剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架汽車平順性優(yōu)化

1、工二學(xué)校代號：學(xué)號：密級：公開湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文基于改進遺傳算法的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架汽車平順性優(yōu)化堂僮申請厶姓名！奎吐松昱垣筮名盈驅(qū)箍；塞瞳燮教援墻羞墮僮；扭越量運裁王猩堂暄童些名疊；奎麴王捏詮窒握童旦塑；！生蘭旦旦詮塞筌趲旦期；至！生三旦！窆旦簽避委雖全圭廑；萱童遮熬援（），湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。名：鑼巧吼州“力鉑學(xué)位

2、論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于、保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。、不保密團。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名：期：和年名上名導(dǎo)師簽名：期：年乃少日碩士學(xué)位論文摘要汽車的平順性是指保持汽車在行駛過程中乘員所處的振動和沖擊環(huán)境的舒適性在一定的范圍之內(nèi)的性能，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能。隨著車速和人們對車輛性能要求的提高，

3、平順性已經(jīng)是車輛在市場競爭中爭奪優(yōu)勢的一項重要性能指標(biāo)，是現(xiàn)代高速汽車的主要性能之一，因而如何最大限度地降低汽車在行駛過程中所產(chǎn)生的振動，改善和優(yōu)化車輛的行駛平順性是一項十分有價值和意義的工作。伴隨計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和多體系統(tǒng)動力學(xué)的廣泛應(yīng)用，更加逼近實車、精準(zhǔn)的車輛振動模型建立起來。剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)和非線性懸架開始引入汽車平順性研究。本文是在環(huán)境下建立的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架整車模型的基礎(chǔ)上，在環(huán)境下編輯腳本仿真分析程序，對車輛平順性進行仿真分析，得出了人椅位置垂向加速度以及懸架動行程和車輪動載荷的均方根值與非線性懸架特征參數(shù)的關(guān)系曲線。近代生物進化理論和仿生學(xué)的發(fā)展，給工程最優(yōu)化問題提供了新的設(shè)

4、計思路與方案。本文基于軟件，采用遺傳算法，根據(jù)平順性評價指標(biāo)和懸架特征參數(shù)的關(guān)系對剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架整車模型的懸架八項特征參數(shù)進行了優(yōu)化匹配。考慮標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法易出現(xiàn)“早熟和搜索停滯現(xiàn)象的緣故，對群體初始化和遺傳算子進行了改進。通過對比優(yōu)化前后汽車行駛平順性評價指標(biāo)證明該聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計方法的可行性和優(yōu)良性。該研究對提高其行駛平順性能、降低成本和縮短開發(fā)周期有著一定的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：平順性；遺傳算法；聯(lián)合優(yōu)化，。，”，：；碩士學(xué)位論文目錄學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書摘要：第章緒論汽車平順性平順性評價方法的標(biāo)準(zhǔn)化車輛振動模型的精度化剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)和非線性懸架在平順性研究中的應(yīng)用剛?cè)狁詈舷?/p>

5、統(tǒng)在汽車平順性研究中的應(yīng)用非線性懸架在汽車平順性研究中的應(yīng)用平順性優(yōu)化研究現(xiàn)狀論文的主要內(nèi)容及構(gòu)成第章整車模型建立與平順性仿真研究引言剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架整車模型的建立軟件概述剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架整車模型的建立一整車模型腳本仿真程序創(chuàng)建測量函數(shù)定義輸出變量腳本仿真程序整車模型仿真分析動力學(xué)仿真計算原理分析改變懸架彈簧剛度的線性系數(shù)改變懸架彈簧剛度的非線性系數(shù)改變減震器阻尼的線性系數(shù)改變減震器阻尼的非線性系數(shù)一本章小結(jié)第章遺傳算法及其改進。引言、，基于改進遺傳算法的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架汽車平順性優(yōu)化遺傳算法的特點及其應(yīng)用遺傳算法的基本原理編碼（）一遺傳操作一適應(yīng)度函數(shù)一算法運行參數(shù)的選取一遺傳算法

6、的改進群體初始化的改進遺傳算子的改進一程序考核本章小結(jié)第章整車平順性聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計引言：聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計的特點聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計步驟設(shè)計變量的選取約束條件的確定一目標(biāo)函數(shù)的建立與轉(zhuǎn)化一聯(lián)合優(yōu)化描述懸架參數(shù)的匹配對操縱穩(wěn)定性的影響本章小結(jié)一第章全文總結(jié)及展望全文總結(jié)研究展望參考文獻致射附錄（程序測試函數(shù)）附錄（攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文）碩士學(xué)位論文章緒汽車平順性論汽車的平順性是指保持汽車在行駛過程中乘員所處的振動和沖擊環(huán)境的舒適性在一定的范圍之內(nèi)的性能，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能¨。它是現(xiàn)代高速汽車的主要性能之一，國內(nèi)外對其的研究也由淺入深。追溯至

