基于稳健设计的非公路汽车转向杆系优化分析

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.06.020 第27卷第6期 北京科技大学学报 Vol.27 No.6 2005年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2005 基于稳健设计的非公路汽车转向杆系优化分析 中焱华”张文明”樊百林 1)北京科技大学士木与环境工程学院，北京1000832)北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要针对加工、使用过程中多种不确定因素对产品性能的影响，利用响应面模型，给出 了转向机构设计变量与转向性能间的函数关系，模拟了不确定因素干扰下的系统响应.建立 了转向机构稳健设计的数学模型，根据理想点法，求取了系统的优化设计方案. 关键词矿用汽车：转向机构：稳健设计：响应面法 分类号TH122 优质的机械产品，要求其质量特性的波动范 动实质为一空间机构运动，依据多刚体系统运动 围小，即保证其性能的统计均值接近于设计目标 学的相关理论，建立转向连杆机构的空间运动模 值，但当机械系统设计完成并进入制造和使用阶 型，将各转向杆的长度以及相互的夹角作为设计 段，由于不确定因素（制造公差、装配误差等）的 变量，以内外轮转角关系的特性曲线与理论Ack 影响，与产品性能相关的某个因素发生微小变化 ermann转向曲线的偏差最小作为目标函数，利用 时，产品性能也随之变化.为真实反映工程实践 序列二次规划法求取转向机构的优化设计参数， 中产品的性能，必须对可控干扰因素和不可控干 扰因素进行描述分析：，以降低其对产品的负面 影响.工程稳健设计就是极小化由不可控因素 和可控因素引起的产品性能的变异，而不必消除 其产生的来源，以此来提高产品质量.产品的灵 敏度或变化量越小，设计的稳健性越强， 本文以某矿用汽车转向连杆机构为研究对 象，利用机械优化设计的结果，在MSC.ADAMS 图1转向机构筒图 环境下建立其虚拟样机，通过考察不可控干扰因 Fig.1 Steering mechanism sketch 素对机构铰接点位置的影响，从稳健设计的角度 验证并优化整个转向机构， 2基于响应面的稳健分析 2.1响应面函数 1汽车转向机构的优化设计 从汽车转向机构分析，各铰接点的位置对最 某矿用汽车前轮为转向轮，转向连杆机构见 终转向曲线有很大的影响.要明确写出各点的位 图1.模型建立时采用ISO坐标制，即以前轮轮心 置坐标与转向轮输出特性曲线之间的关系，一是 连线与汽车纵向对称面的交点为坐标原点，x轴 方程将非常复杂（有可能是隐式的），具有非线性 指向汽车行驶的正前方，y轴指向汽车的左侧，z 特性，方程不容易求解：另一方面在工程实际应 轴垂直指向上方.图中A,B,C,D,E和F处都为球 用中是不必要的，因为有些点的位置坐标对产品 副，0，O,O和O,为铰接点，转向机构呈对称分 的质量性能影响可以忽略不计， 布.由于转向轮定位参数的存在，转向杆系的运 由于系统的设计变量与响应值之间的关系 难于明确表达，因此在优质设计中取得的最优值 收稿日期：200411-12修回日期：200503-23 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.50475173) 附近，变量的改变对设计性能的敏感性也难以确 作者简介：申焱华(1968一)，女，制教授，硕士 定，对于复杂工程模拟而言，依据高效、高精确度

