Научные основы параметрической оптимизации автомобиля по критериям управляемости и устойчивости

• Автор: Бахмутов, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 05.05.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 354 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
* ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР И АНАЛИЗ РАБОТ В ОБЛАСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ АВТОМОБИЛЯ
1.1. Инженерные методы параметрической оптимизации автомобиля
1.2. Критерии оценки управляемости и устойчивости автомобиля
1.3. Математическое моделирование при оценке управляемости и устойчивости автомобиля
1.4. Общие выводы и постановка задач диссертации
2 РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ МЕТОДА ПРЯМОЙ ОЦЕНКИ СИЛОВЫХ РЕАКЦИЙ АВТОМОБИЛЯ НА УПРАВЛЯЮЩИЕ И ВОЗМУЩАЮЩИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
2.1. Исходные положения метода
2.2. Основные графические формы метода силового анализа
2.3. Основы линейной теории метода силового анализа
2.4. Дополнительные графические формы метода силового анализа
2.5. Построение обобщенных силовых диаграмм автомобиля
% 2.6. Определение показателей управляемости и устойчивости и их
сравнительная оценка
2.7. Общий анализ интегральных силовых диаграмм автомобиля
2.8 Исследование влияния конструктивных параметров автомобиля на его силовые характеристики
2.9. Расчет и анализ интегральных силовых диаграмм легковых
автомобилей различных компоновочных схем
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СИЛОВЫХ ДИАГРАММ
3.1. Анализ возможных методов испытаний автомобиля в "связке" и
технических средств их реализации
% 3.2. Разработка универсального испытательного оборудования для
получения интегральных силовых характеристик легковых автомобилей
3.3 Разработка методик экспериментального получения интегральных силовых характеристик легковых автомобилей
3.4. Результаты экспериментальных исследований интегральных силовых характеристик легковых автомобилей различных компоновочных схем

4. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЯ ПО 221 КРИТЕРИЯМ УПРАВЛЯЕМОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ
4.1. Постановка задачи параметрической оптимизации автомобиля по критериям управляемости и устойчивости
4.2. Общий алгоритм постановки двухэтапной оптимизационной задачи
4.3. Выбор целевых функций на первом этапе параметрической оптимизации автомобиля по критериям управляемости и устойчивости
4.4. Разработка математической модели автомобиля, адаптированной к проведению многокритериальной параметрической оптимизации
4.5. Разработка методики оптимизации конструктивных параметров автомобиля по критериям управляемости и устойчивости
4.6. Метод решения многокритериальных оптимизационных задач
4.7. Второй этап оптимизационной задачи
4.8. Оценка эффективности метода двухэтапной оптимизации
4.9. Корреляционный анализ при постановке оптимизационной задачи
4.10. Разработка специализированного пакета программ для решения задач многокритериальной оптимизации
5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
6. ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Тестер силовой автомобильный
Приложение 2. Математические модель рычажной подвески для решения
оптимизационной задачи второго этапа
Приложение 3. Внедрение результатов работы
ВВЕДЕНИЕ
Активная безопасность автомобиля и, в частности, его управляемость и устойчивость постоянно привлекает внимание большого числа исследователей, испытателей и конструкторов и рассматривается в современном автомобилестроении как одно из стратегических направлений, определяющих комплекс важнейших эксплуатационных качеств автомобиля. По данным Всемирной Организации Здравохранения [4] автомобиль, являясь самым опасным видом транспорта, занимает третье место среди всех причин смерти населения, причем для людей в возрасте до 34 лет - автомобильные дорожно-транспортные происшествия занимают первое место. Ежегодно на дорогах России погибает 35-37 тысяч человек и 180-200 тысяч - получают серьезные ранения. Эти же данные для стран СНГ составляют соответственно 65-70 тысяч и 300-350 тысяч человек. Несмотря на то, что в наиболее развитых странах Запада удельные показатели ниже в 5-6 раз, их абсолютные значения весьма высоки. Так в США в 1995 году число погибших в автомобильных авариях составило около 41 тысячи человек, около 320 тыс. человек получили ранения. Согласно статистическим данным, собранным ЕЭК ООН по 51 стране Европы и Северной Америки, численность автотранстпортных средств в период с 1970 по 1995 год выросла на 57% (с 280 до 438 млн.), при этом рост дорожно-транспортных происшествий, погибших и раненых составил соответственно 42%, 18,6% и 30%. Приведенные цифры свидетельствуют о некотором повышении уровня активной безопасности современных автомобилей, однако резервы в этом направлении еще достаточно велики.
Свойства управляемости и устойчивости автомобиля традиционно принято оценивать на двух уровнях. На первом, как известно, рассматриваются свойства системы «водитель-автомобиль-дорога» (ВАД), на втором - автомобиля, как объекта управления. Попытки по тем или иным причинам противопоставить эти уровни не являются корректными, поскольку каждый из них предназначен для решения определенного класса задач. Оба уровня дополняют друг друга и позволяют находить наиболее эффективные пути достижения конечного результата. Оценка свойств системы ВАД является во многом «финишной» операцией, призванной дать окончательное заключение о достигнутом уровне свойств. Определение свойств автомобиля, как объекта управления, позволяет на всех этапах его проектирования и создания активно вмешиваться в этот процесс и вносить необходимые коррективы в принятые технические решения, в частности, за счет моделирующих и оптимизационных процедур. Большинство исследователей, занимающихся проблемами активной безопасности автомобиля,

возможность достаточно быстро вычислять передаточные функции даже для сложных систем. Кроме того, могут использоваться вычислительные процедуры, применительно к результатам испытаний, для оценки реакций системы на детерминированный вход. Работы, использующие такие технологии, приведены в [185].
Весьма интересным представляется метод псевдослучайного воздействия в отношении качества и объема получаемой информации. Принцип, на котором базируется обработка результатов, является анализ Фурье. Вычисления основываются на том положении, что любая комплексная волновая форма может быть выражена через сумму серий синусоидальных волн, частоты которых являются гармониками фундаментальной волны, каждая из которых имеет особую фазу относительно фундаментальной. Анализ Фурье сводит любую сложную волну к коэффициентам, определяющим амплитуду и фазу каждой гармоники относительно фундаментальной.
Если и вход и выход системы могут быть представлены как комплексные волновые формы, то они могут быть проанализированы указанным образом. Результирующие коэффициенты могут быть использованы для получения передаточных функций между входным воздействием и реакцией системы.
Данная технология может быть использована в обратном порядке. Если передаточные функции для данной системы определены, то реакции системы на любое входное воздействие, например, ступенчатое или синусоидальное, могут быть вычислены, однако, точность, с которой может быть сделано это, зависит от точности определения передаточных функций. Они, в свою очередь, зависят от качества данных, используемых для анализа Фурье.
Исследованиями доказано, что случайный характер входного воздействия по рулевому управлению на ровной дорожной поверхности продолжительностью нескольких минут и амплитудой, соответсвующей установившемуся боковому ±2 м/с2, дает результат с высоким уровнем точности. Было также выявлено, что удовлетворительные результаты могут быть получены путем замены случайного входа по рулевому управлению на воздействие, в котором частота изменяется ступенчато в диапазоне от минимума до максимума.
Следует также отметить, что практически невозможно использовать данные из испытаний при детерминированных входных воздействиях, например, ступенчатого или треугольного вида, для получения рассматриваемых передаточных функций, поскольку частотное наполнение неравномерно (недостаточно информации в области низких частот) и требуется большой объем повторяющихся испытаний.