基于MATLAB的汽车转向系统力矩波动优化,该文是转向系统类学年毕业论文范文和MATLAB和转向系统和力矩相关毕业论文格式范文.
转向系统论文参考文献：
祝倩倩1 吴成平2
1贵州轻工职业技术学院 贵州省贵阳市 550025 2北京福田戴姆勒汽车有限公司技术中心 北京市 101400
摘 要：阐述了转向系力矩波动原理,采用MATLAB软件对某车型转向传动的力矩波动进行优化,效果明显,可指导工程实践.
关键词：转向系；力矩波动；优化
作者简介
祝倩倩：（1986-）,女,山东济宁人,车辆工程,硕士,教师.
1 引言
在乘用车转向系统布置时,由于驾驶舱空间限制,转向管柱轴线与转向器输入轴一般不能共线,所以,为了将施加在转向盘上的力矩由转向管柱传递到转向器,在转向管柱与转向器中间设置了能够改变力矩传递方向的万向节和转向传动轴.
十字轴万向节转向传动轴因在布置空间、成本及性能上有不可替代的优势,所以在汽车应用上较为普遍.十字轴承的不等速特性会造成传递力矩的波动,波动过大会明显影响驾驶员的手感、路感以及舒适性,甚至存在安全隐患,而合理的硬点设计、相位角度布置可以有效降低力矩波动,改善整车操纵性能,提高驾驶舒适性.
2 转向力矩波动原理
2.1 单十字轴式转向传动原理
单十字轴万向节传动如图1所示,其中轴I为主动轴,轴II为从动轴,轴I与轴II瞬时转速关系随传动轴运动时刻发生变化.作如下假设：①传动轴、中间支撑均为刚性；②不计传动过程中的摩擦损失.设主动轴I上所受扭矩为Ml,从动轴II上所受扭矩为M2,则扭矩关系可表示为：
式(l)、(2)中,w1和w2别为轴I和轴II的角速度,e1为轴I的输入转角,a为轴I与轴II的夹角,如图2所示为夹角a在3°~9°范围内的单十字轴万向节传动角速度变化规律.由图可知,若输入轴I角速度w1不变,a角度数值（轴间夹角）越大,从动轴转速速度波动越大.
2.2 转向系统传动力矩波动分析模型
图3为某国内自主品牌高速电动车转向传动结构图及其机构运动简图,由上述单十字轴式单万向节不等速传动特性可知,要想转向轻便、舒适性好,需要对其转向传动轴布置进行优化设计,使其力矩波动控制在许可的范围内.
图3所示转向传动结构图及其机构运动简图,其十字轴万向节传动轴工作过程中,转向器输入轴（轴III）瞬时角速度为：
w1为转向管柱轴（轴I）瞬时角速度,e1为转向管柱轴（轴I）的输入转角,a为转向管柱轴（轴I）与转向中间轴（轴II）的夹角,B为转向中间轴（轴II）与转向器输入轴（轴m)的夹角,为转向中间轴（轴II）两端万向节叉的相位角,t为转向管柱轴（轴I）与转向中间轴（轴II）所存平而Sl相对于转向中间轴(轴II)与转向器输入轴（轴III）所存平而S2的夹角.
由式(3)可知,在转向管柱轴（轴I）角速度w1为定值的情况下,转向器输入轴(轴III)瞬时角速度w3为周期波动的变量,则其波动系数6可由下式求得：
式(4)中：w3max；为转向器输入轴(轴III)瞬时角速度波动最大值,w3min为转向器输入轴（轴III）瞬时角速度波动最小值,w2为转向器输入轴(轴m)瞬时角速度的均值.
3 转向力矩波动优化
本文转向传动机构力矩波动优化设计从如下三个方面人手：
(1)优化硬点位置,在没有完全限定硬点布置可行域或转向传动机构结构没法改变的前提下采用；
(2)优化转向传动机构结构布局,在硬点空间位置局限的状况下,通过优化中问构件布局（一般通过优化中间轴的相位角）来优化力矩波动；
(3)同时优化硬点位置与中问传动构件布局.
对图3所示的转向系统传动结构数模进行测量,得其硬点坐标如表1所示,同时由数模也可测出a 等于31.7°,B等于31.7°,f等于O°,则通过计算得t等于16.6°,B等于31.7°一般要求力矩波动小于5%,可见,该车型转向系统力矩波动已超出范围,需要优化.
3.1 优化数学模型
按照本文力矩波动优化设计思路,优化数学模型也从可三个方而进行搭建：①硬点优化；②中间轴相位角优化；③综合优化.
