基于的双横臂独立悬架运动学分析系统

２０１

１年１２月

农业机械学报

第４２卷第１２期

基于ＵＧ的双横臂独立悬架运动学分析系统

侯永涛１

陆建辉２

周孔亢２

汪若尘２

（１．江苏大学机械－１－程学院，镇江２１２０１３；２．江苏大学汽车与交通工程学院，镇江２１２０１３）

【摘要】提出了一种基于ＵＧ构建双横臂独立悬架运动学分析系统的方法，并应用该方法开发出了相应的原型系统，给出了系统的框架结构。系统的快速参数化设计模块可方便、快捷地对双横臂悬架运动仿真模型的结构参数、几何参数和定位参数进行修改；系统的运动学仿真分析模块通过调用ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ集成的ＭＳＣＡＤＡＭＳ或

ＦｕｎｃｔｉｏｎＢａｙ

ＲｅｃｕｒＤｙｎ解算器来获取仿真分析结果，通过集成Ｍａｔｌａｂ的绘图功能对分析结果进行输出查看；以前轮

定位参数的变化量最小、车轮侧向滑移量最小为优化目标，采用遗传算法构建了系统的悬架机构结构参数优化设计模块。通过一个设计实例验证了系统的正确性及基于遗传算法的结构参数优化设计模块的有效性。系统的框架结构具有良好的可扩展性，已在麦弗逊悬架的优化设计过程中得到应用。

关键词：汽车

双横臂独立悬架运动学分析

文献标识码：Ａ

遗传算法

文章编号：１０００一１２９８（２０１１）１２－００２５－０７

中图分类号：Ｕ４６３．３３

ＫｉｎｅｍａｔｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍｏｆＤｏｕｂｌｅ－ｗｉｓｈｂｏｎｅＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎ

Ｂａｓｅｄ

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ＵＧＳｏｆｔｗａｒｅ

ＺｈｏｕＫｏｎｇｋａｎ９２

ＨｏｕＹｏｎｇｔａ０１ＬｕＪｉａｎｈｕｉ２

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２１２０１３，Ｃｈｉｎａ

２１２０１

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ

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ｔｒａｆｆｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ

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３，Ｃｈｉｎａ）

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，Ｄｏｕｂｌｅ—ｗｉｓｈｂｏｎｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ，Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ，Ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ

引言

悬架是现代汽车重要的总成之一，其特性直接

影响到汽车的舒适性、操纵性和行驶安全性。双横臂机构是目前独立悬架中应用非常广泛的导向机构之一，特别是在大型载客汽车中具有广泛的应用。

收稿１３期：２０１０—１２—２０修回日期：２０１１—０ｌ—０５

＋国家自然科学基金资助项目（５０９０５０７８）、高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（２００８０２９９１０１６）和江苏大学高级专业人才科研

启动基金资助项目（１０ＪＤＧ０６４）

作者简介：侯永涛，副教授，主要从事车辆动态特性仿真及ＣＩＭＳ研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｙｔａｏ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃａ

２６

农业机械学报

关于悬架系统运动学特性的分析和优化，国外学者做了大量研究工作’１。。，国内学者也开展了相应的研究工作”“１。从方法上讲这些研究大致可分为两类：一类是基于空间机构运动学和数值计算方法，运用坐标变换原理及瞬心法等，建立悬架系统的空间几何与运动学特性关系。该方法的缺点在于系统构建繁琐，在运动学分析过程中需要求解一元非线性方程Ｈ。。。从应用角度讲，这种方法也不够直观。第二类是应用多体动力学仿真软件ＡＤＡＭＳ建立悬架系统仿真模型，对其进行运动学分析和优化。如文献［６～８］都提出基于遗传算法运用ＡＤＡＭＳ对悬架系统进行优化设计的方法，但文献［６］并未给出从ＡＤＡＭＳ获取仿真结果的方法；文献［７］提出了通过建立ｃ语言和ＡＤＡＭＳ软件的接口，在ＡＤＡＭＳ中建立动态链接库的方法来实现数据传输，但并未具体说明传递哪些数据及如何实现仿真模型的更新；文献［８］提出了应用ＡＤＡＭＳ和ｉＳｉｇｈｔＦＤ联合仿真进行悬架系统优化的方法，但从其给出的联合仿真优化流程图中可以看出，ＡＤＡＭＳ计算的结果需要导人到ＥＸＣＥＬ中，再进行综合目标函数的计算。实际上，在采用遗传算法运用ＡＤＡＭＳ对悬架系统进行优化设计的过程中，不仅需要从ＡＤＡＭＳ中获取仿真结果来计算适应度函数，而且需要将遗传算法中产生的各代种群中每个个体的设计变量应用到ＡＤＡＭＳ仿真模型中，进行模型更新，即需要实现遗传优化程序与ＡＤＡＭＳ之问双向传递数据。但由于ＡＤＡＭＳ开发工具的限制，实现起来相当困难。