7、世紀(jì)年代始，國內(nèi)外對車輛平順性的改進研究一般沿以下兩條主線：一是評價方法的標(biāo)準(zhǔn)化，二是振動模型的精度化。平順性評價方法的標(biāo)準(zhǔn)化汽車平順性的研究首先需要制定評價方法和評價指標(biāo)，而平順性主要是根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來評價，由于它是一個主觀因素，所以評價起來就相當(dāng)復(fù)雜。年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了國際標(biāo)準(zhǔn)，于年修訂后重新發(fā)表，該標(biāo)準(zhǔn)制了兩種評價方法一一倍頻帶法和總加權(quán)值評價方法，適用于頻率范圍內(nèi)對人體承受的全身振動的評價。不足之處是是以短時簡諧振動的試驗研究成果為基礎(chǔ)，所以目前對之于在汽車的長時間隨機振動環(huán)境以及其它一些沖擊比較大的振動境中的應(yīng)用仍有爭議，還在不斷補充和修正之中乜。年，英國南安普敦大學(xué)聲

8、振動研究所人體工程研究室的在多年試驗研究的基礎(chǔ)上，提出“總乘坐值法。總體乘坐值法綜合考慮不同頻率的加速度均方根值和不同方向振動的影響，能減少對平順性能的誤判，是較為全面的、適用場合較廣的振動不舒適性評價方法。之后他編寫了英國標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的委托起草全面修訂的新草案，為年新標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生做出了貢獻。年，經(jīng)過幾次修改和補充，公布了：（）人體承受全身振動評價一一第一部分：一般要求。這一標(biāo)準(zhǔn)對于評價長時間作用的隨機振動和多輸入點多軸向振動環(huán)境對人體的影響時，能更好地和主觀感覺一致。評價法在國際上應(yīng)用較為普遍，我國參照采用國際標(biāo)準(zhǔn)人體承受全身振動能力的評價指南制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)在進行汽車平

9、順性評價時，用得最多的是汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法，客車平順性評價指標(biāo)及限值和汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法等哺，人們通常將和聯(lián)合起來使用陽。但由于國內(nèi)外不同的學(xué)者和學(xué)術(shù)團體在平順性評價問題上所持的觀點不盡相同，所以到基于改進遺傳算法的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架汽車平順性優(yōu)化目前為止還沒有一種評價方法得到國際公認(rèn)，即使是己被廣泛采用的和也不能完全令人滿意。這些方法大都只對不同路面等級、不同車速、不同測點、不同振動方向進行分別評價，而沒有考慮到同時來自這幾個方面的綜合影響。車輛振動模型的精度化早期受理論方法和計算手段的限制，建立的車輛振動模型只有一個自由度，這種簡化模型僅可作定性分析。為了研究“座椅

10、一人體”系統(tǒng)的振動在整車振動系統(tǒng)中的作用及相互影響，即在兩個自由度模型的基礎(chǔ)上加入“座椅一人體”系統(tǒng)構(gòu)成三自由度模型。世紀(jì)年代以來，伴隨計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論的不斷完善，使得上述問題研究有了質(zhì)的飛躍。國外多剛體系統(tǒng)動力學(xué)模型在車輛平順性方面的分析在年代中后期已經(jīng)相當(dāng)廣泛。包括等人研究的自由度的剛體動力學(xué)模型盯和英國大學(xué)的等人建立了個自由度的多體動力學(xué)整車模型舊，等。我國在多體系統(tǒng)動力學(xué)方面的研究方面起步較晚但發(fā)展很快。從世紀(jì)代中后期開始，我國開始將多剛體系統(tǒng)動力學(xué)方法引入到汽車平順性研究中，其中比較具備代表性的有：年謝衛(wèi)國對半掛汽車列車平順性了探討，介紹了個自由度的半掛汽車

11、列車振動分析模型，利用該模型和計算機軟件分析了各種構(gòu)參數(shù)對半掛汽車列車行駛平順性的影響舊；年王連明運用模態(tài)分折技術(shù)建立了自由度“人體一座椅一車輛系統(tǒng)的動力學(xué)模型，利用隨機振動理論，給出了振動形態(tài)、傳遞函數(shù)、車輪動載荷、座椅加速度等參量的計算方法，該模型可對汽車的行駛平順性進行預(yù)測和評估引。年張慶才等人采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)建立自由度振動模型，以各態(tài)歷經(jīng)的路面隨機輸入譜對車輛的平順性進行了仿真研究¨；年重慶大學(xué)的樊興華等人以種工況下人體垂直方向加速度加權(quán)均方根值作為舒適性評價指標(biāo)，建立了九自由度汽車振動模型朝；年中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的王國權(quán)等人建立了自由度的汽車乘坐動力學(xué)模型，并利用對其在級隨機

