本实例以汽车前悬架系统为对象，通过悬架平顺性分析研究拉杆球铰坐标变化对悬架性能的影响，主要包括以下内容：

● 使用HyperStudy创建DOE分析模型。

● DOE分析。

● 基于DOE分析结果创建近似方程并进行模型优化。

● 原始模型与优化模型结果对比。

练习开始前，从目录chap08中复制hs.mdl和target_toe.csv文件到工作文件夹中。

STEP 01 创建DOE分析模型

（1）新建一个MotionView会话。

（2）单击工具栏中的Open Model按钮，从工作目录中选择hs.mdl。

（3）查看模型以及束角输出（toe-curve output request）设置。

该模型是一个完整的动力学分析模型，已预定义了束角输出请求。由于模型中包含多个子系统，所以定义的对象较多。用户可将模型浏览树设置为View selected type，然后单击工具栏中的Output按钮，即可过滤除输出请求之外的对象，模型树仅显示输出请求设置，如图8-12所示。

图8-12 输出设置定义

输出请求toe-curve中F2代表前束，F3代表轮心Z向跳动量。

（4）从Applications下拉菜单中选择HyperStudy，启动HyperStudy。

（5）在Create studies（创建研究）对话框中单击Add Study按钮并选择New。

（6）使用默认标题以及变量名，单击OK按钮。

（7）在Study directory（研究目录）中，单击“文件浏览”按钮，将文件目录定位在工作目录中。

（8）单击Next按钮创建模型。

（9）在Create models（创建模型）对话框中单击Add Model按钮。

（10）模型类型选择MotionView。

（11）接受默认的变量名。

（12）单击OK按钮，如图8-13所示。

图8-13 Create models对话框

此时，HyperStudy界面将显示当前模型以及分析任务，如图8-12所示。Label栏表明调用MotionView会话中第一页第一窗口中标题为model_4的模型。Analysis task栏表明调用的分析工况是an_ride_event.frnt。Solver栏表示HyperStudy调用的求解器是MotionSolve。

（13）单击Next按钮进入Create Design Variables（创建设计变量）窗口。

（14）在Create Design Variables窗口中单击Add Model Parameter（创建模型参数）按钮，将弹出模型树窗口。

（15）如图8-14所示，在模型树中选择表8-2所列参数。

图8-14 模型树窗口

表8-2 设计变量

（16）单击Done按钮。

（17）在设计变量属性窗口中，根据表8-3修改设计变量的最大、最小限值。第一个设计变量已经处在激活状态，单击设计变量列表第一列激活不同的设计变量。

表8-3 设计变量取值范围

（18）单击Next按钮进入Do nominal run（初始运行）窗口。

（19）在Solver input file文本框中输入m_1。

（20）选择MotionSolve_Hst作为Solver Execution Script（求解执行脚本）。

（21）单击Write/Execute按钮。

此时，MotionSolve根据上述设置后台求解。在求解过程中，注意HyperStudy与MotionView信息窗口中的内容。

（22）求解结束后，单击Next按钮，将弹出Create responses（创建响应）窗口。

（23）单击Add Response按钮创建一个响应。

（24）指定响应名为Sum of Squared Error（误差平方和）。

（25）接受默认的变量名并单击OK按钮，此时Expr Builder处于可用状态。

（26）单击Expr Builder按钮，进入HyperStudy响应函数编辑窗口。

本示例需要创建以下两个响应矢量。

● 响应矢量1（Vector 1）：指向从求解器获得的初始方案中仿真束角曲线数据。

● 响应矢量2（Vector 2）：指向目标束角曲线数据。

（27）单击Add按钮，创建响应矢量1，此时V ector resource file（响应矢量源文件）窗口处于可用状态。

（28）单击响应矢量源文件窗口中的“文件浏览”按钮，并从路径＜working directory＞\nom_run\m_1\中选择m_1.abf。此时Type、Request以及Component等区域将被激活。

