[发明专利]一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法

权利要求书

1.一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立履带式车辆中各负重轮的路面不平度输入模型；

S2、建立履带式车辆参数化动力学模型；

S3、分析并提出反映车辆悬挂系统多方面性能的评价指标；

S4、设计多方面性能评价指标的量化算法；

S5、确定悬挂系统刚度和阻尼作为动力学优化参数和参数优化范围；

S6、设计多指标信息融合的参数分配目标函数；

S7、基于粒子群优化算法进行迭代求解和悬挂系统性能评价；

所述步骤S2中，履带式车辆参数化动力学模型建立的假设条件包括：

(1)各负重轮的输入只存在时间上的延迟；

(2)将履带结构视为一种铺设地面的无限轨道，忽略履带对车体的作用；

(3)履带式车辆的车体质心关于纵轴线左右对称，每侧有6个负重轮，只考虑车体侧倾、俯仰和垂直振动时，可用15自由度整车模型建立履带车辆悬挂系统参数化动力学模型；

(4)悬挂可简化为刚度和阻尼；

(5)负重轮所受的阻尼力、弹性力和重力都作用于负重轮质心处；

履带式车辆参数化动力学模型的函数表达式为：

式中：A＝[1，…，1]_1×12，为单位行向量；

K_s＝[k_s1，…，k_si，…，k_s12]

K_t＝[k_t1，…，k_ti，…，k_t12]

C_s＝[c_s1，…，c_si，…，c_s12]

C_t＝[c_t1，…，c_ti，…，c_t12]

L_y＝[l_y1cosα_z，…，l_yicosα_z，…，l_y12cosα_z]

L_z＝[l_z1cosα_y，…，l_zicosα_y，…，l_z12cosα_y]

M_t＝[m_t1，…，m_ti，…，m_t12]

X_r＝diag(q₁，…，q_i，…，q₁₂)

X_t＝diag(x_t1，…，x_ti，…，x_t12)，diag表示对角矩阵；

其中x为车体质心垂向方向，z为横轴方向，y为履带车辆行进方向；m_s为车体质量；I_z为车体俯仰转动惯量；α_y为车体俯仰角；I_y为车体侧倾转动惯量；α_z为车体侧倾角；m_ti为车辆第i个负重轮的质量；k_si为第i个负重轮悬挂刚度；c_si为第i个负重轮悬挂阻尼；k_ti为第i个负重轮轮胎刚度；c_ti为第i个负重轮轮胎阻尼；l_si为第i个负重轮质心距车体质心y方向的水平距离；l_yi为第i负重轮距车体质心在z方向的垂直距离；x_ti为第i个负重轮的垂向位移；q_i为第i负重轮下的路面输入；i取值为1,2,…,12，其中1至6分别表示左侧第1个至第6个负重轮，7至12分别表示右侧第7个至第12个负重轮；

所述步骤S3中，从5个方面提出悬挂系统性能评价指标，分别是：

(1)第1个负重轮上方车体的垂直加速度；

(2)第1个负重轮相对于车体的动位移；

(3)第1个负重轮相对于车体的垂向运动速度；

(4)车体俯仰角加速度；

(5)第1个负重轮相对于地面的动载荷系数；

所述步骤S4中，量化算法从5个性能评价指标进行描述，分别为：

(1)第1个负重轮上方车体垂直加速度,左侧的第1个负重轮上方车体垂直加速度用Acc₁表示，其量化表达式可写为：

Acc₁＝(x_s+l_z1sinα_y+l_y1sinα_z)″|_t；

(2)第1个负重轮相对于车体的动位移，第1个负重轮相对于车体的动位移可表示为：

Disp_i＝x_ti-x_s-l_zisinα_y-l_yisinα_z；

(3)第1个负重轮相对于车体的垂向运动速度，第1个负重轮相对于车体的动速度可通过对相应动位移的求导获得，即：

式中，为负重轮质心速度；为车身质心速度；为车身的俯仰角角速度；为车身的侧倾角角速度；

(4)车体俯仰角角加速度，车体的俯仰角角加速度可表示为：

式中：为车身的俯仰角角加速度；

(5)第1个负重轮相对于地面的动载荷系数，第1个负重轮相对于地面的瞬时动载荷可表示为：

第1个负重轮的贴地性通常由动载系数来表示，可表示为

式中：分别为负重轮动载荷的均方根值；F_i为负重轮静载荷；

所述步骤S6中，还包括以下步骤：

S61、单个指标目标函数设计；

S62、分别求解各指标目标函数的最优解；

S63、目标函数无量纲化处理；

S64、根据目标需求，设计权重分配函数；

S65、构建多指标融合的分配优化目标函数；

所述步骤S61中，单个指标目标函数设计为：

e₂＝min(max|Disp₁|)；

e₅＝minD₁；

式中：n为数据量个数；

步骤S62中，根据步骤S61中设计的目标函数，利用粒子群优化算法进行迭代求解分别获得各指标目标函数的最优解；

步骤S63中，基于步骤S62得到各个目标函数的最优解，对各个目标函数进行无量纲化处理，设计无量化表达式为：

D^e_j＝(e_j-e⁰_j)/e⁰_j；

步骤S64中，通过多位专家进行各目标权重系数评价；各专家的各目标最终的权重系数分配采用均值法处理；

步骤S65中，根据步骤S63得到5个评价指标的无量纲化目标函数，然后为每个目标函数分配一个权重，将多个目标函数融合为1个综合的目标函数，设计其表达式为：

式中：U为目标函数和理想解的距离值；w_j为每个目标函数的权重系数，j为性能指标的下标，取1～5，ne为专家人数，i为专家编号，取1～ne。