Гурвич Ю.А., Лебедев Е.П.
Белорусский национальный технический
университет, г. Минск
Многокритериальная оптимизация параметров рулевых
трапеций автобусов и автомобилей МАЗ
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.
В последнее
время для ускорения разработки и постановки на производство новых поколений
высокоэффективных машин на колесном ходу, конструкторы стали успешно применять различные по сложности и
объему расчетно-методические аппараты (РМА),
которые с помощью ЭВМ еще на
стадии проектирования помогают
создавать машины с заранее заданными выходными характеристиками
соответствующими предъявляемым требованиям.
Все это
послужило основанием для разработки новых методик и программ (нового РМА),
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.
251658240 Рисунок 1. Главная форма программы оптимизации рулевой трапеции с переменной
базой и колеей |
251658240 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 Mi и Lj.
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 Mj и колеями Lj [12].
Выводы. 1. Впервые разработана
программа многокритериальной
оптимизации значений параметров такой рулевой трапеции, которая является
рациональной
для целого ряда машин, имеющих разные базы Mi и колеи Lj.
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.
Гурвич
Ю.А. Практические, научные и методические предпосылки введения
многокритериального синтеза и других прогрессивных технологий обучения в
статику, кинематику и динамику. Теоретическая и прикладная механика: сб. науч.
трудов. Мн.: УП «Технопринт», 2003.-252с.
2.
Гурвич
Ю.А. Новые прикладные критерии колебательной и апериодической устойчивости
движения колес транспортных средств. Актуальные проблемы в динамике и прочности
в теоретической и прикладной механике: Сб. науч. тр. – Мн.: 2001. с.148-162.