（29）在Type下拉列表中选择Expressions。

（30）在Request下拉列表中选择REQ/70000033 toe-curve。

（31）选择分量F2。

（32）单击Apply按钮。

此时，从求解器中获得的束角曲线数据将作为响应矢量1，接下来根据目标束角曲线创建响应矢量2。

（33）在Vectors（响应）标签中单击Add按钮。

（34）在矢量源文件窗口中，单击“文件浏览”按钮并从工作路径中选择target_toe.csv，弹出Load Data Vectors对话框。

（35）在Load Data Vectors（矢量数据载入）对话框中的矢量数据类型处选择Reference file。

（36）单击Open按钮。

（37）保持Type和Request分别为Unkown和Block1不变。

（38）在分量选择框中选择Column1。

（39）单击Apply按钮。

（40）在响应函数栏中创建函数sum（（v_1-v_2）^2），如图8-15所示。

（41）选中响应函数编辑窗口中的Evaluate expression（评估）复选框，确认函数表达式是否正确，此时函数返回值应是16.2891。

（42）如果上述过程中没有出现错误信息，则表示已经从初始运行中成功提取响应参数。取消选中Evaluate expression复选框，返回表达式。

图8-15 响应函数编辑窗口

（43）单击OK按钮，返回响应创建对话框。

（44）单击Next按钮，进入Link design variables（关联设计变量模块）。

注：此模块可使用函数对设计变量进行数学处理，实现设计变量与当前研究的关联以进行试验设计、优化分析以及随机性研究。本例不需要关联设计变量。

（45）单击Next按钮，进入Sensitivity（灵敏度）窗口。

（46）在File菜单中选择Save Current Study As（保存当前研究为）按钮。

（47）在工作目录中将当前研究设置保存为Setup.xml。

STEP 02 DOE研究

（1）在Sensitivity窗口中单击Continue To按钮并选择DOE Study。

（2）单击Add DOE Study按钮。

（3）接受默认的标题并单击OK按钮。

（4）选择DOE的Controlled factors（可控因子）类型为Fractional Factorial。

（5）本示例中所有的设计变量均为可控，因此Uncontrolled factors栏中选择None。

（6）单击Next按钮。

（7）确认Controlled variables（可控变量）对话框中Design variables栏4个设计变量均处于激活状态（即On栏均为选中状态）。

（8）单击Next按钮，进入Controlled interactions（可控因子交互作用）对话框，如图8-16所示。

可控因子交互作用对话框用来设置不同变量间的交互作用。

图8-16 可控因子交互作用对话框

（9）确认选中所有的复选框以考查设计变量间所有的交互作用。可单击All按钮激活所有设计变量的交互作用。

（10）单击Next按钮，进入Controlled allocations对话框。

（11）在Design栏中选择L16设计矩阵。

Allocations sub-panel（设计变量分配子面板）显示了设计变量根据设计矩阵的分配情况。整个设计矩阵描述了各个求解所使用的设计变量值。

（12）单击Next按钮。

本示例不考查不可控因子的影响，因此Uncontrolled variables、Uncontrolled interacti-ons和Uncontrolled allocations窗口均为灰色不可用状态，此时窗口将直接转至Select responses对话框。

（13）确认当前响应是否为已创建的响应。

（14）单击Next按钮。

（15）在Write/Execute runs窗口中将看到分配好的设计变量值。(www.daowen.com)

（16）单击Write按钮创建求解器输入文件，单击Execute按钮可调用求解器执行脚本求解上述创建的求解器输入文件。

（17）单击Write/Execute按钮开始求解。如果弹出是否希望以交互模式创建输入文件和提交求解窗口时，单击Yes按钮。此时，MotionSolve启动并求解模型。

（18）求解结束后，单击Next按钮。

（19）在Extract Responses（响应提取）对话框中，确认选择所有的求解结果。

（20）单击Extract按钮。

此时，HyperStudy将提取所有运行获得的响应值。

（21）单击Next按钮进入Post processing（后处理）面板，如图8-17所示。Main Effects（主效应）标签将显示各个可控因子对响应的作用。