3.1.1 设计变量
(1)硬点优化设计变量
在图3所示转向传动结构中,因O点由人机工程确定,C点由车身结构限定都较难进行调整,所以,分别选取第1、第2万向节的中心点A (x1,Yi,z．)、B(x2,y2,Z2)坐标为设计变量,即：
x等于[ x1,y1],Z1, X2, Y2, Z2]T
(2)中间轴相位角优化设计变量
以中间轴相位角为设计变量,假设中间轴相位角变化过程中硬点坐标不变,所以有：
(3)综合优化相位角优化设计变量
选取第1、第2万向节的中心点A(x1,y1,z1)、B( X2,Y2,Z2)坐标及中间轴相位角为设计变量,即：
X等于[x1,y1,z1,x2,y2,z2,]T
3.1.2目标函数
本文目标是将转向系传动结构力矩波动量降低到标准范围内,即目标函数定义为：
f 等于minF (X) (5)
式(5)中,f为力矩波动量.
3.1.3 约束条件
约束条件统一为：
(1)为使十字轴不易产生滚针压痕,各万向节夹角应满足条件：
a,b≥o.5° (6)
(2)将A、B点之间的距离约束在限定的范围内：
240mm≤AB≤300mm (7)
(3)因管柱结构限制,转向盘中心与第1万向节中心距离保持不变：
3.1.4优化方法
本文通过MATLAB优化工具箱函数fmincon采用线性组合法求解该非线性二次规划优化问题.该函数采用拟牛顿线搜算法效率高、可靠性好,在运行优化程序的过程中可以通过调整相关参数来获取多个局部最优点,然后从中选取较为理想的值.
3.2 优化结果
表2列出了通过硬点优化及综合优化后的硬点坐标值；图4中O-A-B-C为优化前硬点连线,多段线I(O’-A’．B’．C’)为硬点优化后坐标点连线,多段线II(O”-A”．B”．C”)为综合优化后坐标点连线.
3.2.1 硬点优化结果
硬点优化后坐标如表2所示,a等于9.6°,B 等于8.4°,则通过计算得t等于10.6°,6 等于0.81%,即力矩波动量小于5%,满足要求.但优化前后各硬点位置对比可知,第2万向节中心点B(B’)与转向器输入点c(c’)距离过小（仅为42mm）.
3.2.2 中间轴相位角优化结果
由图5可知,随输入轴（轴I）转角变化,转向器输入轴(轴m)与转向管柱轴（轴I）转速比为正弦波动曲线；随转向中间轴(轴II)相位角由0°向90°递增,转向系力矩波动量先减小后增大.由图6可知,当中间轴相位角在15.向20.间取值时,转向系力矩波动量达到最小值.
通过优化后转向中间轴（轴II）相位角e等于16.5°；a等于31.7°,B等于31.3°,z等于16.6°,与优化前一致.通过计算得e等于0.87%,力矩波动量小于5%,满足要求.
3.2.3 综合优化结果
综合优化后硬点坐标,优化后转向中间轴（轴Ⅱ）相位角,得m等于16.5°,a等于10.99°,B等于10.93°,t等于8.7°,s等于0 36%力矩波动量小于5%,满足要求.但综合优化后第2万向节中心点B(B”)与转向器输入点c(c”)距离过小（仅为31mm）.
4 结语
针对该款车型转向传动机构的力矩波动量计算,可得如下结论：
(l)随输入轴转角1变化,输出轴转速与输入轴转速之比呈正／余弦波动趋势；
(2)随中间轴相位角由0°向90°递增,转向系力矩波动量先减小后增大；
(3)硬点优化、中间轴相位角优化及综合优化后力矩波动量均小于5%,满足要求,但因结构限制,其中硬点优化与综合优化硬点变动较大,同时导致了局部尺寸过小；
(4)通过优化后,中间轴相位角m等于16.5°,力矩波动量由原来的18.4%降为0.87%
(5)综合对比,在转向传动机构布局空间限制的前提下,可单独对其转向中间轴相位角进行优化,从而使其力矩波动量达到理想效果.
言而总之，本文论述了关于经典转向系统专业范文可作为MATLAB和转向系统和力矩方面的大学硕士与本科毕业论文转向系统论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献.
基于MATLAB的四轮转向电动汽车横向稳定性控制仿真
摘要质心侧偏角与横摆角速度是影响电动汽车横向稳定性的重要因素 为了提高四轮转向电动汽车的横向稳定性,本文在前轮转角前馈控制和横摆角速度反馈控制的基础上综合控制四轮转向电动汽车的横向稳定性,并在Matl.
汽车电动助力转向系统
蒋玲 苏婷 朱虹西华大学四川省成都市61 0039摘要汽车转向系统是汽车上的主要结构之一,本文包括了目前热门的电动助力转向系统的简介,与传统的液压助力转向系统相比的优点,分类和工作原理并对其发展状况、.
电动汽车充电系统充电模式分析
摘要电动汽车是未来北京市新能源汽车的发展方向,而绿色环保的电动汽车其动力能源补给情况备受社会关注,本文针对纯电动汽车的充电模式做了详细的介绍,以北汽EV200纯电动车为例,分析了慢充与快充两种充电模式.