполняется в два этапа [2]: на первом - оптимизируются рабочие характеристики автомобиля, а на втором - конструктивные параметры автомобиля. В качестве

прототипа использовался набор параметров автомобиля, оптимизированный без учета дорожных условий, т.е. в условиях ровной дороги. При этом были найдены конструктивные параметры узлов и агрегатов автомобиля, представленные рабочими характеристиками первого этапа.

НИ 51аЬСоп 2.0 [Неровная дорога]

Файл Исгытани* >

Сервис Окна Справка

Обозреватель

' ^ X

Ь Проект - Неровная дорога Б неровная дорога

В чф Испытание - 07.06.2010 22:33:1 Л Входные параметры Выходные параметры Оценочные показатели

Неровная дорога - Выходные параметры [Испы... | Входные параметры [Испытание ... Выходные параметры [Испытали...

параметра

П Скорость ц.м. толь оси X подвижной... Г~1 Скорость ц.№ вдоль оси У подвижной...

□ Скорость ц.м. вдоль оси Z подвижной ... П Угловая скорость ц.м вокруг осиX по. П Угловая скорость ц.м вокруг оси У по. [уП Угловая скорость ц.м вокруг оси ? по..

□ У гол поворота наружнвго управляемо... О Угол поворота внутреннего управляем..

□ Угол увода 1-го колеса П Уголувааа 2-го колеса Г~1 Уголувааа Зго колес л

□ Угол увода 4-го колеса

Г~1 Радиус поворота автомобиля 0 Боковое ускорение 0 Угол поворота руля

0 Курсовой угол автомобиля

1 I Продольная реакция 1-го колеса П Продольная реакция 2-го колеса Г~1 Продольная реакция 3-го колеса Г~! Продольная реакция 4-го колеса П Поперечная реакция 1-го колеса П Поперечная реакция 2-го колеса Г~! Поперечная реакция 3-го колеса Г~! Поперечная реакция 4-го колеса П Вертикальная реакция 1-го колеса П Вертикальная реакция 2-го колеса [~| Вертикальная реакция 3-го колеса [~1 Вертикальная реакция 4-го колеса Г~1 Координата X1 -го колеса в поавижной ГП Координата X 2-го колеса в подвижной П Координата X 3-го колеса в поавижной П Координата X 4-го колеса в поавижной

□ Координата У1 -го колеса в подвижной П Координата У 2-го колеса в подвижной П Координата У 3-го колеса в подвижной П Координата У 4-го колеса в подвижной

□ Координата 21 -го колеса е подвижной

О Координата 7.2тс П Координата 7.3-п Г1 Координата 2 4-г( Г~1 Уголдоворота 1-го К1 П Уголдоворота 2-го К1 П Уголдоворота 3-го К1 |~| Уголдоворота 4-го К1 |~1 Время (с.|

Отладка модели Ппгпд^пты Мп^атлвцц

в поавижной в поавижной. в подвижной...

Таблица! 0(*цаядиаграг*1а Диаграмм

Г~1 Объединить аыбраммые

Печать ^

Упол поворота руля

момент времени

момент времени

39999 29999

Рисунок 1 - Диаграммы испытания модели в 81аЬеоп

Критерии вычислялись по результатам обработки трех маневров (20 критериев) [2], а также один критерий - среднеквадратическое ускорение центра масс при вертикальном перемещении кузова; таким образом, для трех дорожных условий вычислялось 63 критерия.

При оптимизации в условиях неровной дороги в качестве параметров выбраны характеристики жесткости и демпфирования автомобиля, описывающие рабочие характеристики: С2 - коэффициент линейной жесткости при вертикальном перемещении центра масс автомобиля;

Срд, Срг1 - коэффициенты угловой жесткости при боковом крене передней и задней подвески;

Сф, Сдг1 - коэффициенты угловой жесткости при продольном крене передней и задней подвески;

Кцг - коэффициент демпфирования при вертикальном перемещении центра масс автомобиля; Кр/, Крг - коэффициенты демпфирования при продольном крене передней и задней подвески.

По результатам оптимизации в каждой из трех выбранных дорожных условий будут найдены свои решения. Затем будет построена характеристика регулирования конструктивных параметров в зависимости от дорожных условий.

В процессе решения оптимизационной задачи пространство параметров было зондировано 2048 пробными точками Ьрт-последовательности. Таблица испытаний представлена на рисунке 2.

В представленной таблице все критерии отсортированы по их значениям в порядке улучшения. После назначения критериальных ограничений в исследуемых дорожных условиях были найдены 4 варианта автомобиля (парето-оптимальные решения), превосходящие

прототип по эксплуатационным показателям в данных дорожных условиях.

