管梁固定式懸置系統(tǒng)仿真分析及遺傳算法優(yōu)化

朱 強(qiáng),周良生

（1.陸軍軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊;2.軍事交通學(xué)院運(yùn)輸研究所,天津 300161）

管梁固定式懸置系統(tǒng)仿真分析及遺傳算法優(yōu)化

朱 強(qiáng)1,周良生2

（1.陸軍軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊;2.軍事交通學(xué)院運(yùn)輸研究所,天津 300161）

這里介紹一種管梁固定式懸置系統(tǒng)。為了獲得管梁固定式懸置系統(tǒng)參數(shù)對上裝側(cè)傾振動的影響和最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了整車多體動力學(xué)模型。對上裝振動進(jìn)行仿真分析，并通過遺傳算法對管梁式結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果顯示，管梁固定式懸置系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度參數(shù)比位置參數(shù)對上裝振動的影響程度大?？紤]穩(wěn)定性后，扭轉(zhuǎn)剛度的影響程度也比較大。參數(shù)優(yōu)化后，車輛通過不同路面上裝側(cè)傾振動角加速度均有所減小。

管梁；減振；側(cè)傾振動；優(yōu)化

懸置系統(tǒng)的隔振性能對運(yùn)輸車輛十分重要，它是決定運(yùn)輸車輛效率和壽命的重要因素。管梁固定式懸置系統(tǒng)，對由于路面不平度產(chǎn)生斜對稱動載荷給車輛帶來的扭轉(zhuǎn)振動能起到明顯減弱效果，對上裝隔振性能非常好。在懸置系統(tǒng)減振效果進(jìn)行分析后，需要對懸置系統(tǒng)參數(shù)對上裝的振動的影響程度進(jìn)行分析，同時對參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化。

本文在仿真分析懸置系統(tǒng)的隔振性能后，基于正交試驗分析隔振性能對管梁式懸置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度。得到各參數(shù)對隔振性能的影響程度的不同后，通過遺傳算法對懸置系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)隔振性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對管梁式懸置系統(tǒng)的進(jìn)一步深入研究具有比較大的意義。

1 整車多體動力學(xué)模型的建立

通過試驗獲取某運(yùn)輸車輛相關(guān)參數(shù)，將管梁式柔性體車架通過合理設(shè)計安裝在整車模型上，獲得如圖1所示的加裝管梁式柔性體車架的整車多體動力學(xué)模型。

圖1 整車多體動力學(xué)模型

2 B級路面仿真分析

在Adams里車輛以60km/h車速在B級隨機(jī)路面、三角脈沖路面和大扭曲路面進(jìn)行仿真，通過處理得到其上裝質(zhì)心處側(cè)傾振動角加速度值如表1所示。

表1 不同路面下上裝質(zhì)心處側(cè)傾振動角加速度

3 利用遺傳算法進(jìn)行管梁固定式懸置系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

遺傳算法是一種模擬自然界生物的遺傳法則和自然選擇進(jìn)化論的并行隨機(jī)搜索的優(yōu)化方法[4]，上個世紀(jì)六十年代就由美國人Holland教授提出[5]。主要原理是通過初始化產(chǎn)生種群，種群在進(jìn)化的過程中進(jìn)行不斷地進(jìn)行選擇、雜交和變異，以獲得優(yōu)良后代的過程。

這里待優(yōu)化的參數(shù)是管梁與車架的固定連接位置X，管梁兩端的扭轉(zhuǎn)剛度K1、K2，選取的目標(biāo)函數(shù)為上裝質(zhì)心處側(cè)傾角加速度均方根值（記為R），優(yōu)化的目的是使得R值最小。

根據(jù)懸置結(jié)構(gòu)特性及計算，待優(yōu)化參數(shù)的原始技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 待優(yōu)化參數(shù)原始值

優(yōu)化過程中上裝質(zhì)心處側(cè)傾角加速度均方根值隨著迭代數(shù)次數(shù)的變化如圖2所示（橫坐標(biāo)表示迭代次數(shù)，縱坐標(biāo)表示上裝質(zhì)心處側(cè)傾角加速度均方根值）。

圖2 上裝質(zhì)心處側(cè)傾角加速度均方根值

由圖2可以看出，目標(biāo)函數(shù)隨著迭代次數(shù)增加時，到第三代之后變化就基本上達(dá)到了最小值，再往后基本上不再變化了，算法快速收斂。說明在第三代時待優(yōu)化參數(shù)就達(dá)到了最優(yōu)的取值。經(jīng)遺傳算法優(yōu)化后管梁與車架的固定連接位置X，管梁兩端的扭轉(zhuǎn)剛度K1、K2值如表3。

表3 優(yōu)化后參數(shù)值

經(jīng)過遺傳算法優(yōu)化后，車輛在通過不同路面時上裝質(zhì)心處側(cè)傾振動角加速度隨時間變化曲線與優(yōu)化前的對比如圖3所示。其中紅色虛線代表優(yōu)化后的角加速度隨時間變化曲線，黑色實線代表優(yōu)化前的角加速度隨時間變化曲線。

圖3 B級路面優(yōu)化前后上裝側(cè)傾振動角加速度隨時間變化

優(yōu)化后，車輛以60km/h車速通過B級路面時，上裝質(zhì)心處側(cè)傾振動角加速度峰值為0.91 deg/s2，均方根值為0.26 deg/s2，分別降低了3.2%和7.1%；遺傳算法不僅在懸置系統(tǒng)振動上優(yōu)化有較好的效果，同時也能通過優(yōu)化獲得更好的參數(shù)，對工程實踐起到促進(jìn)作用。

4 結(jié)論

（1）以某重型越野運(yùn)輸車為原型，在車架與上裝間加裝經(jīng)柔性化處理后的管梁式柔性體懸置結(jié)構(gòu)，通過Adams多體動力學(xué)仿真，得到擁有管梁固定式懸置系統(tǒng)的車輛上裝側(cè)傾振動的響應(yīng)變化曲線，結(jié)果的精確性比較好。

（2）通過遺傳算法對懸置結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后目標(biāo)值除在B級路面外都降低7%以上，效果明顯。同時獲得了優(yōu)化后懸置結(jié)構(gòu)的參數(shù)值，達(dá)到了優(yōu)化的目的。

[1]王凱楠.運(yùn)輸車輛廂體懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究[D].天津大學(xué),2014.

[2]唐天柱.某重型卡車駕駛室振動問題分析及優(yōu)化[D].湖南大學(xué),2013.

[3]張武,陳劍,陳鳴.采用正交試驗的發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)靈敏度分析[J].噪聲與振動控制,2011,31(05):168-172.

[4]徐利偉.基于改進(jìn)遺傳算法的懸架結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D].河北工程大學(xué),2013.

[5]Nariman-Zadeh N,Salehpour M,Jamali A,et al,Pareto optimization of a five-degree of freedom vehicle vibration model using a multi-objective uniform-diversity genetic algorithm (MUGA),Engineering Applications of Artificial Intelligence,2010,23(04):543-551.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.002