本文提出一种基于ＵＧ系统构建双横臂独立悬架机构运动学分析系统的方法，并应用该方法开发出相应的原型系统，以实现双横臂机构的快速参数化设计、运动学仿真分析以及基于遗传算法的结构参数优化。

１

系统的框架结构

原型系统的框架结构如图１所示。

双横臂独立悬架机构运动学分析系统

。一舀一一一一一一一舀一。一

机构的快速运动学

基于遗传算法参数化设计

仿真与分析

的结构参数优化设计

图１原型系统结构图

Ｆｉｇ．１

Ｆｒａｍｅ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｏｆｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｙｓｔｅｍ

从图１可以看出，系统以ＵＧ软件为基础，主要应用ＵＧ的ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ模块，以ＵＧ／ＯｐｅｎＡＰＩ为开发工具来实现。ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ模块集成了ＭＳＣ

ＡＤＡＭＳ和Ｆｕｎｃｔｉｏｎ

Ｂａｙ

ＲｅｃｕｒＤｙｎ两种解算器，实验

证明，对大多数机构来说，用这两种解算器求解出的结果基本相同；ＵＧ／ＯｐｅｎＡＰＩ提供了一系列函数用于实现仿真模型的更改、仿真运行及仿真结果的获取；系统通过ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ２０００数据库来保存设计结果及仿真分析结果；鉴于Ｍａｔｌａｂ已成为业界进行数据可视化的标准，因此系统集成了Ｍａｔｌａｂ的部分绘图函数功能，用于仿真结果的输出。

２快速参数化设计模块

图２所示为双横臂独立悬架结构简图。图中，Ａ、Ｂ为上、下摆臂摆动中心点；Ｕ、Ｋ为上、下摆臂主销球铰点；Ｌ。、Ｌ：为上、下摆臂的摆动轴线；Ｃ为主销与转向节轴线交点；Ｄ为车轮中心点；Ｅ为车轮接地点；Ｐ为转向节臂球销中心；Ｓ为转向梯形断开点。坐标系戈轴指向车尾，ｚ轴垂直车架表面向上，Ｙ轴由右手定则确定。

图２双横臂独立悬架结构简图

Ｆｉｇ．２

Ｓｋｅｔｃｈｏｆｄｏｕｂｌｅ－ｗｉｓｈｂｏｎｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

在ＵＧ系统中，使用ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ模块构建的双横臂独立悬架运动仿真模型如图３所示。

快速参数化设计模块的操作界面如图４所示。Ａ、Ｂ和｜ｓ点在悬架运动过程中保持不变，其坐标值可由设计图纸确定Ｈ１，Ｐ点的初始位置也可由设计

图纸给定。对于Ｋ、ｕ’和Ｄ点，系统提供了“参数”和“坐标”两种方式来确定其初始位置。设下摆臂长度为￡。。，下摆臂在ｙｚ横向平面内的倾角（投影角）为ａ，在ｘｙ水平面内的斜置角（投影角）为口，则Ｋ点与Ｂ点的坐标差为

ｔ＆了＝一ＬＢＫ／０１＋ｔａｎ２０ｔ＋ｔａｎｔ８

眭裟

㈩

第１２期

侯永涛等：基于ＵＧ的双横臂独立悬槊运动学分析系统

２７

ｒ——主销后倾角

Ｃ点在建模时，可采用ＵＧ的“两点之问”方式创建，这样只需一个表达式即可确定ｃ点位置。其在Ｋ点和￡，点间的比例可由设计图纸查知。在ｃ点位置确定后，Ｄ点和ｃ点的坐标差为