Щ Moví 1.4 : Неровная дорога [Full Ordered Test Table]

_I Tasks Ts« Tables Tables Graphs Service window ?

' Data Input

Ü9 Run Tests

§ Histograms and Giaphs...

J? Peifom One Test

fr Prototype

,§t Combine Solutions

Task ln(p

Task Name: Неровная дорога Design Variables: 327 Number ol Exported Functions: S3

ol Test Portion: 1 Number Generator: LP Tan

I Tests perlamed 2048

Ciit(MIN) 1

Name Среднеквадрзгическое ускорение ND 2048

Nmín 1.194S7500000000E+00 Nrrax 1.798442OOO0O000E+GO

Qcp^aii-^ I I % Result | % Tiuncated table | Extend | Retan |

¡Зарыть

Ö О о & в f>

[Criteria

Vectoi

311 1.71181500000000E »00 527 1.7T360900000000E+00 859 1,71?824OOC0000OE*OO

219 1.71834200000000E *00

1583 1.7183S5OO000Q0QE *00 1595 1.71921400ÜOOQOOE »00 591 1720B61 OOOOOOOOE *00

1047 1.721070000QOQOOE.OO

1943 1,721875OO0O0Q0OE*OO 1731 1.72239500000000E*00

1055 1.72264300000000E*00

1455 1,7231880ÜOOOIMOE *00

631 1 723325OO0Q00aOE*OO 1951 1 724536OOD0000OE*OO 247 172508SOO000O0OE*OO

567 1.72Э0760000ОЮОЕ'ОО

783 1 73353700000000E»00 1403 1.73404700000000E+00 1711 1.73484600000000E*00

27 1 738454OO0O000OE.OO

71Э 1.739479QO000D0QE*OO 1327 1.73991600COOQOOE+00 75Э 1.74102600000000E*00

1263 1.742153QOOOQQQQE »00

207 1 749732OOÜ00QOOE*OO 1775 1.74978300000000E »00

923 1.7501370СЮОООООЕ.ОО

1467 1,75059000000(КЮЕ»00

1391 i.75oeo20oooooaoE*oo

1219 1.7510Q9OOÜ00Q0OE+OO 1903 1.7525S200000000E»00

1879 1 76267800000000E*00 1239 1 76604900000000E*00 911 1.768728OO00000OEtOO 767 1.76906300000000E*00

1787 1 773432ОООООЭООЕ.ОО

79 1 77373400000000E+00 439 1 78789500000000E*00

399 [ 1 798442000QOQQOE »00

Ciit(MAX) 2

Name Запас управляющего ND 2048

Nrrni 1.2459590000COOOE-01 Nmax 1.2765730000COOOE-O1

I CrAerion v.

