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履带式装甲车辆 悬挂装置设计方法

阅读：87发布：2020-05-14

专利汇可以提供履带式装甲车辆悬挂装置设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于集成及优化技术的履带式装甲车辆悬挂装置设计方法，属于履带式装甲车辆悬挂装置设计技术领域。本发明在运用多体动力学仿真软件建立履带式车辆模型进行仿真分析的基础上，以仿真结果为优化目标，在优化集成软件中建立集仿真软件与计算软件为一体的自动化仿真模型，实现了借助计算机自动进行仿真计算及数据处理的设计工作；利用现代优化方法及算法，节省了仿真计算时间，获得了最优的悬架弹簧刚度和减振器阻尼系数。本发明减少了设计人员的工作量，提高了行动系统的设计效率和设计精度，提升了履带式车辆的平顺性，缩短车辆研发周期，降低开发成本。，下面是履带式装甲车辆悬挂装置设计方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于集成及优化技术的履带式装甲车辆悬挂装置设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、运用ADAMS 软件建立履带式装甲车辆参数化模型，对该履带式装甲车辆参数化模型进行平顺性仿真，得到车体质心垂直方向振动加速度的均方根值，以此均方根值作为平顺性评价指标；
步骤二、将平顺性评价指标，即车体质心垂直方向振动加速度的均方根a作为优化目标，选择履带式装甲车辆悬挂装置的悬架弹簧刚度k和减振器的阻尼系数μ作为设计变量，建立数学模型；
步骤三、运用多学科流程自动化与设计优化集成工具Isight软件建立集成ADAMS和Matlab的自动化仿真模型；
步骤四、采用试验设计与响应面模型逼近相结合的优化方法，将所述自动化仿真模型进行简化，建立自动化仿真模型的优化模型；
步骤五、采用Isight中的多岛遗传算法确定可行区域，然后利用序列二次规划对可行区域进行搜索，最终得出优化结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中所建立的数学模型为：优化目标：y＝amin
设计变量：x＝{x1,x2}＝{k,μ}
约束：x1min≤x1≤x1max，x2min≤x2≤x2max
其中，amin为车体质心垂直方向振动加速度的均方根的最小值；x1min、x1max分别为x1的最小、最大边界值；x2min、x2max为x2的最小、最大边界值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤三中建立集成ADAMS和Matlab的自动化仿真模型具体为：首先从已建立的履带式装甲车辆参数化模型导出等效文件_ATV502g.adm，作为自动化仿真模型的输入文件，并建立相应的模板文件，用于定义设计变量(x1、x2)；同时建立exp.txt文件，作为自动化仿真模型的输出文件，该自动化仿真模型可在_ATV502g.adm文件中根据约束条件范围自动给出设计变量值(x1、x2)，通过ADAMS求解器Adams.bat对_ATV502g.adm进行计算，输出车体质心垂直方向振动加速度随时间变化的数值，然后自动启动matlab.bat提取该数据，计算出加速度的均方根值，写入exp.txt输出文件。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤四中将所述自动化仿真模型进行简化具体为：在Isight软件环境下对自动化仿真模型进行四个水平的正交试验设计，生成响应面模型，拟合出车体质心垂直方向振动加速度y与弹簧刚度x1、阻尼系数x2的函数关系式：
y＝3.766-0.007x1+2.44×10-5x2+5.61×10-6x12-1.04×10-10x22-1.33×10-8x1x2①由此，根据公式①运用Isight软件建立了自动化仿真模型的优化模型。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤五之后还包括步骤六、将优化出的设计变量值代回到履带式装甲车辆参数化模型中进行仿真验证，最终确定悬架弹簧刚度和减振器阻尼系数。

说明书全文

履带式装甲车辆 悬挂装置设计方法

技术领域

[0001] 本发明属于履带式装甲车辆悬挂装置设计技术领域，具体涉及一种基于集成及优化技术的履带式装甲车辆悬挂装置设计方法。

背景技术

[0002] 悬挂装置是履带式装甲车辆行动系统的重要组成部分，该装置的功用是把车体和负重轮弹性地连接起来，传递作用在负重轮和车体间的一切力和力矩，缓和车辆行驶时经负重轮传到车体的冲击力，并减少车体的振动。

[0003] 目前悬挂装置的设计是在理论计算的基础上，人工借助一些单独的计算软件和仿真软件，以达到技术指标为目的，经过修改参数——仿真计算——再修改——再计算的反复迭代过程，寻出较优的悬挂装置的设计参数，从而实现悬挂装置的优化匹配设计。

[0004] 上述技术方案存在以下缺陷：

[0005] (1)悬挂装置设计过程中，需要借助多种软件进行参数的优化匹配设计，设计过程不连续，需要人工从上一个软件提取数据，经过分析处理作为下一个软件的重要参数进行计算分析，这就需要设计人员熟练掌握各种设计软件，耗费大量的精力完成整个设计过程。