12、路面上行駛的平順性進行了仿真計算扣；年合肥工業(yè)大學(xué)的喬明俠建立了自由度的瑞風(fēng)商務(wù)車模型，進行平順性仿真分析引。剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)和非線性懸架在平順性研究中的應(yīng)用剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)在汽車平順性研究中的應(yīng)用建立合理的車輛平順性模型，是平順性理論分析的重要手段之一，可用于分析汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)對平順性的影響，優(yōu)化分析汽車平順性。車輛平順性的模型雖然已近從早期最簡單的單自由度、簡諧輸入發(fā)展到多自由度、多輸入的隨機激勵的碩士學(xué)位論文空間模型，但是它們具備一個共同的特點一一基于多剛體系統(tǒng)動力學(xué)的剛體線性振動模型。自上世紀(jì)年代末年代始，國外開始把多柔體系統(tǒng)動力學(xué)理論和方法用于汽車技術(shù)領(lǐng)域，這標(biāo)志著汽車多體動力學(xué)的研究領(lǐng)域從最

13、初的剛體系統(tǒng)的運動學(xué)研究擴展到包含柔體的多體系統(tǒng)動力學(xué)研究卜引。由于汽車振動分析技術(shù)有了很大的發(fā)展，首先在汽車的振動分析中引入了模態(tài)綜合技術(shù)。這使汽車的振動分析模型從原來的多自由度剛體模型發(fā)展成為建立在車架等部件有限元分析基礎(chǔ)上的、考慮彈性變形的二維子結(jié)構(gòu)模型。尤其在汽車車架的強度分析中，這種模型得到了廣泛的應(yīng)用。國外在利用振動理論研究汽車平順性方面進展很快，已將具有多方面功能（包含模態(tài)綜合技術(shù)、平順性結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計等等）的大型計算機軟件應(yīng)用于汽車研究、設(shè)計中。我國在這方面的研究雖然起步較晚但發(fā)展很快，近幾年也出了不少成果。年，樸英花、馬天飛等利用軟件建立了某輕型客車的車身有限元模型，將其

14、轉(zhuǎn)化為模型中的柔體部件，并與底盤模型相結(jié)合建立了整車剛?cè)狁詈夏Ｐ?，通過與剛體車身模型仿真計算結(jié)果的比較，探討了剛?cè)狁詈夏Ｐ蛯φ囌駝禹憫?yīng)計算的影響，而剛體車身的作用力略有波動，說體模型加大了前后振動的耦合作用，剛?cè)狁詈夏Ｐ晚憫?yīng)的頻率信息更加詳細，振動幅值減小。年，楊柳青等利用系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件建立懸架多柔體運動學(xué)分析模型，并分別對懸架模型進行了多剛體和多柔體仿真，其結(jié)果表明基于多柔體系統(tǒng)的仿真誤差比基于多剛體系統(tǒng)的誤差要小，仿真結(jié)果更接近實際情況，以及考慮到懸架構(gòu)件的柔性對仿真結(jié)果的影響比運動副內(nèi)橡膠襯套彈性變形對仿真結(jié)果的影響小瞠。年，張立軍等基于多體動力學(xué)理論，應(yīng)用機械系統(tǒng)分析軟件，建立了

15、計及懸架下擺臂、縱向推力桿和橫向穩(wěn)定桿柔性的剛?cè)狁詈险嚹Ｐ?，其中柔性桿件的模態(tài)通過有限元分析獲得。對車身、下擺臂垂直加速度功率譜密度以及懸架動行程和輪胎動位移進行了分析，并與多剛體模型的仿真結(jié)果進行了比較，結(jié)果表明：剛?cè)狁詈系淖饔檬管嚿泶怪奔铀俣裙β首V密度的幅值降低了，下擺臂垂直加速度功率譜密度的峰值減，輪胎動載荷減小約，懸架動行程增大。剛?cè)狁詈夏Ｐ椭g的差異隨車速提高，懸架構(gòu)件的柔性在汽車平順性分析中不可忽視心¨。非線性懸架在汽車平順性研究中的應(yīng)用對于汽車振動非線性平順性問題的研究，由于非線性問題本身的復(fù)雜性，起步較晚。計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為汽車振動的非線性振動的研究

