基于凯恩方法的麦弗逊悬架转向系统性能分析及优化研究

摘要

汽车独立悬架及转向系统是一个空间结构非常复杂的多刚体系统，其组件之间的相对运动关系相当复杂，运用传统的方法计算该系统的各种性能参数很困难，要优化系统性能参数更不容易达到理想效果。此外，传统方法没有考虑到摆臂安装空间角的影响，得到的分析结果与实际情况有差别。而采用多体理论对系统进行分析避免了上述问题。
　　本文重点对麦弗逊悬架转向系统进行研究分析。将麦弗逊式独立悬架系统及转向机构作为一个有机整体进行研究。根据多刚体运动学中的凯恩方法创建系统多刚体模型，列出系统各刚体的较低序号物体阵列，建立系统约束方程和运动方程。以阿克曼转向原理为理论根据，汽车转向总误差为优化目标函数，根据实际情况中的转向误差分布要求，引入三维连续加权函数，列写了系统数学优化模型。并以MATLAB为求解工具对系统优化模型进行计算，编写了调用MATLAB遗传算法优化工具箱的优化程序以及通用运动分析程序，方便对系统进行优化分析及比较。
　　通过对天津TJ7136U车型的麦弗逊悬架转向系统进行优化及运动分析，计算得出系统优化前后转向误差的分布图及车轮定位参数的变化规律。结果优化后汽车转向误差及车轮定位参数变化规律有了明显改善。
　　最后通过ADAMS/Car对程序优化及运动分析结果进行仿真验证，最终结果与程序运算结果基本一致，从而证明了MATLAB优化及运动分析程序的正确性及可行性。

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第一章 绪论

1.1 概述

1.2 汽车设计技术的发展

1.3 本文主要研究内容与意义

1.4 本章小结

第二章 多体系统运动学及凯恩方法

2.1 多体系统运动学概述

2.2 多体系统运动学基础知识

2.3 凯恩方法

2.4 坐标系的选取与坐标之间的转换

2.5 本章小结

第三章 MATLAB在优化计算中的应用

3.1 MATLAB简介

3.2 MATLAB语言编程基础

3.3 最优化理论概述

3.4 非线性方程组求解

3.5 遗传算法

3.6 本章小结

第四章 麦弗逊悬架转向系统的数学模型

4.1 概述

4.2 系统模型及较低序号物体阵列

4.3 坐标系的选取和坐标系之间的转换关系

4.4 刚体质心矢量表达式

4.5 系统自由度分析与约束方程的建立

4.6 系统数学模型

4.7 本章小结

第五章 程序设计与优化实例

5.1 运动分析程序

5.2 目标函数子程序

5.3 优化程序

5.4 计算实例与分析

5.5 本章小结

第六章 基于ADAMS/Car的优化结果验证

6.1 ADAMS/Car简介

6.2 麦弗逊悬架转向系统模型的建立

6.3 麦弗逊悬架转向系统模型仿真分析

6.4 本章小结

第七章 总结

7.1 研究内容和成果

7.2 后续研究展望

参考文献

附录A

A.1 运动分析主程序YDFX

A.2 优化主程序YH

A.3 目标函数子程序FUN

A.4 约束函数子程序FCN

A.5 约束函数子程序FCN1

A.6 其它子程序

致谢