基于MATLAB的微型電動(dòng)汽車搖桿滑塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

(鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 河南 鄭州 450001)

一、搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

微型電動(dòng)汽車的搖桿機(jī)構(gòu)[1,2]與前后副車架相連，在車輛駐車時(shí)，直線執(zhí)行器推動(dòng)搖桿舉升，縮短整車軸距。

搖桿機(jī)構(gòu)分為推桿(直線執(zhí)行器)，搖桿，滑塊(將前車架車輪作為移動(dòng)副)三個(gè)部分。各部分尺寸約束滿足車架尺寸標(biāo)準(zhǔn)、干涉約束和整車設(shè)計(jì)要求。

二、MATLAB數(shù)學(xué)建模與優(yōu)化

搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型屬于單目標(biāo)多變量?jī)?yōu)化問(wèn)題[3]。調(diào)用求解函數(shù)fmincon求解。函數(shù)命令基本格式為：

[x,fval,exitflag,output]=fmincon(@objfun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,@confun)

通過(guò)編寫目標(biāo)函數(shù)及約束函數(shù)的M文件，建立主程序求解可得優(yōu)化結(jié)果：

fval = 794.1223

exitflag =1

由exitflag = 1可知，變量一階最優(yōu)性條件滿足容許范圍。根據(jù)優(yōu)化尺寸，在搖桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)下，前車架位移將達(dá)到756.12mm，初步滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)變量?jī)?yōu)化匯總結(jié)果如表1所示。

表1 搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化匯總

三、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

將滿足初步設(shè)計(jì)條件的車架三維模型導(dǎo)入ADAMS軟件中，添加運(yùn)動(dòng)副及相關(guān)約束后，設(shè)置步數(shù)為300步的運(yùn)動(dòng)仿真，仿真結(jié)束后進(jìn)入后處理界面。

圖1 搖桿機(jī)構(gòu)移動(dòng)副位移

圖中虛線為優(yōu)化前搖桿機(jī)構(gòu)移動(dòng)副位移，實(shí)線為優(yōu)化后結(jié)果。結(jié)果表明車架可折疊長(zhǎng)度由690mm增加為794mm，滿足整車的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

四、結(jié)論

通過(guò)提取整車主要設(shè)計(jì)參數(shù)，建立搖桿機(jī)構(gòu)約束方程，使用MATLAB優(yōu)化后的搖桿機(jī)構(gòu)具有比優(yōu)化前更大的折疊位移。