ｆ△ｙ２一￡ｃ。／√１＋ｔａｎ‘ｙ＋ｔａｎ２５

｛缸：Ａｙｔａｎｌ，

ｌ△：：△ｙｔＢｎ占

式中Ｌ。。——ｃ和Ｄ两点间距离

７——前轮外倾角

用３

Ｆｉｇ．３

（３）

６——前束角

ＵＧ系统ｌ｜Ｉ双般臂独立悬架运动仿真模型

Ｍｏｄｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｄｏｕｂｌｅ．ｗｉｓｈｈＯｎｅ

ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｉｎ

占点为车轮接地点，当已知轮胎直径和轮胎宽度后，其位置可由悬架模型的几何尺寸确定。

设摆臂在叫平面内的投影角为０，在ｎ平面内的投影角为妒。则摆臂摆动轴线的方向余弦“”为

Ｕ＝［以，ｃ，，．ｕ。］＝

［Ｉ／√１＋ｔａｎ‘０＋ｔａｎ。妒，Ｕ。ｔａｎＯ．一Ｕ，ｔａｎｐ】（４）该方向与上或下摆臂垂直，以上摆臂为例．当已知￡，点和＾点坐标后，可计算得出这两点所确定矢量方向Ｖ＝［ｔ，ｙ，，ｔ］，该方向与Ｕ方向垂直，即两矢量的点积为零．则可求得

ｔａｎｔｐ＝（ｔ＋Ｖ，ｔａｎＯ）／Ｌ

（５）

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ＵＧｓｙｓ｛ｅｍ

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当已知摆臂在叫平面内的投影角０后，则可根据式（５）和式（４）计算得出摆臂摆动轴线的方向余弦．调用函数ＵＦ—ＳＯ—ｓｅｔ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ—ｏｆ＿ｄｉｒｔ（）即可设置修改仿真模型中摆臂摆动轴线的方向。

『．¨：仃而厂了雨ｎ高冒≮ｒ赢’

＿｛｝－岫－：Ｆ丽面ｉ哪：Ｆ茹萄俺ｉ１【

【Ｂｒｏｉｌ

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“快速参数化设计”操作界面允许用户一次生

成多个设计实例，各设计实例的结构参数、几何参数及定位参数可保存在ＳＱＬ

Ｓｅｒｖｅｒ

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数”数据库中。该数据库对应有“悬架系列编号＋设计名称＋部件实例名＋参数名＋参数值”５个字段，其中。悬架系列编号”用于未来系统的扩展，具体实现方法可参考文献［９］。

