專利名稱：微面汽車底盤傳動軸優(yōu)化與后驅(qū)動橋動力學(xué)分析平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微面汽車設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微面汽車底盤傳動軸布置優(yōu)化與后驅(qū)動橋動力學(xué)分析平臺。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有市場上銷售的微面汽車底盤傳動軸、后驅(qū)動橋普遍都存在振動大、噪聲高，并影響車內(nèi)乘坐舒適性的情況，究其原因主要在于汽車生產(chǎn)廠商設(shè)計微面汽車、布置底盤傳動軸和進(jìn)行后橋振動分析時，設(shè)計牽涉面廣、關(guān)聯(lián)因素多、計算量大、且很繁瑣，因此目前還沒有一個實(shí)現(xiàn)傳動軸布置多參數(shù)優(yōu)化和后橋振動計算分析的輔助平臺，幫助汽車生產(chǎn)廠商提高設(shè)計效率和分析精度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種微面汽車底盤傳動軸布置優(yōu)化與后驅(qū)動橋動力學(xué)分析平臺，能夠幫助汽車生產(chǎn)廠商提高設(shè)計效率和分析精度。該方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種微面汽車底盤傳動軸布置優(yōu)化與后驅(qū)動橋動力學(xué)分析平臺，包括功能選擇單元、運(yùn)動分析單元、動力學(xué)分析單元、數(shù)據(jù)庫；功能選擇單元，根據(jù)用戶選定的功能啟動運(yùn)動分析單元或動力學(xué)分析單元；運(yùn)動分析單元具體包括運(yùn)動分析參數(shù)輸入模塊、運(yùn)動狀態(tài)分析模塊、傳動軸布置優(yōu)化模塊、運(yùn)動分析結(jié)果輸出模塊；運(yùn)動分析參數(shù)輸入模塊，用于在運(yùn)動分析單元被啟動后，接收用戶給定的分析參數(shù)，包括傳動軸的布置方式、傳動軸輸入端萬向節(jié)夾角9工的初始值θ u、傳動軸輸出端萬向節(jié)夾角θ 2的初始值θ μ、傳動軸輸入端角速度Q1和傳動軸輸入端角加速度ε工；將輸入的分析參數(shù)輸出給運(yùn)動狀態(tài)分析模塊和傳動軸布置優(yōu)化模塊，并備份到數(shù)據(jù)庫；運(yùn)動狀態(tài)分析模塊，用于將優(yōu)化前后的分析參數(shù)代入傳動軸運(yùn)動模型，得到傳動軸輸出端旋轉(zhuǎn)一周過程中的角速度和角加速度的變化數(shù)據(jù)，并輸出給運(yùn)動分析結(jié)果輸出模塊顯示以及輸出給數(shù)據(jù)庫存儲；傳動軸布置優(yōu)化模塊，以傳動軸輸入端萬向節(jié)的夾角θ i和傳動軸輸出端萬向節(jié)的夾角θ2為優(yōu)化參變量，以傳動軸萬向節(jié)當(dāng)量殘差角最小為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化過程采取復(fù)合形算法進(jìn)行；對復(fù)合形進(jìn)行最壞點(diǎn)查找、替換和反復(fù)迭代，最終完成優(yōu)化計算；將復(fù)合形最優(yōu)點(diǎn)對應(yīng)的傳動軸兩個萬向節(jié)軸傾角△ θ ‘作為優(yōu)化結(jié)果，輸出給運(yùn)動分析結(jié)果輸出模塊顯示以及輸出給數(shù)據(jù)庫存儲；復(fù)合形法所用的目標(biāo)函數(shù)和約束條件分別為目標(biāo)函數(shù)minζ = ^\θ'~θ22\ ；約束條件|Q1-Q2I 彡 6°ε 3 ^ 500rad/s2 ；