图8-17 DOE­主效应图

（22）单击Controlled Design Variable Interaction（可控因子交互作用）标签并选择已创建的响应。

（23）单击DV’s标签，选择一个交互作用，然后观察交互作用曲线。

可控设计变量交互作用曲线显示了不同设计变量对响应的交互作用。如果交互曲线为平行线，表示当前显示的两个参数之间没有交互作用。

（24）观察图8-18中变量C1和C3之间的交互曲线。

图8-18 变量C1和C3间的可控因子交互作用图

STEP 03 近似模型

（1）在Study Setup模块的Sensitivity窗口中单击Continue to按钮并选择Approxim^- ation。

（2）单击Add按钮创建一个近似模型。

（3）在Add Approximation窗口中选择近似模型类型为Moving Least Squares（移动最小二乘法）。

（4）单击OK按钮。

（5）单击Next按钮进入Input Matrix（输入矩阵）对话框。

（6）单击Import Matrix，然后在Import DOE窗口中单击OK按钮，输入DOE设计矩阵。

（7）单击Next按钮进入Validation Matrix（验证矩阵）对话框。

单击Import Matrix按钮可以输入验证矩阵（Validation matrix），本例不使用验证矩阵。

（8）单击Next按钮。

（9）在Build approximation对话框中指定近似方程阶数为1，如图8-19所示。

由于本例设计变量水平为2，因此创建的近似方程阶数指定为1。如果研究中使用了多个水平的设计变量，就可以创建高阶的近似方程。

（10）单击Build按钮创建近似方程。

图8-19 近似模型创建窗口

（11）单击Next按钮进入Residual（残差）对话框。

残差标签显示了从求解器获得的响应值与当前创建的回归方程获得的响应值之间的差异。残差图可以用来衡量基本假设与实际模型之间的差异。

（12）单击Next按钮，Trade-off对话框显示了近似模型中主效应与响应之间的关系。

（13）单击3-D plots标签，以三维视图的方式显示主效应与响应的关系，如图8-20所示。

图8-20 Trade-off三维视图

（14）从File菜单中选择Save Output Files命令。

（15）在File Save Options中选择DOE文件和近似模型文件并单击Save按钮，如图8-21所示。

上述文件将保存在工作目录相应的文件夹下。

（16）在File菜单中选择Save Current Study As命令。

（17）在工作目录中保存当前研究为Study_1.xml。

STEP 04 优化分析

图8-21 文件保存选项窗口

（1）在Study Setup模块的Sensitivity窗口中单击Continue to按钮并选择Optimization Study，进行优化分析设置。

（2）在Create Optimization study对话框中单击Add Optimization按钮。

（3）接受默认的标题及变量名并单击OK按钮。

（4）接受默认的优化算法：Adaptive Response Surface Method（自适应响应面法），单击Next按钮。

（5）在Define design variables面板，确认选择所有的设计变量。

（6）此面板将显示所有的设计变量以及相应变量的最大、最小值。

（7）单击Next按钮。

（8）本示例中不需创建任何约束，所以单击Constraints对话框中的Next按钮进入Objective对话框，如图8-22所示。

（9）单击Add Objective按钮。

（10）接受默认的标题与变量名，已定义的响应显示在当前面板上。

（11）本示例优化目标是最小化响应函数（均方误差和）以获得设计参数（内外束角拉杆Y和Z坐标值）最优值。

（12）检查并确认Evaluate From（评估目标）设置为SOLVER。

图8-22 优化目标窗口

（13）当前窗口可以设置最大迭代步以及收敛标准。

（14）单击Launch Optimization按钮，开始优化迭代。

（15）此时启动MotionSolve进行求解，优化引擎HyperOpt开始寻找目标最优值。

（16）优化迭代过程结束后，单击Next按钮，进入后处理对话框（Post processing）。

（17）单击Optimization Iteration History Plot（优化迭代历程曲线）标签。

（18）如图8-23所示，当前面板显示了不同迭代步中目标函数、约束、设计变量以及响应的变化情况。Optimization Iteration History Table（优化迭代历程表）以表格形式显示了上述数据。

图8-23 优化历程窗口

注意本示例中，第6步迭代找到了最优值。

（19）在工作目录中保存当前研究为Study_2.xml。

STEP 05 对比原始模型与优化后模型

（1）单击Add Page按钮，在当前会话中新建一个页面。

（2）将应用程序切换为HyperView。

（3）单击Open Model按钮，在Load Model and Results面板中载入＜working directory＞\nom_run\m_1\m_1.h3d。

（4）单击工具栏中的“页面布局”按钮 并选择“两窗口布局”。

（5）将第二窗口的应用程序切换成HyperGraph。

（6）单击工具栏中的Build Plots按钮 。

（7）在Build Plots面板中单击“文件浏览”按钮并从工作路径中选择target_toe.csv。

（8）对于X-axis，选择：

（9）对于Y-axis，选择：

（10）单击Apply按钮。

（11）在Build Plots面板中单击“文件浏览”按钮，选择文件＜working directory＞\ nom_run\m_1\m_1.abf。该文件为初始设计方案的仿真结果。

（12）对于X-axis，选择：

（13）对于Y-axis，选择：

（14）单击Apply按钮。

（15）按照上述方法绘制文件＜working directory＞\optimization\opt_1\run6\m_1.abf的曲线图。

本示例最后将获得图8-24所示结果，仔细观察优化后的前束曲线。在动画窗口可以载入优化后的模型动画以查看优化前后前束曲线的差异。

图8-24 优化结果

（16）单击菜单File→Save As→Session命令。

（17）指定待保存会话路径及名称。

（18）单击Save按钮，保存会话。