[发明专利]一种汽车空气悬架系统的多学科优化平台及优化方法

说明书

本发明公开了一种汽车空气悬架系统的多学科优化平台，还公开了一种汽车空气悬架系统的多学科优化方法，以Isight作为空气悬架系统多学科优化平台，依据悬架运动学、动力学、静力学进行协同优化，以此达到悬架的综合性能最佳。相较于相比较于传统悬架设计将悬架细化为各个模块，再依次对各个零件建模、求解这种单一的串行优化设计方式，本发明的空气悬架系统多学科优化平台可以从全局整体性能均衡，从而提升悬架设计质量，对未来悬架设计具有指导价值和工程应用意义。

技术领域

本发明涉及汽车结构优化领域，尤其是涉及一种汽车空气悬架系统的多学科优化平台及优化方法。

背景技术

在传统的悬架设计过程中，最常见的是模块化设计思想，在全面分析和总结悬架系统组成和功能后，将悬架分为多个模块，对每个模块单独进行建模、求解和优化设计。然后通过在子模块间建立关系，将这些子模块组装成整体。这种优化方法就是单一的串行优化设计方法，对各自模块单独优化，而没有关注各自之间的相互作用和矛盾，各模块之间没有共同的设计因素和目标，忽略了相互影响甚至矛盾的方面，只能获得局部最优解(子系统)或者是错误解，求得系统最优解比较困难。鉴于这种单一优化方法的局限性，所获得的最优解带来的直接影响就是费时费力，效率低下。然而，多学科设计优化方法就可以弥补单一优化方法的不足，多学科设计优化是一种最近应用广泛的学科优化理论，最主要的核心内容是基于系统整体性能的平衡，在全面考虑系统整体性能或功能最优的前提下，首先对各子系统(学科)的设计要素和目标进行归纳整理，然后找出各子系统(学科)之间相互影响的因素，通过设计各子系统(学科)的协同机制和优化策略，实现系统整体的性能最优。

汽车悬架系统设计涉及性能、成本、布置等设计因素，他们之间相互影响、作用，甚至是矛盾的。把任何一个设计因素变为可控的，这些设计要素都会对汽车的综合特性产生作用，将这些可控设计统筹考虑，使之并存，一定有相互矛盾的设计因素。

发明内容

发明目的：为克服背景技术的不足，本发明第一目的是公开一种汽车空气悬架系统的多学科优化平台，第二目的是公开一种汽车空气悬架系统的多学科优化方法，利用该方法可确定悬架系统的各设计因素的关联作用，探讨悬架系统各设计因素的关联和矛盾作用，使悬架系统性能、成本、布置达到系统整体最优，各设计要素能达到平衡，使底盘整体性能最均衡。

技术方案：一种汽车空气悬架系统的多学科优化平台，所述多学科优化平台是基于Isight平台集成了CATIA、ADAMS、ABAQUS和Carsim软件构建而成的空气悬架多学科优化平台，对汽车空气悬架系统进行静力学、运动学、动力学之间的协同优化；其中CATIA软件用于建立空气悬架三维模型；ADAMS软件用于空气悬架车辆运动学分析；ABAQUS软件用于空气弹簧、横向稳定杆的有限元分析；Carsim软件用于模拟空气弹簧车辆在不同工况和道路条件下的性能。

一种汽车空气悬架系统的多学科优化设计方法，包括以下步骤：

(1)建立空气悬架车辆多学科优化模型；

(2)选择系统级优化变量和约束条件，构造系统；

(3)给定系统变量的初始值，将该值传递给各个子系统，进行子系统优化；

(4)完成各个子系统优化后将优化结果反馈给系统级优化，进行优化求解；

(5)系统级对子系统之间协调，判断是否满足一致性约束条件，是否收敛，收敛则求解结束，否则返回第四步再继续计算。

其中，所述步骤(1)中基于动力学、运动学、静力学三学科建立空气悬架车辆多学科优化模型。

协同优化包括两层优化模型：系统级优化模型和并行的子系统级优化模型，其中系统级优化问题的数学模型描述如下：