Расчет оптимальных параметров рулевой трапеций для семейства автомобилей с разными базой и колеей.

Лебедев Е.П., Гурвич Ю. А.

Белорусский национальный технический университет

Хорошо известно, что все задачи проектирования машин, их узлов и механизмов всегда многокритериальные и представляют собой задачи многокритериального синтеза. Однако, многие задачи проектирования машин и их узлов (например, задачи проектирования управляемых осей автомобилей, автобусов и всех колесных транспортных средств), несмотря на многокритериальность, до сих пор рассматриваются как однокритериальные. При этом оптимизируют лишь несколько параметров математического описания при каком-то одном фиксированном значении скорости машины, поочередно варьируя величину одного из параметров при неизменных значениях остальных. В расчетах, связанных с динамикой автомобиля, используют характеристики шин, полученные при статических испытаниях, и, в лучшем случае, - из экспериментальной зависимости «боковая сила от угла увода», несмотря на то, что должны использоваться динамические характеристики шин. В литературе отсутствуют адекватные практике критерии количественного определения устойчивости, безопасности, стабилизации движения машины (с учетом среднего времени реакции водителя) и т.д. Естественно, что все это не позволяет на стадии проектирования машин создать конструкцию с заранее заданными свойствами (выходными динамическими характеристиками или критериями: устойчивость, безопасность, стабилизация движения машины и плавность хода и т.д.), тем более во всем скоростном диапазоне движения машины. Поэтому до сих пор улучшать характеристики некоторых узлов автобусов и автомобилей «МАЗ» вынуждены не на стадии проектирования этих машин, а в процессе эксплуатации, путем проведения длительных и дорогостоящих экспериментов.

Все это послужило основанием для разработки новых методик и программ, позволяющих на стадии проектирования транспортных средств исследовать их выходные характеристики.

Задача определения оптимальных параметров рулевой трапеции по критерию износа шин (который формализован в виде нормы Гильберта) из однокритериальной задачи нелинейного программирования (при постоянных величинах шкворневой колеи L и базы машины M) переходит в многокритериальную задачу с числом критериев в i*j раз большим, чем у однокритериальной. В отличие от предыдущей программы, где определена рациональная рулевая трапеция для целого ряда машин имеющих разные базы, сложность данной программы возрастёт в j раз. Это резко усложняет решение задачи.

Рисунок 1. Главная форма программы оптимизации рулевой трапеции с переменной базой и колеей

Рисунок 2. Форма результатов расчета параметров рулевой трапеции с переменной базой и колеей

Потребуется новый математический аппарат во много раз более сложный, чем для ранее реализованных задач, в котором будет использован алгоритм многокритериальной оптимизации, базирующийся на выделении множества Парето при переменных M_i и L_j.

Для реализации этой задачи выполнено следующее:

1) Разработана механико-математическая модель рулевой трапеции для машин с различными базами и колеями. Обоснован критерий оптимальности – норма Гильберта.

2) Разработаны методика, алгоритм и комплекс программ многокритериальной оптимизации параметров оптимальной рулевой трапеции для ряда машин с различными базами M_j и колеями L_j [12].

Выводы. 1. Впервые разработана программа многокритериальной оптимизации значений параметров такой рулевой трапеции, которая является рациональной

для целого ряда машин, имеющих разные базы M_i и колеи L_j.

2. Ряд численных экспериментов, проведенных с использованием реальных значений входных параметров (где база менялась от 3300мм до 5500мм) показал, что целесообразно проектировать несколько рулевых трапеций, каждая из которых будет соответствовать своему диапазону соотношений база-колея.

Литература

1. Исследование автоколебаний и стабилизации управляемых колес рулевого привода автобусов и автомобилей. Руководитель Ю. А. Гурвич.- № ГР 20012549,20012550/07.07.2001 Бел ICA ; инв. № ГНТП И-5808729.95-2002 ГП МАЗ.