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 叭 。 基于稳健设计 的非公路汽车转 向杆系优化分析 申众华 ” 张 文 明 ” 樊 百 林 ” 北 京科技 大 学土 木 与 环 境 工 程 学 院 ， 北 京 北 京科 技大 学 机械 工 程 学 院 ， 北 京 摘 要 针 对 加 工 、 使用 过程 中多种 不 确 定 因 素 对 产 品性 能的影 响 ， 利用 响应 面模型 ， 给 出 了转 向机 构设 计变 量 与转 向性 能间 的函数关系 ， 模拟 了不确 定 因素 干 扰 下 的系 统 响应 建 立 了转 向机构稳健 设计 的数 学模型 ， 根 据理 想 点法 ， 求 取 了系统的优 化 设 计 方案 ， 关 键词 矿 用 汽 车 转 向机 构 稳健 设计 响应 面 法 分 类号 优质 的机械 产 品 ， 要求 其 质 量特 性 的波动 范 围小 ， 即保 证 其 性 能 的统计 均值 接 近 于 设 计 目标 值 但 当机械系统 设计完成 并进 入 制造和 使用阶 段 ， 由于 不 确 定 因素 制造 公 差 、 装 配 误 差 等 的 影 响 ， 与产 品性 能相关 的某 个 因素 发 生微 小变化 时 ， 产 品性 能也 随之 变化 为真 实反 映工 程 实践 中产 品的性 能 ， 必 须对 可控 干 扰 因素和 不 可控 干 扰 因 素进 行描 述 分 析 ‘，， ， 以 降低 其 对 产 品 的负面 影 响 工程 稳 健 设 计 ‘ ，就 是 极 小化 由不 可控 因素 和 可控 因 素 引起 的产 品性 能 的变 异 ， 而 不 必 消除 其产 生 的来 源 ， 以此 来提 高产 品 质 量 产 品 的灵 敏度 或 变 化量 越 小 ， 设计 的稳 健 性越 强 本 文 以某 矿 用 汽 车 转 向连 杆 机 构 为 研 究对 象 ， 利用 机 械 优 化 设 计 的 结 果 ， 在 环境 下建 立 其虚 拟样机 ， 通 过考 察 不 可控 干扰 因 素对 机构 铰接 点位 置 的影 响 ， 从稳 健设计 的角度 验 证 并优 化 整 个 转 向机 构 动 实质 为一 空 间机 构运 动 ， 依据 多 刚体 系统运 动 学 的相 关理 论 ， 建立 转 向连 杆机 构 的空 间运动 模 型 将各转 向杆 的长度 以及 相 互 的夹 角 作为设计 变 量 ， 以 内外 轮 转 角关 系 的特 性 曲线 与理 论 转 向 曲线 的偏 差 最 小 作 为 目标 函 数 ， 利用 序 列二 次规划法 求 取 转 向机 构 的优 化 设计参 数 图 转 向机构 简图 · 汽 车转 向机 构 的优 化设 计 某矿 用 汽 车 前轮 为转 向轮 ， 转 向连 杆机 构 见 图 模 型 建立 时采 用 坐 标制 ， 即 以前轮 轮心 连线 与汽 车 纵 向对 称 面 的 交 点为 坐 标 原 点 ， 轴 指 向汽 车 行驶 的正 前 方 ， 轴 指 向汽 车 的左 侧 ， 轴垂 直指 向上 方 图 中 ， ， ， ， 和 处 都为球 副 ， 口 ，， ， 仅 和 马 为铰 接 点 ， 转 向机 构呈 对 称 分 布 由于 转 向轮 定位 参数 的存在 ， 转 向杆 系 的运 收稿 日期 。 卜 一 修回 日期 刁 一 基金项 目 国家 自然科学 基金 资助 项 目 。 作者 简介 申众华 一 ， 女 ， 副 教授 ， 硕 士 基 于 响应 面 的稳 健 分 析 响应 面 函 数 从汽 车转 向机 构分 析 ， 各 铰 接 点 的位 置对 最 终转 向 曲线 有很 大 的影 响 要 明确 写 出各 点 的位 置 坐标 与转 向轮 输 出特性 曲线之 间 的关 系 ， 一 是 方程将 非 常 复 杂 有 可 能是 隐式 的 ， 具 有 非线 性 特 性 ， 方 程 不 容 易求 解 另 一 方 面 在 工 程 实 际应 用 中是 不 必 要 的 ， 因为有些 点 的位 置 坐 标对产 品 的质 量 性 能影 响 可 以忽 略 不 计 由于 系 统 的 设 计 变 量 与 响应 值 之 间 的关 系 难 于 明确 表 达 ， 因此 在优质 设计 中取 得 的最优 值 附近 ， 变量 的改 变对 设 计性 能 的敏感 性也难 以确 定 对 于 复杂工 程 模拟 而 言 ， 依据 高效 、 高精确 度 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．06．020