573 1.25323500000000EÍH

435 1.25320200000000E-fl1 243 1.25317900000000E-Ü1

1991 1.25315500000000E-01

362 1.253125000001100Е-01 597 1.25302800С00Ю0Е-О1 1277 1.25300700000000E-01

895 1.25298400000ЙЮЕ01

1243 1.25298400000000E-C1

2011 1.25296500000000E-Ü1

1019 1.25296400000000E-01

1722 1.25294S0O000O0OE-O1

1189 1.25294300000000Е-01 1895 1.2S29260000DOOOE-CI1

1783 1.25288500000000E-01

1015 1.252871 OOOQOOOOE'OI

1054 1.25285600000000E-01 127 1.25284200000000E-01 955 1.25282900000000E-01

1353 1,25281400000000E'01

1795 1 196 1 1369 1

2527530OTGOOOOE -€1 2S274500000000E -01 25271600000000E-01

1233 1.252679000001Ю0Е-О1

263 1.2 911 1.2 703 1.25232400000000E-Ö1

1.25256200000000E-Ü1 1.25235700000000E-C1

279 1,25224900COQOOOE4}1 1485 1 2 837 1.2 34 1.2

1.25219800000000E-01 1.25204300000000E-01 1.25189700000000E-fll

1407 1 487 1 1632 1 255 1

25179000000000E01 25163500000000E-01 24908700000000E-01 248924ОО0ООСЙОЕ-О1

330 1.248271OOOOOOOOE 01

340 1 2 1122 1.2

1.24748000000000E-01 1.24741800000000E-01

1035 1 24595900000000E -Ol

Vector |Ciiteiion value

Crit(MIN) 3

Name Запас, управляющего ND 2048

-3.546081 ooooooooe-01 Nmax -3.501O26OO0Q0OO0E-01

804 '3.50848900000000E-01

120 -3.50842700000000E -01 450 -3.5Ü838500000000E -01

3.508351 OOOOOOOOE-ill

3.50830700000000E-01 3.5Ü828700000000E -01 3.50828300000000E -01

3.508261 OOOOOOOOE -01

3.50822000000000E -01 3.50816300000000E-01

3.50812800000000E-01

3.50812000000000E-01

3.50799300000000E -01 3.5079450000000QE -01 3.50776300000000E -01

3.507728000000ЮЕ4П

3.5Q7726QOOOOOOQE -01 3.50770700000000E -01 3.5076240000000ÜE -01

1295 1337

1947 1229

3.50741400000СИЮЕ -01

3.5O7309QOOOOOOOE-01 3.50730300000000E -01 3.507056 0 0 (ИОООО E -01

3.50695900000000E-01

3.50671700000000E -01 3.5O6479OOOOOOO0E-Q1

3. 50641200000000E -01

3.506361 OOOOOOOOE >01

3.50623500000000E -01 3.50602500000000E -01 3.50526900000000E -01

3.50483500000000E-01 3.50473300000000E -01 3.50462800000000E -01

3.50441300000000E-01

3,50263400000000E -01

3.501692OOOOOOO0E-01 3.501200000000ÜOE-01

255! -3.501026OOOOOOO0E -01

1

Ciit(MIN) 4

Name Запас стабилизирующего м ND 2048

-7.915854QOOOOGOOE -03 Nma* -6.31424300000000E -03

Vectoi |Cntaion value

1095 '6.423915QOOQOOOOEQ3

1150-6.4;

1660 -6.4;

6.42368800000000E -03 6.42175200000000E-03

2002 -6.41824300000000E -03

1173 -6. 162 -6.

41779BS0OQOO0OE-O3 4174590000000CE-03 41625000090000E -03

•6.41392800000000E -03

62 6.4 502 -6.41 285 -6.40872500QQOOOOE -03

6.41204400000000E -03 6.4П 23300000000Е-03

1533 -мобэовдооаооооЕ-оз

499 -6. 333 6. 747 -6.

4Q5092000QOOOOE -03 404042QODOOOOCE -03 40390700000000E -03

369 ■6.40284800000000E-03

1459 -6. 1687 -6. 1507-6.

40277800000000E 03 40034300000000E-Q3 397615QOQOOOOOE-03

1373 ■6.397lj200rjOaijOME-O3

799 -6. 1760 -6. 967 -6.

33659200000000E -03 39104500000000E-03 37973600000000E -03

•6.377541 OOOOOOOOE-03

i. 376463QOOOOOOOE -03 ;.374457000000И)Е-03

1036 -6.37267800QOOOOOE -03

1299 -6.37002800000000Е -03 1735 -6. 1843 -6. 314 -е.

3665360OQOOOOOE -03 36635300000000Е-03 366OO20OOOOOOOE-O3

1423 -б^ЭОЗООООООООСЕ-ОЗ 590 6. 1503 -6.

355532QO0OOOOCE-Q3 3496120OOOOGOOE-03

1627 -6.34370500СЮООООЕ -03

1327-6. 877-6. 1147-6.

34209500000000Е ■ 03 3 3G59000000000Е -03 326261 OOOOOOOOE -03

757 -6.314243flO(MOOOOE -03

±>J

st table contare: 2048 Feasible set contains: 4

Рисунок 2 - Таблицы испытаний MOVI

По результатам анализа парето-оптимальных решений в различных дорожных условиях построены характеристики регулирования конструктивных параметров (рисунки 3, 4, и 5)

60000

0.005 0.01 0.015

Дисперсия микропрофиля [см"2]

0.02

0.005

0.01

0.015

0.02

Дисперсия микропрофиля [см"2]

Рисунок 3 - Характеристики регулирования жесткости и демпфирования при вертикальном перемещении центра масс автомобиля в условиях микропрофиля дороги

Анализ характеристик регулирования показал, что для исследованного автомобиля с ухудшением дорожных условий требуются следующие изменения:

• уменьшение линейной жесткости передней и задней подвески на 7%;

• уменьшение угловой жесткости передней и задней подвески при боковом крене кузова на 1%;

• увеличение угловой жесткости передней и задней подвески при продольном крене кузова на 9 и 10% соответственно;

• увеличение демпфирования при вертикальном перемещении кузова на 2%;

• уменьшение демпфирования передней и задней подвески при боковом крене кузова на 3%;

0

0

• уменьшение демпфирования передней и задней подвески при боковом крене кузова на 3%;

• уменьшение демпфирования передней и задней подвески при продольном крене кузова на 2 и 4% соответственно.