ω 3、E3^O5B1, θ 2 ^ 0 ；其中，％、ω3、ε 3分別為傳動軸輸出端角位移、角速度和角加速度；在已知θ ρ θ 2、傳動軸輸入端角速度Q1和傳動軸輸入端角加速度ε工的情況下，可以利用傳動軸運(yùn)動模型計算得到識3、ω3、ε3;運(yùn)動分析結(jié)果輸出模塊，用于將運(yùn)動狀態(tài)分析模塊輸出的變化數(shù)據(jù)繪制成變化曲線進(jìn)行顯示和/或輸出；將傳動軸布置優(yōu)化模塊獲得優(yōu)化結(jié)果顯示和/或輸出；動力學(xué)分析單元包括參數(shù)配置模塊、固有頻率和主振型分析模塊、振動響應(yīng)分析模塊、動力學(xué)分析結(jié)果輸出模塊；參數(shù)配置模塊，用于當(dāng)所在動力學(xué)分析單元被啟動后，接收外部輸入的待分析后驅(qū)動橋的型號，如果該型號的驅(qū)動橋?yàn)閿?shù)據(jù)庫中已有的驅(qū)動橋，則從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取待分析后驅(qū)動橋的基本力學(xué)參數(shù)；否則，接收外部輸入的待分析后驅(qū)動橋的基本力學(xué)參數(shù)，并將型號和基本力學(xué)參數(shù)對應(yīng)保存到數(shù)據(jù)庫中；將得到的待分析后驅(qū)動橋的基本力學(xué)參數(shù)發(fā)送給固有頻率分析模塊和主振型分析模塊；固有頻率和主振型分析模塊，用于在被動力學(xué)分析結(jié)果輸出模塊啟動后，利用來自參數(shù)配置模塊的待分析后驅(qū)動橋的基本力學(xué)參數(shù)，計算第1階到第6階的固有頻率和主振型，供動力學(xué)分析結(jié)果輸出模塊調(diào)用；并將計算結(jié)果備份到數(shù)據(jù)庫；振動響應(yīng)分析模塊，用于在被動力學(xué)分析結(jié)果輸出模塊啟動時，利用來自參數(shù)配置模塊的待分析后驅(qū)動橋的基本力學(xué)參數(shù)以及用戶輸入的輸入端萬向節(jié)夾角θ工的初始值 θ U、輸出端萬向節(jié)夾角％的初始值θ 2,ο、任意給定的轉(zhuǎn)動軸輸入端角速度Q1，計算各節(jié)點(diǎn)振動角位移、角速度和角加速度的時域波形和頻譜圖，供動力學(xué)分析結(jié)果輸出模塊調(diào)用； 并將計算結(jié)果備份到數(shù)據(jù)庫；動力分析結(jié)果輸出模塊，在接收到用戶輸入的固有頻率和主振型分析指令時，啟動固有頻率和主振型分析模塊開始分析，然后從固有頻率和主振型分析模塊讀取用戶選定階數(shù)的固有頻率和主振型數(shù)據(jù)，并以圖形和數(shù)據(jù)形式顯示；在接收到用戶輸入的振動響應(yīng)分析指令時，彈出對話框提示用戶輸入θρ 92和ω”用戶輸入完成后啟動振動響應(yīng)分析模塊開始分析，然后從振動響應(yīng)分析模塊讀取各個節(jié)點(diǎn)的振動角位移、角速度和角加速度的時域波形和頻譜圖，根據(jù)用戶選定的節(jié)點(diǎn)號和參數(shù)類型顯示相應(yīng)曲線；數(shù)據(jù)庫，用于存儲后驅(qū)動橋的型號和基本力學(xué)參數(shù)、用戶輸入的各種參數(shù)、運(yùn)動分析結(jié)果和動力學(xué)分析結(jié)果。有益效果1、通過正確設(shè)計以傳動軸萬向節(jié)當(dāng)量殘差角最小為目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化過程采取復(fù)合形算法可以幫助解決傳動軸布置的多參數(shù)優(yōu)化問題，提高了設(shè)計效率和精度，減少了傳動軸布置失誤。2、在傳動軸布置優(yōu)化的基礎(chǔ)上，利用分析平臺的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析模塊，實(shí)現(xiàn)分析后驅(qū)動橋傳動系模態(tài)和振動響應(yīng)計算分析，從而為查找結(jié)構(gòu)薄弱部位，并通過結(jié)構(gòu)修改達(dá)到結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計目的提供基礎(chǔ)。3、幫助汽車設(shè)計人員在不利用有限元軟件的情況下，能夠快速近似分析得到后驅(qū)動橋傳動系動態(tài)特性，有利于縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。