同４快速参数化设计模块操作粹ｍ

Ｆｉｇ．４

ＲａｐｉｄｐⅢｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｍｏｄｕｌｅ

ｏｐｅｒａｔｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅ

３运动学仿真与分析模块

当横型的快速参数化设计完成后，即可进行运

因取左悬架四分之一模型，式（１）中Ａｙ取负

值；为使程序通用，对于ａ和卢的符号，规定由Ｂ点到Ｋ点所确定的向量，分别与ｚ轴及ｚ轴正向的夹

角为钝角时取正号，锐角时取负号。当已知Ｂ点坐标时，即可由式（１）通过参数计算得出ｘ点的坐标。

动学仿真，查看仿真结果。系统“仿真分析及遗传优化”对话框的“仿真分析”选项卡如图５所示。使

用该选项卡．从“设计结果”下拉列表中选择相应设计名称，即可从数据库中检索出该设计名称所对应所有设计参数，用以更新模型。

仿真模型的运动驱动可使用ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ模块添

同理，在计算得出Ｋ点的坐标后，ｕ点与Ｋ点

的坐标差为

ｆＡｚ＝Ｌｌｕ／√ｌ＋ｔａｎ２∥＋ｔａｎ‘Ｔ

加及修改。函数ＵＦ—ＭＯＴＩＯＮ—ｓｏｌｖｅ—ｍｏｄｅｌ（）用于

（２）

｛△ｙ２Ａ＝ｔａｎ口

ｌ△：：缸ｔａ。，

执行模型以时间为基础的仿真分析，该函数要求用户输人仿真时间和仿真步数。当模型具有一个及以

式中￡。。——主销长度口——主销内倾角

上自由度时，函数执行动力学仿真；当模型自由度为

农业机械学报

惦１分柝懂董蚓——陌蕊焉产鼍酐焉耐

谴计，Ｅ■竹＾●■

空间的单个点出发，根据相应规则进行点到点的顺

序搜索。很难处理经常遇到的非凸、高度非线性等参

数优化问题，且对于多峰值问题的求解很容易收敛于局部最优解。遗传算法则是从一个初始种群开始，不断产生和测试新一代的种群．这种方法从一开始便扩大了搜索范围，可较快地获得问题的全局最优解。因此，系统采用遗传算法来实现双横臂悬架机构的结构参数优化设计。４．１设计变量

根据双横臂悬架车轮定位参数的计算公式及悬

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架导向机构的空间情况，确定设计变量为：下摆臂长

度Ｌ。、下摆臂横向平面的倾角ｄ。、水平斜置角尻；

上、下摆臂的长度比值＾。、上摆臂横向平面的倾角

■■■■■■■■■■■■■●●■●■■■■■■●■■■■－

圈５”仿真分析”选项卡界面

Ｆｉｇ．５

Ｔａｂｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ

口。、水平斜置角风；主销长度￡。。、主销内倾角ａ、主

销后倾角ｔ；控制ｃ点位置的比值＾。；车轮外倾角ｙ、前束角６。由设计变量组成的优化向量为ｘ＝

零时，执行运动学仿真。仿真分析的结果被保存在

ＵＧ内部的数据库中，直到模型被更改或另一个仿真分析被运行。

与ＡＤＡＭＳ系统相似，为获取双横臂悬架系统的运动仿真结果，即车轮定位参数、车轮接地点滑移量及车轮跳动量的变化．需要使用ＵＧ／Ｍｏｔｉｏｎ模块在模型中￡，、置、Ｄ、ｃ和Ｅ点处，相应“连杆”上添加相应的Ｍａｒｋｅｒ点。这样在执行仿真分析后，调用ＵＦ—ＭＯＴＩＯＮ—ａｓｋ—Ｕａｎｓ—ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ—ｒｅｓｕｌｔｓ（）函数即可从ＵＣ的内部数据库中获取各Ｍａｒｋｅｒ点在每一步仿真中相应坐标的位置，由此可计算得出双横

（￡日ｆ。ｎｔ，反，＾Ｌ，ａｕ，风，￡‘ｕ，（Ｊｒ，ｒ，＾ｃ，７，∞ｏ

４．２目标函数

（１）根据独立悬架导向机构的设计要求，确定前轮定位参数的特性，当车轮上下跳动时．前轮定位参数变化量平方的加权和的算术平方根为最小．即

＾＝

＾／÷∑（Ｐ．”‰）１・ｍ—ｆｏ）２ｔ眺‰）１＋ｍ一５。）２）Ｙ～‘口

（６）

式中ｎ——悬架全行程运动过程中所需计算位置

的总个数，由仿真分析所输入的仿真步

数确定

臂独立悬架各车轮定位参数、车轮接地点滑穆量和

车轮跳动量。以上参数计算表达式可参考文献【７］和文献［１０］。

应用Ｍａｔｌａｂ的Ｍ语言编写相应的绘图函数，使用ｍｃｃ编译器将Ｍ文件编译成可脱离Ｍａｔｌａｂ环境独立运行，供ＶｉｓｕａｌＣ＋＋调用的动态链接库。将用户对ｚ、ｙ轴的选择以及仿真分析结果（即主销内