16、提供了有力工具。在汽車非線性模型方面，最早的是、瞳基于改進遺傳算法的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架汽車平順性優(yōu)化等引入鋼板彈簧干摩擦等非線性因素模型。進入年代，越來越多的專家開始致力于汽車懸架非線性特性的研究，各種剛度可變和阻尼可變的非線性懸架應(yīng)運而生。但是由于非線性分析比較復(fù)雜，現(xiàn)有的汽車懸架振動研究仍多討論線性結(jié)構(gòu)。而汽車懸架振動受到各種非線性因素的影響，描述其振動行為的數(shù)學(xué)模型應(yīng)是多自由度的非線性數(shù)學(xué)模型，因此，在車輛非線性隨機振動和平順性研究中，考慮懸架的非線性因素更能真實的反應(yīng)實際車輛在行駛中的各種情況；構(gòu)建實用、有效的懸架非線性模型，對其進行結(jié)構(gòu)修改和平順性預(yù)測，用以指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)計和改造，是很有

17、研究意義的課題。年，鄭蘭霞等建立了汽車懸架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析了懸架元件的非線性對汽車特性的影響分析，然后建立了五自由度的汽車整車非線性動力學(xué)模型，并進行了平順性分析。最后通過實車試驗數(shù)據(jù)與仿真計算結(jié)果的比較，驗證理論模型的可靠性羽。年，李碧軍應(yīng)用和軟件，建立懸架橫向穩(wěn)定桿、前懸架下橫臂、后懸架縱擺臂柔性體模型，將懸架系統(tǒng)中的彈簧剛度和減振器阻尼的非線性因素考慮到整車模型中，在環(huán)境下建立基于剛?cè)狁詈系恼嚪蔷€性模型，并在相同的仿真環(huán)境下，對比研究多剛體線性整車模型和剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架整車模型這兩種模型的整車平順性。仿真研究結(jié)果表明剛?cè)狁詈系姆蔷€性模型的平順性優(yōu)于多剛體線性模型，進一步說明了在

18、研究整車的平順性時建立剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架模型的必要性心引。平順性優(yōu)化研究現(xiàn)狀汽車行駛平順性的優(yōu)劣直接影響到乘員的乘坐舒適性和身心健康，其次振動產(chǎn)生的動載荷會沖擊汽車的零部件，加速零部件的磨損，降低零部件的疲勞壽命。同時它還影響車輛的動力性、經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性等。隨著車速和人們對車輛性能要求的提高，平順性已經(jīng)是車輛在市場競爭中爭奪優(yōu)勢的一項重要性能指標(biāo)，因而如何最大限度地降低汽車在行駛過程中所產(chǎn)生的振動，改善和優(yōu)化車輛的行駛平順性是一項十分有價值和意義的工作。平順性優(yōu)化傳統(tǒng)的方法是建立虛擬樣機模型后，采用實驗方法對車輛的振動特性進行仿真分析，對模型中懸架設(shè)計參數(shù)或其他零部件特征參數(shù)進行靈敏度分

19、析，考察它們對車輛平順性的影響，然后以垂向加速度均方根植或者三向加速度均方加權(quán)值為優(yōu)化目標(biāo)，改進設(shè)計參數(shù)以達到改善車輛行駛平順性的目的。但是該種方法往往只能優(yōu)化匹配一到兩個設(shè)計參數(shù)，對經(jīng)驗數(shù)據(jù)和設(shè)計人員的水準(zhǔn)比較倚重。近年來，在多設(shè)計參數(shù)、多評價指標(biāo)和多約束條件的平順性優(yōu)化問題上，研究人員提出了新的參數(shù)優(yōu)化匹配方法一一將現(xiàn)代控制理論或最優(yōu)化理論結(jié)合虛擬碩士學(xué)位論文樣機模型進行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計，并取得了一些進展。年，倪晉尚建立空間八自由度模型進行了頻域內(nèi)的響應(yīng)分析，觀察一些參數(shù)的變化對平順性的影響，以駕駛員垂直加速度的均方根值作為汽車行駛平順性優(yōu)化目標(biāo)值、以前后懸架垂直剛度作為優(yōu)化變量的優(yōu)化設(shè)計模型

20、，并輔以靜撓度、動撓度、頻率、動載荷等非線性約束，使用序列二次規(guī)劃法，利用編制優(yōu)化程序，求得前后懸架垂直剛度的最優(yōu)匹配值，達到優(yōu)化車輛平順性能的目的。年趙旗等探討遺傳算法應(yīng)用于汽車行駛平順性仿真的可行性，以汽車兩自由度振動模型為對象，建立了汽車行駛平順性優(yōu)化仿真模型，運用遺傳算法對該優(yōu)化仿真模型進行了求解。通過優(yōu)化前后汽車行駛平順性指標(biāo)對比表明遺傳算法用于汽車行駛平順性優(yōu)化仿真取得較好的效果，可以進一步應(yīng)用于基于高自由度汽車振動模型的汽車行駛平順性仿真優(yōu)化問題中乜朝。年劉星、周孔亢等采用線性化方法對空氣彈簧的非線性數(shù)學(xué)模型進行處理，并在車輛模型的基礎(chǔ)上，考慮垂直和俯仰兩個方向的振動，使用多目標(biāo)