圖1為本發(fā)明微面汽車底盤傳動軸布置優(yōu)化與后驅(qū)動橋動力學(xué)分析平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明運(yùn)動學(xué)分析界面的示意圖。圖3為本發(fā)明動力學(xué)分析功能中參數(shù)配置界面的示意圖。圖4為本發(fā)明動力學(xué)分析功能中主減軸系系統(tǒng)第1階主振型示意圖。圖5為本發(fā)明動力學(xué)分析功能中振動響應(yīng)分析的示意圖。圖6為本發(fā)明振動響應(yīng)分析中第一節(jié)點(diǎn)位置振動角位移時域曲線圖。圖7為本發(fā)明振動響應(yīng)分析中第一節(jié)點(diǎn)位置振動角速度時域曲線圖。圖8為本發(fā)明振動響應(yīng)分析中第一節(jié)點(diǎn)位置振動角加速度時域曲線圖。圖9為本發(fā)明振動響應(yīng)分析中第一節(jié)點(diǎn)位置振動角位移頻譜圖。圖10為本發(fā)明振動響應(yīng)分析中第一節(jié)點(diǎn)位置振動角速度頻譜圖。圖11為本發(fā)明振動響應(yīng)分析中第一節(jié)點(diǎn)位置振動角加速度頻譜圖。圖12為復(fù)合形法流程圖。
具體實(shí)施例方式
權(quán)利要求
1. 一種微面汽車底盤傳動軸優(yōu)化與后橋驅(qū)動橋動力學(xué)分析平臺，其特征在于，包括功能選擇單元、運(yùn)動分析單元、動力學(xué)分析單元、數(shù)據(jù)庫；功能選擇單元，根據(jù)用戶選定的功能啟動運(yùn)動分析單元或動力學(xué)分析單元； 運(yùn)動分析單元具體包括運(yùn)動分析參數(shù)輸入模塊、運(yùn)動狀態(tài)分析模塊、傳動軸布置優(yōu)化模塊、運(yùn)動分析結(jié)果輸出模塊；運(yùn)動分析參數(shù)輸入模塊，用于在運(yùn)動分析單元被啟動后，接收用戶給定的分析參數(shù)，包括傳動軸的布置方式、傳動軸輸入端萬向節(jié)夾角9工的初始值θ u、傳動軸輸出端萬向節(jié)夾角92的初始值θ μ、傳動軸輸入端角速度Co1和傳動軸輸入端角加速度ε 1;將輸入的分析參數(shù)輸出給運(yùn)動狀態(tài)分析模塊和傳動軸布置優(yōu)化模塊，并備份到數(shù)據(jù)庫；運(yùn)動狀態(tài)分析模塊，用于將優(yōu)化前后的分析參數(shù)代入傳動軸運(yùn)動模型，得到傳動軸輸出端旋轉(zhuǎn)一周過程中的角速度和角加速度的變化數(shù)據(jù)，并輸出給運(yùn)動分析結(jié)果輸出模塊顯示以及輸出給數(shù)據(jù)庫存儲；傳動軸布置優(yōu)化模塊，以傳動軸輸入端萬向節(jié)的夾角θ工和傳動軸輸出端萬向節(jié)的夾角θ 2為優(yōu)化參變量，以傳動軸萬向節(jié)當(dāng)量殘差角最小為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化過程采取復(fù)合形算法進(jìn)行；對復(fù)合形進(jìn)行最壞點(diǎn)查找、替換和反復(fù)迭代，最終完成優(yōu)化計算；將復(fù)合形最優(yōu)點(diǎn)對應(yīng)的傳動軸兩個萬向節(jié)軸傾角作為優(yōu)化結(jié)果，輸出給運(yùn)動分析結(jié)果輸出模塊顯示以及輸出給數(shù)據(jù)庫存儲；復(fù)合形法所用的目標(biāo)函數(shù)和約束條件分別為目標(biāo)函數(shù)min ζ = J^12-^22|；約束條件| θ,-θ^彡6° ε 3彡 500rad/s2 ； ω3、E3^O5O1, θ 2 彡 0 ；其中，約、ω3、ε 3分別為傳動軸輸出端角位移、角速度和角加速度；在已知θ” θ2、傳動軸輸入端角速度Q1和傳動軸輸入端角加速度ε工的情況下，可以利用傳動軸運(yùn)動學(xué)模型計算得到％、ω3、ε 3 ；運(yùn)動分析結(jié)果輸出模塊，用于將運(yùn)動狀態(tài)分析模塊輸出的變化數(shù)據(jù)繪制成變化曲線進(jìn)行顯示和/或輸出；將傳動軸布置優(yōu)化模塊獲得優(yōu)化結(jié)果顯示和/或輸出；動力學(xué)分析單元包括參數(shù)配置模塊、固有頻率和主振型分析模塊、振動響應(yīng)分析模塊、 