[0006] (2)设计人员对仿真计算的结果进行分析，凭经验判断趋势后，调整悬挂的刚度和阻尼参数。由于每个人的经验不同，分析判断时很容易产生偏差，有时需要很长时间才能找到较好的匹配参数，而且结果还不一定是最优的。

发明内容

[0007] (一)要解决的技术问题

[0008] 本发明要解决的技术问题是：如何提出一种履带式车辆悬挂装置设计方法，以便于研制出性能良好的悬挂装置。

[0009] (二)技术方案

[0010] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于集成及优化技术的履带式装甲车辆悬挂装置设计方法，包括以下步骤：

[0011] 步骤一、运用ADAMS软件建立履带式装甲车辆参数化模型，对该履带式装甲车辆参数化模型进行平顺性仿真，得到车体质心垂直方向振动加速度的均方根值，以此均方根值作为平顺性评价指标；

[0012] 步骤二、将平顺性评价指标，即车体质心垂直方向振动加速度的均方根a作为优化目标，选择履带式装甲车辆悬挂装置的悬架弹簧刚度k和减振器的阻尼系数μ作为设计变量，建立数学模型；

[0013] 步骤三、运用多学科流程自动化与设计优化集成工具Isight软件建立集成ADAMS和Matlab的自动化仿真模型；

[0014] 步骤四、采用试验设计与响应面模型逼近相结合的优化方法，将所述自动化仿真模型进行简化，建立自动化仿真模型的优化模型；

[0015] 步骤五、采用Isight中的多岛遗传算法确定可行区域，然后利用序列二次规划对可行区域进行搜索，最终得出优化结果。

[0016] 优选地，步骤二中所建立的数学模型为：优化目标：y＝amin

[0017] 设计变量：x＝{x1,x2}＝{k,μ}

[0018] 约束：x1min≤x1≤x1max，x2min≤x2≤x2max

[0019] 其中，amin为车体质心垂直方向振动加速度的均方根的最小值；x1min、x1max分别为x1的最小、最大边界值；x2min、x2max为x2的最小、最大边界值。

[0020] 优选地，在步骤三中建立集成ADAMS和Matlab的自动化仿真模型具体为：首先从已建立的履带式装甲车辆参数化模型导出等效文件_ATV502g.adm，作为自动化仿真模型的输入文件，并建立相应的模板文件，用于定义设计变量(x1、x2)；同时建立exp.txt文件，作为自动化仿真模型的输出文件，该自动化仿真模型可在_ATV502g.adm文件中根据约束条件范围自动给出设计变量值(x1、x2)，通过ADAMS求解器Adams.bat对_ATV502g.adm进行计算，输出车体质心垂直方向振动加速度随时间变化的数值，然后自动启动matlab.bat提取该数据，计算出加速度的均方根值，写入exp.txt输出文件。

[0021] 优选地，步骤四中将所述自动化仿真模型进行简化具体为：在Isight软件环境下对自动化仿真模型进行四个水平的正交试验设计，生成响应面模型，拟合出车体质心垂直方向振动加速度y与弹簧刚度x1、阻尼系数x2的函数关系式：

[0022] y＝3.766-0.007x1+2.44×10-5x2+5.61×10-6x12-1.04×10-10x22-1.33×10-8x1x2①[0023] 由此，根据公式①运用Isight软件建立了自动化仿真模型的优化模型。

[0024] 优选地，在步骤五之后还包括步骤六、将优化出的设计变量值代回到履带式装甲车辆参数化模型中进行仿真验证，最终确定悬架弹簧刚度和减振器阻尼系数。

[0025] (三)有益效果

[0026] 本发明在Isight环境下建立了一个集成ADAMS和Matlab的自动化仿真模型，该模型可以自动进行仿真计算；采用试验设计方法与响应面模型逼近方法相结合的优化方法，拟合出一个弹簧刚度、阻尼系数与车体质心垂直方向振动加速度的近似数学模型，运用Isight建立了优化模型；采用多岛遗传算法确定可行区域与利用序列二次规划对可行区域进行搜索相结合的策略寻找最优解。在运用多体动力学仿真软件建立履带式车辆模型进行仿真分析的基础上，以仿真结果为优化目标，在优化集成软件中建立集仿真软件与计算软件为一体的自动化仿真模型，实现了借助计算机自动进行仿真计算及数据处理的设计工作；利用现代优化方法及算法，节省了仿真计算时间，获得了最优的悬架弹簧刚度和减振器阻尼系数。本发明减少了设计人员的工作量，提高了行动系统的设计效率和设计精度，提升了履带式车辆的平顺性，缩短车辆研发周期，降低开发成本。附图说明