口．、ｒ。、７。、８．——悬架在第ｉ位置时的主销内

倾角、主销后倾角、前轮外倾角和前束角

，。、ｔ。、７。、占ｏ——悬架在平衡位置时的主销

内倾角、主销后倾角、前轮外倾角和前束角

倾角、主销后倾角、前轮外倾角、前柬角、车轮接地点

滑移量、车轮跳动量及时间共７列数据）以二维数组形式传递到该动态链接库，即可调用Ｍａｔｌａｂ的绘图函敷．输出图形对仿真结果进行查看。

上述７列数据可保存在ＳＱＬ

Ｓｅｒｖｅｒ

ｐ．、ｐ：帆、ｐ‘——对应优化目标的加权因子

式（６）中．加权因子的选择对优化结果的可靠性有很大的影响．考虑到系统优化时计算的方便。采用直接加权法来建立＾的目标函数．具体选取方法和取值可参考文献［１１］。

（２）车轮上下跳动时，前轮接地点滑移量相对平衡位置变化量平方的加权和的算术平方根为最小．即

厶＝

２０００的“仿

真分析结果”数据库中，用于后续对不同设计之问

仿真分析结果的比较查看。该数据库除包含以上７列数据的定义字段外还包含“悬架系列编号”和“设计名称”２个字段，共９个字段。

４

基于遗传算法的结构参数优化设计模块

传统常规的机械设计优化方法．大多是从设计

臀孓ｊ

车轮接地点ｙ方向的坐标值

（７）

式中ｙ

、ｙｏ——悬架系统在第ｉ位置和平衡位置时

第１２期

侯永涛等：基于ＵＧ的双横臂独立悬架运动学分析系统

ｐ．——加权因子，Ｉｙ．一如Ｉ≤６ｍｒｎ时，Ｐ．取１；

ｌｙ．一ｙｏＩ＞６ｍｍ时，Ｐ．取０．５１叫

将以上两个目标函数采用线性组合法．统一为综合目标函数

自动更新模型、运行仿真程序、获取仿真分析结

果，系统即可按式（６）一（８）计算出每个个体的综合目标函数。遗传优化算法的适应度函数取综合目标函数的倒数，即ｅ。＝ｌ∥（ｚ）。如果连续５代适应度

ｍｉｎ“ｘ）；业＋些

ｃ－

ｆ２

（８）

函数值无变化，则以１０％的速度加大变异概率。如果加大变异概率后连续３代适应度函数值无变化，则认为收敛，终止遗传算法。系统的“运动仿真结果比较”对话框如图７所示。

式中山，、∞：——加权因子，由用户指定

ｔ．、ｔｚ——比例因子

１．、‘：用于消除＾和＾量纲与数量级不同的影响，

ａ国囫墨圆盈■■■—口

●认比较设计ｇ挥ｌ

＾

ｆ一：取值由系统通过比较计算结果确定，以使ｆ，／ｔ．

和＾／ｆ：具有相同的数量级。４．３约束条件

适当选取上、下摆臂的长度比例有助于减小车轮相对车身跳动时外倾角的变化，美国克莱斯勒和通用公司分别认为．上、下摆臂的长度比例取０．７和０．６６为最佳。”１。因此，系统中设计变量＾。的取值范围定为［０．６，０．８］；用于控制Ｃ点位置的设计变量＾。的取值范围为［０．４．０，８］；其余设计变量的取值范围由用户指定。系统“仿真分析及遗传优化”对话框的“遗传优化”选项卡如图６所示。

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４．４优化设计实例

为验证所提方法及相应原型系统的正确性，以一个设计实例对其进行检验，设计实例的初始设计参数可参考文献［１０］。仿真模型的运动激励方程为：＝５０ｓｉｎ（２１ｒ￡）。在ＡＤＡＭＳ中对该实例进行仿

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真．其结果如图８所示。图８中仅给出主销内倾角、

前轮外倾角及车轮接地点滑移量随车轮跳动量的变化曲线．其他参数的变化曲线可参考文献［１０］。

应用系统的“快速参数化设计”模块、“运动学仿真与分析”模块以及“基于遗传算法的结构参数优化设计”模块，最终的优化向量结果为

ｘ＝（４９９．７２，’．０９３。，一９．０３６。。ｏ．６６３９，９．９１。，６．５８。，

３２６．８０，ｌｏ５１。。ｏ．９９５。．ｏ．７９９

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Ｆｉｇ．６

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２２７

５。）

初始设计和优化设计对应的仿真结果如图９所示。对比图８和网９可以看出，系统的仿真结果与ＡＤＡＭＳ的仿真结果相一致。从图９优化前后的对比可以看出，优化前、后主销后倾角在整个车轮跳动过程中变化不大；优化后的主销内倾角与前轮外倾角的变化量比优化前有所增大，但前轮外倾角的变化量基本在±ｌ。以内：前束角是为ｒ克服外倾带来的不利影响而与外倾角合理匹配的设计参数，用以保证车轮前轮纯滚动和正直行驶。从图９可以看出。优化后前束角的变化量不大，且其与外倾角的变