動力分析結(jié)果輸出模塊；參數(shù)配置模塊，用于當(dāng)所在動力學(xué)分析單元被啟動后，接收外部輸入的待分析后驅(qū)動橋的型號，如果該型號的驅(qū)動橋?yàn)閿?shù)據(jù)庫中已有的驅(qū)動橋，則從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取待分析后驅(qū)動橋的基本力學(xué)參數(shù)；否則，接收外部輸入的待分析后驅(qū)動橋的基本力學(xué)參數(shù)，并將型號和基本力學(xué)參數(shù)對應(yīng)保存到數(shù)據(jù)庫中；將得到的待分析后驅(qū)動橋的基本力學(xué)參數(shù)發(fā)送給固有頻率分析模塊和主振型分析模塊；固有頻率和主振型分析模塊，用于在被動力學(xué)分析結(jié)果輸出模塊啟動后，利用來自參數(shù)配置模塊的待分析后驅(qū)動橋的基本力學(xué)參數(shù)，計算第1階到第6階的固有頻率和主振型， 供動力分析結(jié)果輸出模塊調(diào)用；并將計算結(jié)果備份到數(shù)據(jù)庫；振動響應(yīng)分析模塊，用于在被動力學(xué)分析結(jié)果輸出模塊啟動后，利用來自參數(shù)配置模塊的待分析后驅(qū)動橋的基本力學(xué)參數(shù)以及用戶輸入的輸入端萬向節(jié)的當(dāng)前夾角θ工、輸出端萬向節(jié)的當(dāng)前夾角θ 2、任意給定的轉(zhuǎn)動軸輸入端角速度Co1，計算各節(jié)點(diǎn)振動角位移、角速度和角加速度的時域波形和頻譜圖，供動力學(xué)分析結(jié)果輸出模塊調(diào)用；并將計算結(jié)果備份到數(shù)據(jù)庫；動力學(xué)分析結(jié)果輸出模塊，在接收到用戶輸入的固有頻率和主振型分析指令時，啟動固有頻率和主振型分析模塊開始分析，然后從固有頻率和主振型分析模塊讀取用戶選定階數(shù)的固有頻率和主振型數(shù)據(jù)，并以圖形和數(shù)據(jù)形式顯示；在接收到用戶輸入的振動響應(yīng)分析指令時，彈出對話框提示用戶輸入θρ 02和CO1，用戶輸入完成后啟動振動響應(yīng)分析模塊開始分析，然后從振動響應(yīng)分析模塊讀取各個節(jié)點(diǎn)的振動角位移、角速度和角加速度的時域波形和頻譜圖，根據(jù)用戶選定的節(jié)點(diǎn)號和參數(shù)類型顯示相應(yīng)曲線；數(shù)據(jù)庫，用于存儲后驅(qū)動橋的型號和基本力學(xué)參數(shù)、用戶輸入的各種參數(shù)、運(yùn)動分析結(jié)果和動力學(xué)分析結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微面汽車底盤傳動軸布置優(yōu)化與后驅(qū)動橋動力學(xué)分析平臺。該平臺以傳動軸輸入端萬向節(jié)的夾角θ1和傳動軸輸出端萬向節(jié)的夾角θ2為優(yōu)化參變量，以傳動軸萬向節(jié)當(dāng)量殘差角最小為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化過程采取復(fù)合形算法進(jìn)行。對所述復(fù)合形進(jìn)行最壞點(diǎn)查找、替換和反復(fù)迭代，最終完成優(yōu)化計算。在傳動軸布置優(yōu)化的基礎(chǔ)上，本發(fā)明利用分析平臺的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析模塊，實(shí)現(xiàn)分析后驅(qū)動橋傳動系模態(tài)和振動響應(yīng)計算分析，為通過查找結(jié)構(gòu)薄弱部位，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改提供了基礎(chǔ)。使用本發(fā)明能夠提高微面汽車底盤的設(shè)計效率和精度，減少了傳動軸布置失誤；還能夠快速近似分析得到后驅(qū)動橋傳動系動態(tài)特性，有利于縮短汽車底盤傳動系產(chǎn)品設(shè)計周期。
文檔編號G06F17/50GK102254064SQ20111017405
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月26日
發(fā)明者余波, 張晨霞, 李惠彬, 阿外思, 馬超 申請人:北京信息科技大學(xué), 北京理工大學(xué), 重慶長安汽車股份有限公司