VoL.27 No.6 申焱华等：基于稳健设计的非公路汽车转向杆系优化分析 ·721 的试验设计策略，构造系统的替代模型，可作为 式中，y为系统的响应（转向误差值），为OA杆 实际工程模拟模型的替代. 长度，为板BOC的角度，为O,C杆长度. 响应面法是复杂系统替代模型的一种，它是 响应面模型式(1)的精确性由R和系数的 质量工程领域广泛应用的一种工具.响应面法将 值进行判别，R是完全拟合的度量值，反映响应 试验设计与数理统计相结合，在指定的设计点集 面符合给定数据的程度，R值越大，表明响应面 合进行连续的试验，并在设计空间中构造出输出 与实际情况越接近，足够的逼近通常要求R的 变量（系统响应）的全局逼近.该法仅关注系统 值在09以上，R参数修正多项式项数的影响，更 的输入（设计变量）与输出（响应）间的关系，采用 适合评定响应面的预测精度.若不能满足预设的 最小二乘法回归模型，拟合出复杂的、精度较高 精度要求，可考虑用更高阶的响应面方程或增加 的响应关系，依据目标函数求取优化设计解，它 设计次数，用于评估响应面的点与生成响应面点 将设计灵敏度可视化同响应面优化结合起来，非 不重合的情况.由式(1)计算得R2=0.985, 常容易获得变量的优化值以及变化趋势， =0.965,因此响应面式(1)可以作为转向机构的 对于设计变量较多的复杂系统，应先筛分 替代模型， 出对系统影响较大的设计变量.按照中心组合试 在装配和使用过程中，同样存在不可控干扰 验设计，对转向机构的虚拟模型（图2）进行仿 因素，从而使得机构中的各装配位置点（图）A, 真，以转向机构的各杆长为变量，在图3给定的 B,C,D,E,F点的坐标，相对其名义坐标位置点出 设计空间内，可得到因子分析图，按照影响因子 现偏移，引起系统性能的变异，为此在相应的取 的大小，选择前三个主要因素（分别对应图1中的 值区域内，筛分出对系统性能影响较大的铰接点 BOC,OC,OA杆长)进行响应面建模， 坐标，利用中心组合实验设计，建立主要因子与 利用MSC.ADAMS/Insight建立转向机构各杆 转向误差的响应面模型，分析因子的敏感度，考 长度与转向误差的函数关系，得到的二阶响应面 察不同设计因素对转向性能的影响趋势.图4为 模型表达式如下： 较接点A的x4,y坐标，铰接点B的x坐标偏差与 y=415.26-0.13097x-6.8858x2-0.2151x+ 最大转向误差值的关系， 8.99×10xx2+10xx+1.5496×10xx3+ 2.2转向机构的Monte Carlo分析 3.82×105x+0.0288x+9.452×10-x (1) 在各设计变量优化点的附近区域，建立一个 如式(1)的系统输入与输出的响应面，将其作为 实际问题精确求解的替代模型： y=fxx,…xn) (2) 考察各干扰因素δx对系统的影响，式(2)可 表述为： y2fx,+6x12+8x,x+6.x) (3) 对响应面模型(3)，利用Monte Carlo法能很快 图1转向机构虚拟样机援型 计算出几百个不同容差组合下的系统响应一 Fig.2 Virtual prototype of steering mechanism 转向误差值，此方法有助于确定对系统稳健性影 响最大的变量容差，综合考虑系统性能、成本，可 对各部件的容差进行优化组合，机构各部件的大 小不用改变，利用响应面模型对每个可能变化逐 一计算，快捷真实地模拟实际运行条件下产品的 性能.针对本文讨论的转向机构，分两种情况进 行分析. (1)杆件加工过程中引起的偏差（名义公差）. 分析图5，设容差值δx=t0.2mm(均值0，标准方差 图3转向机构各设计变量的影响图 0I),名义公差引起的实际转角与理论转角误差 Fig.3 Effect of each design variables on steering mechanism 值的波动范围为±0.05°

