[发明专利]一种商用车驾驶室悬置布置优化方法

摘要

本发明公开了一种商用车驾驶室悬置布置优化方法，其特征在于，包括如下步骤：1）建立优化目标函数、确定优化变量与约束条件；2）建立优化输入状态变量与输出状态变量；3）建立商用车平顺性计算Simulink模型；4）将目标函数、优化变量与平顺性计算Simulink模型关联；5）应用粒子群算法实现商用车驾驶室悬置布置优化，输出最优结果。这种方法具有良好的可行性与适用性，可缩短商用车开发周期与成本，针对不同商用车车型仅需要重新生成后缀为acf、adm、m的文件，通用性好。

主权项

1.一种商用车驾驶室悬置布置优化方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立优化目标函数、确定优化变量与约束条件：在数学软件MATLAB中根据目标商用车驾驶室悬置布置优化的目的建立优化目标函数f(X)、优化变量X以及约束条件，其中，驾驶室左前悬置、右前悬置、左后悬置、右后悬置在驾驶室坐标系的YOZ平面上与Y轴形成的夹角以及悬置质心与XOZ平面的直线距离为优化变量X，其过程为：(1)建立优化目标函数：假设，总座椅振动加速度频率加权均方根值为a_w0，则a_w0如公式(1)所示：式中，a_wx、a_wy、a_wz分别为座椅x、y、z轴向加速度频率加权均方根值，采用公式(2)计算：式中，G_a(f)为对座椅面各向加速度时域历程a_t进行频谱分析得到的功率谱密度函数；w(f)为频率加权函数，分别如公式(3)、(4)、(5)所示：x轴为公式(3)：y轴为公式(4)：z轴为公式(5)：(2)确定优化变量X：优化变量X如公式(6)所示：X＝(x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆,x₇,x₈)(6)，式中，x₁,x₂,x₃,x₄分别为驾驶室左前悬置、右前悬置、左后悬置、右后悬置安装后上端点与下端点的连线与Y轴形成的夹角，夹角所在的平面与驾驶室坐标系的YOZ平面平行，x₅,x₆,x₇,x₈分别为驾驶室左前悬置、右前悬置、左后悬置、右后悬置质心与驾驶室坐标系的XOZ平面的直线距离；(3)建立约束条件：约束条件如公式(7)所示：式中，θ_il(i＝1,2,3,4)分别为驾驶室左前悬置、右前悬置、左后悬置、右后悬置的安装角度约束下限，θ_iu(i＝1,2,3,4)分别为驾驶室左前悬置、右前悬置、左后悬置、右后悬置的安装角度约束上限，x_il(i＝1,2,3,4)分别为驾驶室左前悬置、右前悬置、左后悬置、右后悬置的安装位置约束下限，x_iu(i＝1,2,3,4)分别为驾驶室左前悬置、右前悬置、左后悬置、右后悬置的安装位置约束上限；2)建立优化输入状态变量与输出状态变量：在多体动力学软件ADAMS/Car的专家模式中根据优化变量建立输入状态变量，根据目标函数需要建立输入输出状态变量，其过程为：将多体动力学软件ADAMS/Car切换到专家模式，在系统元素中新建如下状态变量：输入状态变量1、输入状态变量2、输入状态变量3、输入状态变量4、输出状态变量1、输出状态变量2、输出状态变量3，其中，输入状态变量1、2、3、4分别用于给商用车驾驶室左前悬置、右前悬置、左后悬置以及右后悬置上端点与下端点的连线Y轴形成的夹角赋值，输出状态变量1、2、3分别用于将座椅面上传感器x、y、z向加速度的时域信号a_x(t)、a_y(t)、a_z(t)输出；3)建立商用车平顺性计算Simulink模型：在多体动力学软件ADAMS/Control中新建模型输出控制，设置输入输出信号后进行平顺性仿真得到后缀为acf、adm、m的文件；建立基于ADAMS+MATLAB的商用车计算模型，并同Simulink模块库中的Simin与Simout模块连接，组成优化计算的关键文件：adams_sys.slx，其过程为：(1)在多体动力学软件ADAMS/Car中调出Controls模块，新建模型输出控制，设置输入信号为输入状态变量1、输入状态变量2、输入状态变量3及输入状态变量4；输出信号为输出状态变量1、输出状态变量2及输出状态变量3；目标软件选择为MATLAB；(2)在多体动力学软件ADAMS/Car中进行目标商用车的平顺性仿真，生成文件后缀为adm、m、acf的文件；(3)将后缀为adm、m、acf的文件复制到MATLAB的工作目录，在MATLAB中打开后缀为m的文件，更改输入为输入状态变量1、输入状态变量2、输入状态变量3及输入状态变量4，输出为输出状态变量1、输出状态变量2及输出状态变量3，保存后在命令窗口输入adams_sys，生成目标商用车的Simulink计算模块；(4)将生成的目标商用车Simulink计算模块与Simulink中Simin与Simout模块连接，形成adams_sys.slx文件，以便优化时设计变量的输入与仿真结果输出；4)将目标函数、优化变量与平顺性计算Simulink模型关联：在MATLAB中通过预定义函数将目标函数、优化变量与adams_sys.slx文件关联，其过程为：(1)采用MATLAB中的assignin函数将粒子群算法产生或更新的优化变量X赋值给adams_sys.slx中的输出状态变量1、输出状态变量2、输出状态变量3、输出状态变量4，从而使优化变量与adams_sys.slx文件关联；(2)采用MATLAB中的global函数将Simout模块将仿真输出的座椅加速度响应时域信号定义为全局变量，以便目标函数计算时使用，从而将目标函数与adams_sys.slx文件关联；5)应用粒子群算法实现商用车驾驶室悬置布置优化，输出最优结果，其过程为：(1)粒子群参数设置与选择：假定，优化变量维数Dim为8，种群规模选择为100，最大迭代次数选择为[100，200]；(2)粒子速度更新与位置更新如公式(8)、(9)所示：v_id＝w_idv_id+c₁rand(1)(p_id‑x_id)+c₂rand(1)(p_gd‑x_id) (8)，x_id＝x_id+v_id (9)，其中，v_id代表粒子的速度，p_id代表局部最优解，p_gd代表全局最优解，x_id代表例子当前的位置，即优化变量；w_id代表惯性权重因子，其取值范围为[0,1]，rand(1)可以产生一个[0,1]区间内的随机数，c₁、c₂是学习因子，取值范围为[0,2]；(3)优化计算：a.初始化粒子群：初始化优化变量维数Dim、种群规模大小SwarmSize、最大迭代次数MAXIter、粒子的位置v_id与速度x_id；b.给变量X赋值：将粒子群算法产生的初始优化变量赋值到商用车平顺性计算Simulink模型中；c.采用MATLAB中的sim函数调用商用车平顺性计算Simulink模型进行平顺性计算；d.将平顺性计算的时域信号输出到MATLAB工作空间；e.对时域信号进行频谱分析，得到功率谱密度函数G_a(f)；f.计算各向频率加权均方根值：a_wx、a_wy、a_wy；g.计算总频率加权均方根值a_w0；h.计算粒子适应度，同时计算个体极值p_id与全体极值p_gd；i.判断是否达到最大迭代次数，若满足则输出最优结果，若不满足则更新粒子群；j.更新粒子群的位置x与速度v；k.判断更新的粒子群是否满足约束条件公式(7)，满足则进行步骤b，不满足则继续更新粒子群；l.输出最优结果。