[0027] 图1是本发明的优化匹配设计流程图；

[0028] 图2是本发明的建立集成ADAMS和Matlab的自动化仿真模型的数据流程图。

具体实施方式

[0029] 为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

[0030] 本发明是为研制出性能良好的悬挂装置，提出的一种基于集成及优化技术的履带式车辆悬挂装置设计方法。

[0031] 本发明以履带式装甲车辆为研究对象，提出了一种基于虚拟样机技术、软件集成技术及多学科优化技术的悬挂装置优化匹配设计方法。该方法的设计流程如图1所示，包括以下步骤：

[0032] 步骤一、运用ADAMS软件建立履带式装甲车辆参数化模型，对该模型进行平顺性仿真，得到车体质心垂直方向振动加速度的均方根值，以此均方根值作为平顺性评价指标；

[0033] 步骤二、将平顺性评价指标(车体质心垂直方向振动加速度的均方根a)作为优化目标；在悬挂装置设计中，悬架弹簧刚度和减振器的阻尼系数是保证悬挂装置性能的主要参数，因此选择悬架弹簧刚度k和减振器的阻尼系数μ作为设计变量，建立数学模型：

[0034] 优化目标：y＝amin

[0035] 设计变量：x＝{x1,x2}＝{k,μ}

[0036] 约束：x1min≤x1≤x1max，x2min≤x2≤x2max

[0037] 其中，amin为车体质心垂直方向振动加速度的均方根的最小值；x1min、x1max分别为x1的最小、最大边界值；x2min、x2max为x2的最小、最大边界值。

[0038] 步骤三、运用多学科流程自动化与设计优化集成工具Isight软件建立集成ADAMS和Matlab的自动化仿真模型。数据流程如图2所示，首先从已建立的履带式装甲车辆参数化模型导出等效文件_ATV502g.adm，作为自动化仿真模型的输入文件，并建立相应的模板文件，用于定义设计变量(x1、x2)；同时建立exp.txt文件，作为自动化仿真模型的输出文件。该自动化仿真模型可以在_ATV502g.adm文件中根据约束条件范围自动给出设计变量值(x1、x2)，通过ADAMS求解器Adams.bat对_ATV502g.adm进行计算，输出车体质心垂直方向振动加速度随时间变化的数值，然后自动启动matlab.bat提取该数据，计算出加速度的均方根值，写入exp.txt输出文件。

[0039] 步骤四、由于_ATV502g.adm文件复杂，计算一遍至少需要30分钟，而整个优化过程有1000多步。为了简便优化步骤，节省计算时间，采用试验设计与响应面模型逼近相结合的优化方法，将复杂的自动化仿真模型进行简化。在Isight软件环境下对自动化仿真模型进行四个水平的正交试验设计，生成响应面模型，拟合出车体质心垂直方向振动加速度y与弹簧刚度x1、阻尼系数x2的函数关系式：

[0040] y＝3.766-0.007x1+2.44×10-5x2+5.61×10-6x12-1.04×10-10x22-1.33×10-8x1x2①[0041] 由此，根据公式①运用Isight软件建立了自动化仿真模型的优化模型。

[0042] 步骤五、采用Isight中的多岛遗传算法确定可行区域，然后利用序列二次规划对可行区域进行搜索，最终得出优化结果。

[0043] 步骤六、由于优化模型是车体质心垂直方向振动加速度与弹簧刚度、阻尼系数间关系的近似模型，必将存在误差，这里将优化出的设计变量值代回到履带式装甲车辆参数化模型中进行仿真验证，最终确定悬架弹簧刚度和减振器阻尼系数。

[0044] 可以看出，本发明建立了一个在Isight环境下集成ADAMS和Matlab的自动化仿真模型，相对于传统的设计方法，节省了设计人员的工作量，提升了行动系统的设计效率。

[0045] 采用试验设计方法与响应面模型逼近方法相结合的优化方法，拟合出一个弹簧刚度、阻尼系数与车体质心垂直方向振动加速度的近似数学模型，建立了优化模型。该模型计算一步的时间不到10秒钟，相比自动化仿真模型计算一步需要30分钟，大大节省了计算机优化时间。

[0046] 采用多岛遗传算法确定可行区域与序列二次规划对可行区域进行搜索相结合的策略寻找最优解。遗传算法扩大了搜索空间，不会导致计算陷入局部最优的困境；而序列二次规划可加快收敛速度。因此，两者相结合的优化策略既保证了优化结果的全局性，又兼顾了计算效率。

[0047] 本发明可以有效提高悬挂装置的研制水平，对提高履带式车辆行进间的射击精度和首发命中率，减少整车的振动加速度，改善乘员工作的舒适性；缩短车辆研发周期，降低开发成本有非常好的工程实用性。

[0048] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

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