系统中，优化设计变量采用浮点向量表示，初始种群的个体数为２０．由原设计方案及随机产生的设计方案构成。交叉概率取０．７５。变异概率取０．１５，在复制和交叉过程中，采用单点交叉、均匀变异和转轮盘的复制方法。以Ｋ点为基点，应用式（１）一（５）

计算相应各点坐标及摆臂摆动轴线的方向余弦。在

Ｄ点坐标的计算过程中，Ｌ。由初始方案给定，整个优化过程保持不变。

农业机械学报

产≮￥蔓｛誊“

囝８设计实例初始设计ＡＤＡＭＳ仿真结果

Ｆｉｇ．８

Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ

ｒｔｇｓｐＤｎⅢ＊ｏｆｉｎｉｔｉａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｅｘａｍｐｌｅｕｓｉｎｇＡＤＡＭＳ

（・）车轮酰动量一主销内倾角曲线

（ｂ）车轮雕动量一ｆｆｕ渺ｂＭｍ曲线

（ｃ）车轮踺动量一车轮接地点肃穆量曲线

｜－｛｛｜｝１，０§｜｜嚣０．３０套羁安

化相匹配．避免了前轮的较快磨损和摆振现象；优化后，车轮接地点滑移量比优化前有很大改善，其变化范围在０—２ｈｉｍ之间，减少了轮胎的磨损。

系统的框架结构具有良好的可扩展性．且已应用于某款微型车麦弗逊悬架系统的局部结构参数优化过程中。图１０所示为麦弗逊悬架系统的运动仿真模型，图ｌｌ所示为系统对其优化后的仿真结果．图ＩＩ中仅给出主销内倾角、前轮外倾角随车轮跳动量的变化曲线。图１２为应用ＡＤＡＭＳ对系统仿真结果的验证。对比图１１和图１２可以看出，两者仿真结果相当吻合。进一步检验了所提出的优化设计准则的准确性。

崮ｌｏ

ｕＧ系统中盘弗避怂槊运动仿真模型

ＭｏｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＭｃＰｈｅｒｓｏｎ

ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ

ｉｎ

Ｓ结论

（１）充分利用ｕＧ系统的开放结构，提出了一种构建双横臂独立悬架机构运动学分析系统的方法，基于该方法开发了原型软件系统，可快速实现悬架机构的参数化设计、运动仿真与分析，使悬架的设

Ｆｉｇ．１０

ＵＣ，

计更为简单、准确．为复杂机构及悬架系统的运动学分析与研究拓展了思路。

（２）系统将遗传优化算法与多体动力学分析相

第１２期侯永涛等：基于ＵＧ的双横臂独立悬架运动学分析系统

３ｌ

ｒ＜正

ｇ

Ｐ≮正量

ｍ

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｛盂

车轮跳动量／ｍｍ

（ａ）

车轮跳动量／ｒａｍ

ｒｂ）

图１１

Ｆｉｇ．１１

麦弗逊悬架优化后原型系统仿真结果

ＫｉｎｅｍａｔｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｏｐｔｉｍｉｚｅｄＭｃＰｈｅｒｓｏｎｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｙｓｔｅｍ

（ａ）车轮跳动量一主销内倾角曲线（ｂ）车轮跳动量一前轮外倾角曲线

４・Ｏ

Ｐ≮接娶霍耀

＊

一３・Ｏ

鼍２・ｏ

羹１．ｏ

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一２．０

车轮跳动量／ｍｍ

（ａ）

车轮跳动量／ｒａｍ

（ｂ）

图１２

Ｆｉｇ．１２

ＡＤＡＭＳ对系统仿真结果的验证

ＶａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈＡＤＡＭＳ

（ａ）车轮跳动量一主销内倾角曲线（ｂ）车轮跳动量一前轮外倾角曲线

结合，实现了双横臂独立悬架机构的结构参数优化设计，通过设计实例将仿真结果与ＡＤＡＭＳ仿真结果进行对比，验证了系统的正确性。

（３）系统的构建方法具有可扩展性，并已在麦

参

１

ＢａｅＳａｎｇｗｏｏ．Ａｘｉｏｍａｔｉｃ

弗逊悬架的优化设计过程中得到应用，对系统进行扩展可建立包含多种悬架的虚拟样机库，为汽车悬架乃至汽车底盘的综合化、集成化、并行化设计打下基础。

文

ｏｆ

ａｎ

考献

ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ

ｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈ

ｔｈｅＭｃＰｈｅｒｓｏｎ

ｓｔｒｕｔ

ａｐｐｒｏａｃｈ

ｔｏ

ｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｄｅｓｉｇｎ

ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｔｙｐｅ

［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

２３

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ａｎｄ

ａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｆ

ｓｐｌｉｔｔｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆａｃｋｅｒｍａｎ

ｓｔｅｅｒｉｎｇ

ｌｉｎｋａｇｅｏｆ

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１２２—２

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（下转第６ｌ页）

第１２期

尹立一等：基于改进ＭＣＳ算法的道路模拟机试验系统

５

ＳｔｏｔｅｎＤＰ．ＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＭＣＳ

ｏｎ

ａｓｅｒｖｏ

ｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｅｓｔｉｎｇ

ｍａｃｈｉｎｅ［Ｊ］．Ｐｒｏｃ．ＩＭｅｃｈ

Ｅ，Ｐａｒｔ

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６

Ｓｔｏｔｅｎ

ＤＰ，Ｇ６ｍｅｚＥ

Ｇ．Ａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｈａｋｉｎｇｔａｂｌｅｓｕｓｉｎｇｔｈｅｍｉｎｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｙｎｔｈｅｓｉｓ

ａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．Ｐｈｉｌ．Ｔｒａｎｓ．

Ｒ．Ｓｏｃ．Ａ，２００１，３５９：１６９７～１７２３．７

ＳｔｏｔｅｎＤ

Ｐ，ＢｅｎｃｈｏｕｂａｎｅＨ．Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆ

ａ

ｍｉｎｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｙｎｔｈｅｓｉｓ

ａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｃｏｎｔｒｏｌ，１９９０，５１（４）：８５１—

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ＥｄｕａｒｄｏＧＧ６ｍｅｚ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＭＣＳａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏ

ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＢｒｉｓｔｏｌｓｈａｋｉｎｇｔａｂｌｅ［Ｄ］．Ｂｒｉｓｔｏｌ，ＵＫ：

ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＢｒｉｓｔｏｌ，１９９９．

９

ＳｔｏｔｅｎＤ

Ｐ，ＢｅｎｃｈｏｕｂａｎｅＨ．Ｔｈｅｍｉｎｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｃｏｎｔｒｏｌ，１９９３，５８（３）：６８５—

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ａ

ｃｏｍｂｉｎｅｄａｄａｐｔｉｖｅ

ｉｎｖｅｒｓｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｍｉｎｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓ

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Ｈａｎ

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ｏｎ

ｒａｐｉｄ

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ｔｈｒｅｅ—ａｘｉｓｓｉｘ—ＤＯＦ

ｓｈａｋｉｎｇｔａｂｌｅｂａｓｅｄｏｎ

ｒａｐｉｄｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇｏｆＤＳＰａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｕｓｉｎｇ

ＳＩＭＵＬＩＮＫ［Ｃ］∥Ｔｈｅ

２ｎｄ

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ

ｏｎ

Ｓｙｓｔｅｍ

ａｎｄ

Ｃｏｎｔｒｏｌ

ｉｎ

Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ

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ＫａｒａｂｅｔｓｏｓＳＨ，Ｓｔａｖｒｏｕ

ＰＤ，Ｐｉｋａｓｉｓ

ＥＫ，ｅｔａ１．Ｄｅｓｉｇｎ

ａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ

ｏｆ

ａｎ

ＯＦＤＭ

ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｆｒａｍｅｗｏｒｋｕｓｉｎｇ

ＭａｔｌａｂａｎｄｔｈｅＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＤＳＫ［Ｃ］∥ＥＵＲＯＣＯＮ

２００５

ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

ｏｎ

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ

ａｓ

ａ

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ｔｏ

ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ

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Ｌｉ

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ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

ｏｆｄｏｕｂｌｅ

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