、勺 申众华等 基 于 稳健 设计 的非 公 路汽 车转 向杆 系优化 分 析 一 的试 验 设计 策 略 ， 构 造 系 统 的 替代模 型 ， 可 作 为 实 际 工 程 模拟 模 型 的替 代 响应 面 法 是 复杂 系 统 替代模 型 的一 种 ， 它 是 质量 工程 领 域广 泛 应 用 的一 种 工 具 响应 面法将 试验 设计 与数 理 统 计 相 结合 ， 在 指 定 的设计 点集 合进 行连 续 的试验 ， 并在 设计 空 间 中构造 出输 出 变量 系 统 响应 的全 局 逼 近 该 法 ‘ 仅 关 注 系统 的输 入 设 计 变 量 与输 出 响应 间 的 关 系 ， 采 用 最 小 二 乘法 回 归模 型 ， 拟 合 出复 杂 的 、 精 度 较 高 的响应 关系 ， 依 据 目标 函 数 求 取 优 化 设 计 解 它 将 设计 灵 敏度 可视 化 同响应 面优 化 结合起 来 ， 非 常容 易 获得 变 量 的优 化 值 以及 变化 趋 势 对 于 设计 变量较 多 的复 杂 系统 ， 应 先 筛分 出对 系统 影 响较 大 的设 计 变量 按 照 中心 组合 试 验 设 计 。 ，， 对 转 向机构 的虚拟 模 型 图 进 行 仿 真 ， 以转 向机 构 的各 杆 长 为变量 ， 在 图 给 定 的 设 计 空 间 内 ， 可 得 到 因子 分 析 图 按 照 影 响 因子 的大小 ， 选 择前 三 个主 要 因素 分 别对 应 图 中 的 ， ， 以 杆 长 进 行 响 应 面 建模 利用 八 建 立转 向机 构各杆 长度 与转 向误 差 的 函 数 关 系 ， 得 到 的二 阶 响应 面 模型 表 达 式如 下 一 ，一 一 丸 一统为 一吮 议琪 一丫 绷 一 戈 目 ‘ 千守 月 叮 下州 月厄 丁叹 ，洲卜 节 ，，贬 三七 巧 扭 峪 爪 ， ， 式 中 ， 为系统 的 响应 转 向误 差 值 ， 为 口闪 杆 长度 ， 燕 为板 认 的角 度 ，丸 为 口 杆 长 度 响应 面 模型 式 的精 确 性 由 和 璐系 数 的 值 进 行 判 别 尸 是 完全 拟 合 的度 量 值 ， 反 映 响应 面 符 合 给 定 数 据 的程度 尸 值越 大 ， 表 明响应 面 与 实 际情 况 越 接 近 ， 足 够 的逼 近 通 常 要 求 的 值在 以上 璐 参数 修正 多项 式 项 数 的影 响 ， 更 适 合 评 定 响应 面 的预 测 精度 若 不 能满 足预设 的 精度 要 求 ， 可考 虑用 更 高阶 的响应 面 方程 或 增 加 设计 次数 ， 用 于 评估 响应 面 的点 与生成 响应 面 点 不 重 合 的 情 况 由 式 计 算 得 ， 吞 ， 因 此 响 应 面 式 可 以作 为转 向机 构 的 替代 模型 在 装 配 和 使 用 过程 中 ， 同样 存 在 不 可控干 扰 因 素 ， 从而 使 得 机 构 中 的各装配 位 置 点 图 ， ， ， ， ， 点 的坐 标 ， 相 对 其 名 义坐 标 位 置 点 出 现 偏移 ， 引起 系统 性 能 的变 异 为此 在 相 应 的取 值 区 域 内 ， 筛 分 出对 系统 性 能 影 响较大 的铰接 点 坐 标 ， 利 用 中心 组 合 实验 设计 ， 建 立 主 要 因子 与 转 向误 差 的 响 应 面 模 型 ， 分 析 因 子 的敏 感 度 ， 考 察不 同设 计 因素 对 转 向性 能 的影 响趋 势 图 为 铰 接 点 的为 ，力 坐 标 ， 铰 接点 的 坐 标偏 差 与 最 大 转 向误 差值 的 关 系 转 向机 构 的 分 析 在 各 设 计 变 量 优 化 点 的 附近 区 域 ， 建立 一 个 如 式 的系统 输 入 与 输 出 的 响应 面 ， 将其 作 为 实 际 问题 精 确 求 解 的替代 模 型 元萨， … 占 考 察 各 干 扰 因 素 敬 对 系 统 的影 响 ， 式 可 表述 为 ” 只八大 阮 丙十阮 ，… 声 月 阮 对 响 应 面 模 型 ， 利 用 法 能 很 快 计 算 出几 百 个 不 同 容 差 组 合 下 的 系 统 响 应 转 向误 差值 此 方法 有 助 于确 定对 系统 稳健性－影 响最 大 的变量 容 差 综 合 考 虑 系 统性 能 、 成本 ， 可 对 各部 件 的容差进 行优 化 组 合 机构 各部件 的大 小不 用 改 变 ， 利 用 响应 面 模型 对 每 个 可 能变化 逐 一 计 算 ， 快捷 真 实地模拟 实际运 行 条件 下 产 品 的 性 能 针对 本 文 讨 论 的转 向机构 ， 分 两 种情况 进 行 分 析 杆件 加 工 过 程 中 引起 的偏 差 名 义 公 差 分析 图 ， 设 容差 值 敬 牡 均值 ， 标准 方 差 ， 名 义 公 差 引起 的实 际转 角与 理 论 转 角误 差 值 的波 动 范 围为士