21、及遺傳算法相結(jié)合的方法，對車輛系統(tǒng)的平順性進行優(yōu)化。結(jié)果表明優(yōu)化后的車輛平順性的各項指標(biāo)有了不同程度的改善，為進一步對車輛設(shè)計參數(shù)的選擇打下了良好的基礎(chǔ)心們。從以上描述中可以得知，在行駛平順性優(yōu)化和懸架參數(shù)匹配研究問題上，建立能夠更精確地反映實際車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點和更真實地逼近實車的整車虛擬樣機模型以及采用較為全面的平順性評價指標(biāo)，并結(jié)合采用較優(yōu)的優(yōu)化算法對模型進行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計的方法有待于進一步研究。論文的主要內(nèi)容及構(gòu)成本文是在李碧軍參照某型號越野車實車數(shù)據(jù)建立的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架整車模型的基礎(chǔ)上，通過對整車模型的平順性分析，采用改進的遺傳算法聯(lián)合仿真優(yōu)化的方法，優(yōu)化匹配前后非線性懸架的八項特征

22、參數(shù)，達到提高該車平順性能的目的。本文構(gòu)成如下：第一章：回顧了汽車平順性的國內(nèi)外研究概況；介紹了剛?cè)狁詈象w系和非線性懸架在車輛平順性研究中的應(yīng)用；探討了平順性優(yōu)化的現(xiàn)狀、方法和發(fā)展趨勢；引出了本文研究的主要內(nèi)容和文章的構(gòu)成。第二章：概述了從整車多剛體模型到剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架的整車模型的建立過程；介紹了腳本仿真分析程序不同于實驗仿真分析的運用；對軟件的主要功能，語言特點，腳本文件和文件分別進行了闡述；對動力學(xué)仿真計算原理進行了分析。在本章中對車輛平順性進行了仿真計算，通過運行腳本仿真程序，得出八項懸架特征參數(shù)變化對車輛平順性評價指標(biāo)的影響關(guān)基于改進遺傳算法的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架汽車平順性優(yōu)化系曲

23、線和各參數(shù)的合理取值范圍，為最后懸架特征參數(shù)的匹配和整車平順性優(yōu)化提供了有力依據(jù)。第三章：介紹了遺傳算法的基本原理、編碼方式、執(zhí)行策略、遺傳算子、遺傳算法的特點和不足之處。針對標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法容易出現(xiàn)“早熟”和停滯搜索的現(xiàn)象，對群體的初始化和遺傳算子進行了改進，其中對選擇算子采用最優(yōu)保存和輪盤賭選擇相結(jié)合的改進方法，對交叉和變異算子采用自適應(yīng)交叉變異予以改進。第四章：介紹了聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計方法，對本文聯(lián)合遺傳算法和對整車平順性進行優(yōu)化設(shè)計的三個階段進行了描述，對第三階段需要確定三個方面的內(nèi)容即設(shè)計變量、約束條件以及目標(biāo)函數(shù)進行了詳細的闡述。在確定了設(shè)計變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)以后，設(shè)定算法運行的各項參

24、數(shù)，用改進的遺傳算法聯(lián)合對整車模型進行仿真優(yōu)化。對比分析了優(yōu)化前后整車平順性的改善；對比分析了優(yōu)化前后整車模型在不同車速下各評價指標(biāo)的均方根值變化。碩士學(xué)位論文第章整車模型建立與平順性仿真研究引言隨著在汽車行駛平順性研究中對模型精度要求的日益提高，將懸架構(gòu)件和其他具有明顯柔性體特性的部件視作剛體的傳統(tǒng)處理方法已經(jīng)不能滿足研究需要，它們的非線性特性和柔性變形不應(yīng)被忽略。因此，在虛擬樣機平順性仿真分析模型中考慮柔性部件的柔性體特性和變形部件的非線性特性是非常有必要的。剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架整車模型的建立本文是在李碧軍基于建立的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架整車模型的基礎(chǔ)上進行研究的。下面對軟件做簡要介紹。軟件概

25、述（）軟件是由美國機械動力公司（）所開發(fā)的機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件。通過使用其交互圖形環(huán)境和部件庫、約束庫、力庫用戶可以迅速建立完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型。提供多種可選模塊，其中核心軟件包包括交互式圖形環(huán)境（圖形用戶界面模塊）、（仿真求解器）和（專用后處理）等，這些使得在汽車行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架整車模型的建立在中建立某型號越野車的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架整車模型的三個步驟：首先建立前懸架及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、橫向穩(wěn)定桿、后懸架系統(tǒng)、人一椅系統(tǒng)、路面和車輪模型，并將這些系統(tǒng)整合成整車多體動力學(xué)模型；將多剛體線性模型中的前后懸架的彈簧剛度和減振器阻尼非線性化，建立橫向穩(wěn)定桿、前懸架下橫臂、后懸

