朱 強(qiáng),周良生

（1.陸軍軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì);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(duì);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(duì)上裝側(cè)傾振動(dòng)的影響和最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了整車(chē)多體動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)上裝振動(dòng)進(jìn)行仿真分析，并通過(guò)遺傳算法對(duì)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(duì)上裝振動(dòng)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(chē)輛通過(guò)不同路面上裝側(cè)傾振動(dòng)角加速度均有所減小。

管梁；減振；側(cè)傾振動(dòng)；優(yōu)化

懸置系統(tǒng)的隔振性能對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛十分重要，它是決定運(yùn)輸車(chē)輛效率和壽命的重要因素。管梁固定式懸置系統(tǒng)，對(duì)由于路面不平度產(chǎn)生斜對(duì)稱(chēng)動(dòng)載荷給車(chē)輛帶來(lái)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)能起到明顯減弱效果，對(duì)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(duì)懸置系統(tǒng)參數(shù)對(duì)上裝的振動(dòng)的影響程度進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)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(yàn)分析隔振性能對(duì)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(duì)隔振性能的影響程度的不同后，通過(guò)遺傳算法對(duì)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(duì)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(chē)多體動(dòng)力學(xué)模型的建立

通過(guò)試驗(yàn)獲取某運(yùn)輸車(chē)輛相關(guān)參數(shù)，將管梁式柔性體車(chē)架通過(guò)合理設(shè)計(jì)安裝在整車(chē)模型上，獲得如圖1所示的加裝管梁式柔性體車(chē)架的整車(chē)多體動(dòng)力學(xué)模型。

圖1 整車(chē)多體動(dòng)力學(xué)模型

2 B級(jí)路面仿真分析

在A(yíng)dams里車(chē)輛以60km/h車(chē)速在B級(jí)隨機(jī)路面、三角脈沖路面和大扭曲路面進(jìn)行仿真，通過(guò)處理得到其上裝質(zhì)心處側(cè)傾振動(dòng)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(dòng)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(gè)世紀(jì)六十年代就由美國(guó)人Holland教授提出[5]。主要原理是通過(guò)初始化產(chǎn)生種群，種群在進(jìn)化的過(guò)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(guò)程。

這里待優(yōu)化的參數(shù)是管梁與車(chē)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(jì)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(guò)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(shí)，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(shuō)明在第三代時(shí)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(chē)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(guò)遺傳算法優(yōu)化后，車(chē)輛在通過(guò)不同路面時(shí)上裝質(zhì)心處側(cè)傾振動(dòng)角加速度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)與優(yōu)化前的對(duì)比如圖3所示。其中紅色虛線(xiàn)代表優(yōu)化后的角加速度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)，黑色實(shí)線(xiàn)代表優(yōu)化前的角加速度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)。

圖3 B級(jí)路面優(yōu)化前后上裝側(cè)傾振動(dòng)角加速度隨時(shí)間變化

優(yōu)化后，車(chē)輛以60km/h車(chē)速通過(guò)B級(jí)路面時(shí)，上裝質(zhì)心處側(cè)傾振動(dòng)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(dòng)上優(yōu)化有較好的效果，同時(shí)也能通過(guò)優(yōu)化獲得更好的參數(shù)，對(duì)工程實(shí)踐起到促進(jìn)作用。

4 結(jié)論

（1）以某重型越野運(yùn)輸車(chē)為原型，在車(chē)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(guò)Adams多體動(dòng)力學(xué)仿真，得到擁有管梁固定式懸置系統(tǒng)的車(chē)輛上裝側(cè)傾振動(dòng)的響應(yīng)變化曲線(xiàn)，結(jié)果的精確性比較好。

（2）通過(guò)遺傳算法對(duì)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(jí)路面外都降低7%以上，效果明顯。同時(shí)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(chē)輛廂體懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].天津大學(xué),2014.

[2]唐天柱.某重型卡車(chē)駕駛室振動(dòng)問(wèn)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(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)靈敏度分析[J].噪聲與振動(dòng)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