。722 北京科技大学学报 2005年第6期 (2)车辆装配或使用过程中，各铰接点偏离名 0,标准方差2)，分析图6，铰接点位置的改变对转 义坐标点（装配公差）.设容差值8x=±4mm(均值 向误差值影响较大，应引起重视. 1.40 2.20 2.00 1.90 1.35 2.00 1.80 ① 掀1.30 那1.80 1.60 1.25 1.60 1.50 1.40 L.20 1.40 1.30 1.15 1.20 1.20L -350 -340 -330 15501560 15701580 1550156015701580 x/mm y/mm xs/mm 图4单个变量变化对响应曲线的影响 Fig.4 Effect of a single variable on the response curve 0.05 0.5 0.04 0 0.03 0.5 0.02 0.0 0 -1.0 0 -1.5 -0.01 2.0 0.02 e -2.5 0.03 0 0.04 -3.0 -0.05 -3.5 500 1000 1500 0 500 1000 1500 样本数 样本数 图5名义公差 图6装配公差 Fig.5 Nominal tolerance Fig.6 Assembly tolerance 3基于理想点法稳健优化设计 S.t. 产品优化设计既要考虑产品性能的最优，还 e68A+8s0户12，-m ∂z. (4) 要考虑产品在不确定干扰下运行时，产品性能的 xLt△t<xSXv-△x 波动量最小，即具有稳健性.稳健优化设计实际 根据文献[5-]，式(4)的双目标优化问题可转 上为双目标优化问题：使系统性能的平均值4：与 换用加权的理想点法进行求解： min B 实际值偏差最小；使系统性能设计值的变化量σ： (标准方差)最小.同时，由于各变量变化，约束条 w -1.0+esf u; 件也随之变化，按传统的约束条件求得的优化解 S.t w -1.0+6sf 可能会违反约束条件，稳健优化设计要求其必须 (5) 满足新的约束条件，本文按照各变量最坏情况组 A.0 dx 合，将可能出现的约束改变量，以惩罚因子的形 x+△x≤x≤xU-△x 式，加到原有的约束函数上，形成新的约束函数. 式(5)中，w,w表示为两个目标的相对重要程度： 其数学模型如下： ,分别为各自单独考虑均值与标准差时的最 min uor 优解，目标函数己经变为”爱.根据具体的响

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 ‘ 期 车辆装配 或使用 过程 中 ， 各铰接 点偏 离名 义 坐 标 点 装 配 公差 设容差 值 欲 社 。 均值 ， 标准 方差 ， 分 析 图 ， 铰接 点位 置 的改变 对 转 向误 差值 影 响较 大 ， 应 引起 重 视 ︵ 。 ︵ 娜期尽︶熙、 。淤厦翎︶哆、 ，‘气，一哎甘咤 ︵ 。娜健翎丫哆 匕 一 一 与 刀刀 一 匕 一 为 图 单个变 变化对 响应 曲线的影响 ， 们 比 与 〕 时 ， 刁 刀 刁 刁 一 八 叼 翱一 一滁一 一 ︵ 酬名娜 。雾期攀韧︶、 ︵ 。翎︶骥、 加 样本数 图 名义 公 差 落 样 本数 图 装配公 差 基 于 理 想 点 法 稳 健优 化设 计 产 品优化 设计 既要考虑产 品性 能的最优 ， 还 要考 虑产 品在 不确 定 干扰 下运 行 时 ， 产 品性 能 的 波动 量 最 小 ， 即具 有稳 健 性 稳 健优 化 设计 实 际 上 为双 目标优 化 问题 使 系统性 能 的平均值 召， 与 实际值偏 差 最 小 使系统性 能 设计值 的变 化 量 氏 标 准 方 差 最 小 同时 ， 由于 各变 量变 化 ， 约 束 条 件也 随之 变化 ， 按传 统 的约束条件求得 的优 化解 可 能会违 反 约束条件 ， 稳健优化 设计 要 求其必 须 满足 新 的约 束条件 本文按照 各变量 最坏情况组 合 ， 将可 能 出现 的约 束改 变量 ， 以惩 罚 因子 的形 式 ， 加到原 有的约束 函数上 ， 形成 新 的约束 函数 其数学模 型 如 下 肠 。 