26、架縱橫臂的柔體模型和懸架中的橡膠襯套模型；將柔性體部件代替原來的多剛體部件，建立基于剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架整車模型。某越野車前懸架采用麥弗遜式獨立懸架（左右懸架對稱），轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，后懸架系統(tǒng)采用螺旋彈簧加雙向減振器，導(dǎo)向機構(gòu)為縱擺臂加側(cè)向推力桿的結(jié)構(gòu)形式乜。人一椅系統(tǒng)模型采用汽車平順性隨機輸入行駛實驗方法（）中規(guī)定的身高為士，體重為士的自然人。模型建立時人體和車身用彈簧和阻尼相連，座椅與車身用襯套相連，輪胎模型選基于改進遺傳算法的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架汽車平順性優(yōu)化用提供的輪胎模型，路面模型通過編制路面文件在中生成級路面。獲取整車特性參數(shù)，先后建立前懸架及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、橫向穩(wěn)定桿模型

27、、后懸架模型、人一椅系統(tǒng)模型、輪胎和路面模型，加以整合得到多剛體整車模型如圖所示。圖多剛體整車模型依據(jù)阻尼減振器非線性經(jīng)驗數(shù)據(jù)乜釘叫，建立模型如下：厶蛐醅，（）【厶越式中，缸三一三。前懸架減振器的特性曲線如圖所示，其中，圖為減振器的阻力一速度特性曲線，圖為減振器的阻力一位移特性曲線晦引。一，鄉(xiāng)鬈一二，÷圖減振器的阻力一速度特性弱（）圖減振器的阻力一位移特性懸架彈簧的非線性特性為：丘（）（）（）前懸架彈簧的彈性特性曲線如圖所示。，口圖前懸架彈簧的彈性特性曲線考慮懸架系統(tǒng)中的彈簧剛度和減振器阻尼的非線性因素，在多剛體整車模型中建立非線性彈簧和阻尼。車輛系統(tǒng)中包含大量的柔性體部件，車輛剛?cè)?/p>

28、耦合是車輛模型精細化的重要內(nèi)容。本研究在和環(huán)境下，對橫向穩(wěn)定桿、前懸架的下橫臂和后懸架的縱擺臂等桿狀部件進行模態(tài)分析，并通過模態(tài)綜合法把有限元模型嵌入到虛擬樣機模型中建立了基于柔性體的剛?cè)狁詈夏Ｐ?。如圖所示。圖剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架整車模型整車模型腳本仿真程序根據(jù)所建的虛擬樣機模型，對其在虛擬環(huán)境下進行平順性仿真分析，研究車輛參數(shù)對汽車平順性的影響，同時可以修改設(shè)計參數(shù)，仿真不同的設(shè)計方案，對需要優(yōu)化設(shè)計的車輛參數(shù)進行多次修改，直至獲得車輛參數(shù)和平順性評價指標(biāo)之間的關(guān)系曲線。一般地探討車輛參數(shù)對車輛性能影響地方法是通過手動設(shè)置設(shè)計參數(shù)值進行仿真，在后處理模塊中導(dǎo)出車輛參數(shù)與車輛性能關(guān)系曲線，重復(fù)

29、多次，得到多條參數(shù)值與車輛性能的關(guān)系曲線，再加以主觀比較得出車輛參數(shù)變化對車輛性能的影響大體趨勢，從而選取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計參數(shù)值。鑒于上述方法需要反復(fù)多次、耗時、不精確等不科學(xué)性，本文在環(huán)境下編輯腳本仿真分析程序，對模型設(shè)計參數(shù)賦予某區(qū)間段多個數(shù)值并進行仿真分析輸出仿真結(jié)果，從而方便得出各車輛參數(shù)變化對車輛性能的影響范圍和趨勢，進而選定設(shè)計參數(shù)的取值范圍?；诟倪M遺傳算法的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架汽車平順性優(yōu)化創(chuàng)建測量函數(shù)基于上述剛?cè)狁詈系姆蔷€性懸架整車模型和仿真分析程序，對行駛平順性的性能進行仿真計算。其中懸架特性參數(shù)直接影響振動的強弱，影響著車輛的行駛平順性，考查它們對車輛平順性的有效影響范圍，能為最