СрГ

24300

Срг

19650 19600

84000

=82000

5 80000

¿78000

Зт 76000

^74000

19350

372000

70000

-СЧГ

0.005 0.01 0.015

Дисперсия микропрофиля [омЛ2]

0.02

0.005 0.01 0.015

Дисперсия микропрофиля [смЛ2]

0.02

Рисунок 4 - Характеристики регулирования жесткости при боковом крене передней Ср/ и задней Срг подвески при продольном крене передней С/ и задней С^ подвески в

условиях микропрофиля дороги

£ 2210

к1 2200

| 2190

| 2180

И 2170 2

й 2160

* 2150

2140 2130

2120

Крг

£ 2580

0.005 0.01 0.015

Дисперсия микропрофиля [смЛ2]

0.02

5250 -- 5200 5150 5100 -- 5050

5000

0.005 0.01 0.015

Дисперсия микропрофиля [смЛ2]

0.02

Рисунок 5 - Характеристики регулирования демпфирования при боковом крене передней Кр/ и задней Крг подвески и при продольном крене передней К/ и задней Кдг

подвески в условиях микропрофиля дороги Выводы

Создана новая версия программного комплекса Б1аЬСоп 2.0, предназначенного для исследования динамики движения автотранспортных средств и решения многокритериальных параметрических оптимизационных задач по улучшению эксплуатационных показателей автомобильной техники. При этом в программе имеется возможность создания новых или использование созданных ранее моделей, хранящихся в базе данных.

Методика постановки и решения многокритериальных параметрических задач первого этапа с регулируемыми параметрами опробована с использованием нового программного комплекса Б1аЬсоп 2.0 на примере легкового автомобиля класса В. Ставились задачи с регулируемыми параметрами подвески.

Для легкового автомобиля класса В получены характеристики регулирования значений линейной и угловой жесткости и демпфирования передней и задней подвески в зависимости от дорожных условий.

Литература

1. Бахмутов С.В., Ахмедов А. А., Орлов А.Б., Мальцев П. А. Прикладной программный комплекс для проектирования и доводки автомобильной техники методами многокритериальной параметрической оптимизации. //«Известия МГТУ «МАМИ». Научный рецензируемый журнал. - М., МГТУ «МАМИ», № 2 (10) 2010 г.

2. Бахмутов С.В., Ахмедов А.А. Многокритериальная параметрическая оптимизация в зада-

0

0

0

0

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. чах совершенствования характеристик управляемости и устойчивости автотранспортных средств. //«Известия МГТУ «МАМИ». Научный рецензируемый журнал. - М., МГТУ «МАМИ», № 2 (4) 2007 г.

3. http://www.psi-movi.com/

4. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями - М.: Дрофа, 2006. с. 175.

Влияние гироскопичности колес на вынужденные колебания автомобиля

д.т.н. проф. Глейзер А.И., Емельянов С.Р., к.т.н. доц. Лата В.Н., Ермолин А.В.

Тольяттинский государственный университет [email protected], 8 (495) 223-05-23, доб. 15-08

Аннотация. Статья посвящена исследованию влияния гироскопичности колес на вынужденные колебания легкового автомобиля, возбуждаемые статическим и моментным дисбалансом колес. Ключевые слова: вынужденные колебания легкового автомобиля, гироскопич-ность колес

Конструкция автомобиля является одной из наиболее сложных колебательных систем, встречаемых в инженерном деле. Вибрация автомобиля представляет собой результат суперпозиции множества различных колебательных процессов, охватывающих весь спектр задач теории колебаний.

В работах [1, 2] рассматривались колебания автомобиля и его управляемых колес, возбуждаемые соответственно статическим и моментным дисбалансами колес. Эти две задачи описывались независимыми друг от друга системами дифференциальных уравнений. Однако если учесть влияние гироскопичности колес, то эти разрозненные задачи можно объединить в рамках единого колебательно процесса.

На рисунке 1 представлена подвеска переднеприводного автомобиля МакФерсон.

Рисунок 1 Рисунок 2

В режиме малых вертикальных колебаний такая подвеска обеспечивает практически неизменное угловое положение осей поворота управляемых колес относительно кузова, но при этом угловые колебания самого кузова относительно его продольной оси сопровождаются такими же угловыми перемещениями указанных осей. Таким образом, в указанном режи-