司 图 喇刽 ‘ 、 ，户 ， ，‘ ” ， 一 酝 根 据文 献 【 一 ， 式 的双 目标 优 化 问题可转 换用 加 权的理 想 点 法进 行 求解 刀 降 一 ， 暗 一 岛认声 艺 、 二” 二， 会、 亩 鑫鲁、 ，二。 跳 军兰 一 △工 式 中 ， ， 表 示 为两 个 目标 的相对 重 要程度 ， 踌 分别为 各 自单 独 考 虑 均值 与标准 差 时 的最 优 解 ， 目标 函 数 己 经 变 为登 ， 备 · 根 据 具 体 的响

VoL.27 No.6 申焱华等：基于稳健设计的非公路汽车转向杆系优化分析 723· 应面模型，采用Matlab优化工具箱，可求取不同 定的冲突时，应利用多目标优化方法对其进行协 权重组合下式(5)的优化值，a(图7).当产品的 调求解， 性能最优与稳健性有一定的冲突时，应综合产品 (3)从系统分析的角度，将传统的机械优化 的制造、装配成本，根据产品的实际需求，选取 (确定性优化)，同基于质量工程的稳健设计封装 合理的，组合，进而求得产品的稳健优化值. 起来进行一体分析，它们之间可以通过软件模 拟，采用Monte Carlo法进行.当模拟的成本很高 0.55 时，如系统需要进行大量模拟时，响应面可以作 为一种替代模型，嵌入到系统中，便于快速理解 0.50 和优化所研究的系统. 星oe 移考文献 [1]Chen W,Allen JK,Mistree F,et al.A procedure for robust de- sign:minimizing variations caused by noise factors and control 0.40 factors.J Mech Des,1996,118:478 [2]Lee K H,Eom I S,Park G J,et al.A study on the robust design 0 0.92 0.96 1.00 1.04 for unconstrained optimization problems.Trans ASME,1994, 均值， 18(11):2825 图7 Pareto优化解 [3】陈立周.稳健设计.北京：机械工业出版社.2000 Fig.7 Pareto optimum solution [4]Shankar S R,Koerner S,Janevic J.Extending synthesis:robust design using ADAMS/Insight.In:Proceedings of DETC'02. 4结论 ASME 2002 Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference.Mont- (1)对本文的转向机构进行优化设计，仅以 real,2002 误差值作为系统的目标，在给定的设计空间，从 [5]Chen W,Raman G,Nestor M.Robust design for improved ve- 全局优化结果来看，OC,OD杆越短，系统性能表 hicle handling under a range of maneuver conditions.n:Pro- ceedings of the 1999 ASME Design Engineering Technical 现越好.可以认为，应该尽量缩小OC的值，以达 Conferences.Las Vegas Neoada,1999 到最优的性能值—一转向误差值最小， [6]Chen W,Wiecek MM,Zhang J.Quality utility-A compromise (2)应用响应面模型对转向机构进行稳健性 programming approach to robust design.ASME J Mech Des. 1999,121(2:179 分析，在相同的干扰因素作用下，杆件OC越长， [)于利磊，唐文勇，张圣坤，等，基于理想点法的双目标结 系统的抗干扰性越好.