30、后對整車進行平順性優(yōu)化提供有力依據(jù)。仿真計算時主要分析駕駛員垂向加速度以及懸架動行程和車輪動載荷的均方根值與懸架特征參數(shù)關(guān)系。下面先在整車模型中建立駕駛員垂向加速度以及懸架動行程和車輪動載荷的測量函數(shù)¨。建立測量函時，在菜單欄中，選擇，創(chuàng)建新的測量函數(shù)。在函數(shù)編輯器對話窗中的測量名稱（）欄輸入測量函數(shù)名稱，如測量駕駛員垂向加速度則輸入“，在一般屬性（）的單位（）欄中選擇測量單位，如測量垂向加速度則選擇“”，借助于函數(shù)編輯器提供的基本函數(shù)，編輯各測量函數(shù)表達式。據(jù)此依次創(chuàng)建駕駛員垂向加速度以及前后懸架動行程和前后車輪動載荷的五個測量函數(shù)，同時系統(tǒng)自動生成測量函數(shù)的測量曲線。定義輸出變量

31、創(chuàng)建各測量函數(shù)之后，把這些測量函數(shù)定義為輸出變量。在菜單欄中，選擇，建立新的。在后處理編輯器對話窗中的后處理名稱（）欄輸入后處理名稱，比如要考查各測量變量對修改減震器阻尼系數(shù)的響應(yīng)就在輸入欄中輸入“”（），在標(biāo)識碼（）中輸入“”，在“”、“”、“”、“，“”中依次編輯上述創(chuàng)建的測量函數(shù)名稱，如圖所示。按“，系統(tǒng)將在新建立的后處理中定義各輸出變量并自動保存至模型們?！版铡澳總?cè)”“蜊。一，：，唧朝奢耐鼬鄴腳啦，圖新建后處理編輯器碩士學(xué)位論文腳本仿真程序腳本仿真程序是在環(huán)境下編輯完成的。是是公司于年推出的一種科學(xué)計算軟件，的含義是矩陣實驗室（），其名字來自“”和“”兩個詞的前三個字母的組合。它是一種

32、以矩陣為基本編程單元的程序設(shè)計語言，具有強大的數(shù)值計算功能、圖形表達功能及可視化的仿真環(huán)境口引。同時，還具有很好的開放性，用戶可以根據(jù)自己的需求，利用提供的基本工具，靈活地編制和開發(fā)自己的程序，開創(chuàng)新的應(yīng)用。的語言特點及其語言文件被稱為第四代計算機語言，語言之所以能顯示出旺盛的生命力迅速普及，是由于它利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來，用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了和語言的冗長代碼，給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。語言的主要有不同于其他語言的如下三個特點陽引。一是語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富；二是運算符豐富；三是程序限制不嚴(yán)格，程序

33、設(shè)計自由度大，程序的移植性強。語言作為一種功能強大的、高級高效的編程工具軟件，使用和調(diào)試起來都比較容易。利用提供的豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)，用戶可以迅速展開工作，編程驗證自己的設(shè)計和算法。文件是所特有的使用該語言編寫的磁盤文件，是由一系列的語句組成，既可以是一系列窗口命令語句，又可以是由各種控制語句和說明語句構(gòu)成的函數(shù)文件。所有的文件都是以“”作為擴展名，形式有兩種：腳本文件和函數(shù)文件鰣。腳本文件類似于下的批處理文件，它由一系列的語句組成，可以通過文本編輯對其進行查看或修改。在的提示符下直接輸入腳本文件名，便可自動執(zhí)行文件中的一系列命令，直到得出最終結(jié)果。文件可以通過文件編輯器建立完成，即通過命令窗口的

34、菜單下的命令建立。函數(shù)文件的功能是建立一個函數(shù)，且這個文件與的庫函數(shù)一樣使用。的函數(shù)是由語句引導(dǎo)的，其通用格式如下：，少，】（，）（）其中，礦為函數(shù)名，和，分別為輸入和輸出變量。它們可以是矩陣、字符串、標(biāo)量、或數(shù)組。腳本仿真程序本文仿真分析程序處理對象是模型語言文件。接創(chuàng)建測量函數(shù)和基于改進遺傳算法的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架汽車平順性優(yōu)化后，需要導(dǎo)出該模型的模型語言文件。該腳本仿真分析程序由幾個子程序銜接而成，其中包括模型文件修改程序，腳本仿真控制文件，仿真結(jié)果處理程序。（）修改模型文件程序該程序的主要功能為對文件進行修改，該文件在環(huán)境下編輯的，其主要構(gòu)成部分為打開模型的文件，生成新的文件，查找出原

35、文件中需要修改的部分，將需要修改的部分更換為指定的內(nèi)容生成新的文件。（）腳本仿真控制文件腳本仿真控制文件以“為文件名后綴，文件中包含模型調(diào)用、仿真步長設(shè)置、輸出結(jié)果文件設(shè)置等命令。（）仿真結(jié)果處理程序仿真結(jié)束后，其仿真結(jié)果會由創(chuàng)建的導(dǎo)出到的指定的目錄下面，由該程序?qū)筇幚砦募M行讀寫，主要讀出五個測量函數(shù)值、時間、步長等，然后將它們寫入到生成的文檔中。仿真分析程序具體流程為：在環(huán)境下以仿真分析作為主程序，設(shè)置車輛懸架參數(shù)的取值范圍，將仿真分析程序產(chǎn)生的個體（設(shè)計變量）通過修改模型程序?qū)懭胛募?，對模型中的懸架機構(gòu)作相應(yīng)修改，然后調(diào)用文件對該模型進行仿真計算，所需結(jié)果將保存在文件中，然后由后處理

36、程序讀取測量函數(shù)值，并計算各測量函數(shù)值的均方根值并予以保存。再由仿真分析程序?qū)δＰ唾x新的懸架參數(shù)重新計算，通過循環(huán)直至最后繪制出懸架參數(shù)和測量函數(shù)值之間的關(guān)系曲線。詳細過程如圖所示。圖腳本仿真流程圖碩士學(xué)位論文整車模型仿真分析整車模型仿真計算是在模塊下完成的，求解器采用多體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析。下面對動力學(xué)仿真計算原理做簡要的分析。動力學(xué)仿真計算原理分析在中采用拉格朗乘子法和拉格朗日方程建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，其一般形式為：（，名，）（，）一香（），）式中：一用戶定義的微分方程及系統(tǒng)動力學(xué)微分方程；一描述完整約束的代數(shù)

37、方程列陣；一描述非完整約束的方程列陣；一廣義坐標(biāo)列陣；口，一廣義速度列陣；九一約束反力及作用力列陣進行運動學(xué)分析時研究零自由度系統(tǒng)位置、速度、加速度和約束反力，因此只需求解系統(tǒng)約束方程：（，（）用吉爾（）預(yù)估一校正算法可以有效地求解上式。根據(jù)當(dāng)前時刻的系統(tǒng)狀態(tài)矢量值，用級數(shù)預(yù)估下一個時刻系統(tǒng)的狀態(tài)矢量值。鞏魯辦壺爭億，式中：時間步長州。這種預(yù)估算法得到的新時刻的系統(tǒng)狀態(tài)矢量值通常不準(zhǔn)確，公式（）右邊項不等于零，可由吉爾階積分求解程序（或其它向后差分積分程序）來校正。，?？?，。一，（）式中：，為的積分程序的系數(shù)值；州為（）在時的近似值將公式（）重寫得：。尋。一面一備州州。（）湛）將公式（）在川時

38、刻展開，得：（州，）（）任一時刻乙位置的確定，可由約束方程的牛頓一拉夫森（）迭代方法求得：基于改進遺傳算法的剛?cè)狁詈戏蔷€性懸架汽車平順性優(yōu)化剖艫饑）（）式中：，表示第次迭代；。時刻速度、加速度的確定，可由約束方程求一階、二階時間導(dǎo)數(shù)得到：罷一罷【百尸一百一）（考弘一窘喜喜篆象塒，丟（署弘若（等）訃，可由帶乘子拉格朗日方程得到：（考名一丟（考），（考，軟件進行動力學(xué)分析時，提供了兩類算法作為該軟件的求解器算法：（）提供（）積分求解程序，采用坐標(biāo)分離算法，來求解獨立坐標(biāo)的微分方程，這種方法適于模擬特征值經(jīng)歷突變的系統(tǒng)或高頻系統(tǒng)。（）提供積分器、積分器和積分器三種功能強大的變階、變步長積分求解程序用

39、來求解稀疏耦合的非線性微分代數(shù)方程，這種方法適于模擬剛性系統(tǒng)（特征值變化范圍大的系統(tǒng)）。改變懸架彈簧度的線性系數(shù)定義前后懸架特征參數(shù)如表所示。表懸架特征參數(shù)定義表進行整車模型仿真分析時，設(shè)定車速，設(shè)定仿真步長為，每次只改變其中一個特征參數(shù)，其他參數(shù)值不變。觀察各響應(yīng)的均方根值隨被選取的特征參數(shù)的變化特性。在修改程序中將前懸架彈簧剛度線性系數(shù)療從到依次賦值，運行腳本仿真分析程序，仿真得到各測量函數(shù)值也就是各響應(yīng)的均方根值隨打變化的曲線如圖所示。碩士學(xué)位論文之蜊峻景亦卅前懸彈簧剛度線性系數(shù)圖車身垂向加速度隨前懸架剛度系數(shù)變化曲線陜制蹀啦圖懸架動撓度隨前懸架剛度系數(shù)變化曲線工稼赫蔣日辭圖輪胎動載荷隨前懸剛度系數(shù)變化曲線通過圖可以看出，當(dāng)前懸架彈簧剛度線性系數(shù)療從到遞增、其他懸架特征參數(shù)不變