当性能优化与稳健性有一 构鲁棒设计，上海交通大学学报，2003,37(8)：1193 Optimum analysis on steering rod mechanism of an mine truck based on robust de- sign SHEN Yanhua,ZHANG Wenming",FAN Bailin 1)Civil and Environmental Enginecring School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT According to the effect of non-deterministic parameters on product performance in the manufacturing and working process,the functional relationship between design variables and steering performance was proposed by the response surface method.The system response disturbed by uncertain factors was simulated.A robust design model of steering mechanism was built up.The optimum value of the system was achieved by using the ideal point approach. KEY WORDS mine truck;robust design;steering mechanism;response surface method

如 申众 华 等 垂 于 稳 健设计 的非 公 路汽 车转 向杆系优 化分析 应 面模型 ， 采用 优 化工 具 箱 ， 可求 取 不 同 权 重 组 合 下 式 的优 化 值 ‘ 氏 图 当产 品 的 性 能最优 与稳健性 有 一 定 的冲 突 时 ， 应 综合产 品 的制 造 、 装 配 成 本 ， 根据 产 品 的实 际 需 求 ， 选取 合 理 的 ， 组 合 ， 进 而 求 得 产 品 的稳 健 优 化 值 定 的冲 突 时 ， 应 利 用 多 目标优 化 方法对其进行 协 调求解 从 系 统 分 析 的角度 ， 将传 统 的机械优 化 确 定 性优 化 ， 同基 于 质 量 工 程 的稳 健 设 计 封 装 起 来 进 行 一 体 分 析 ， 它 们 之 间可 以通 过 软 件 模 拟 ， 采用 法 进 行 当模 拟 的成 本 很 高 时 ， 如 系 统 需要 进行 大量 模拟 时 ， 响应 面 可 以作 为一 种 替代模 型 ， 嵌 入 到 系 统 中 ， 便 于 快速 理 解 和 优 化 所研 究 的系 统 参 考 文 献 ︸ 亡︸八尸、 长男雌稠‘ 均值 ， ， 图 代 优 化解 娘 · 廿 结论 对 本 文 的转 向机 构进行 优化 设计 ， 仅 以 误 差值 作为系统 的 目标 ， 在给 定 的 设计 空 间 ， 从 全 局优 化结果 来看 ， ， 口杆 越 短 ， 系统 性 能表 现 越 好 可 以认 为 ， 应 该 尽 量 缩 小 认 的值 ， 以达 到最优 的性 能值－ 转 向误 差 值 最 小 应 用 响应 面 模 型对 转 向机 构进 行 稳 健 性 分 析 ， 在相 同 的干扰 因素 作用 下 ， 杆件 越 长 ， 系统 的抗 干扰 性越好 当性 能优化 与稳 健 性有 一 ， 恤 ， 理 俪 勺 血 ， ， ， ， ， 面 介 ， ， ， 陈立周 稳 健设计 北京 机械工业 出版 社 ， 又 ， 扣山 八。 压 二 ’ ， 七 联比 庄比 卜 ， ， 旧 ， 明 腼 毯 ， ， ， 一 面 习刃 拍 比 之 七 ， ， 于 利 磊 ， 唐 文 勇 ， 张 圣坤 ， 等 基 于 理想 点法 的双 目标 结 构鲁棒设计 上 海交通 大 学学报 ， ， 以 毖社 加 ，，刀侧 不论 ，，厂刁 ，， 四 ， 配 ， ， ， 如 七 ， ， 由 一 了别 ， 朗 如