管梁固定式懸置系統(tǒng)仿真分析及遺傳算法優(yōu)化

朱 強,周良生

（1.陸軍軍事交通學院 研究生管理大隊;2.軍事交通學院運輸研究所,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1,周良生2

（1.陸軍軍事交通學院 研究生管理大隊;2.軍事交通學院運輸研究所,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)對上裝側傾振動的影響和最優(yōu)的結構參數(shù)，建立了整車多體動力學模型。對上裝振動進行仿真分析，并通過遺傳算法對管梁式結構參數(shù)進行優(yōu)化。結果顯示，管梁固定式懸置系統(tǒng)的扭轉剛度參數(shù)比位置參數(shù)對上裝振動的影響程度大。考慮穩(wěn)定性后，扭轉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傾振動角加速度均有所減小。

管梁；減振；側傾振動；優(yōu)化

懸置系統(tǒng)的隔振性能對運輸車輛十分重要，它是決定運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生斜對稱動載荷給車輛帶來的扭轉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行分析，同時對參數(shù)進一步優(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)的結構參數(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)進行優(yōu)化，得到最優(yōu)隔振性能的結構參數(shù)，對管梁式懸置系統(tǒng)的進一步深入研究具有比較大的意義。

1 整車多體動力學模型的建立

通過試驗獲取某運輸車輛相關參數(shù)，將管梁式柔性體車架通過合理設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模型。

圖1 整車多體動力學模型

2 B級路面仿真分析

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

表1 不同路面下上裝質心處側傾振動角加速度

3 利用遺傳算法進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化論的并行隨機搜索的優(yōu)化方法[4]，上個世紀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生種群，種群在進化的過程中進行不斷地進行選擇、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，管梁兩端的扭轉剛度K1、K2，選取的目標函數(shù)為上裝質心處側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)懸置結構特性及計算，待優(yōu)化參數(shù)的原始技術參數(shù)如表2所示。

表2 待優(yōu)化參數(shù)原始值

優(yōu)化過程中上裝質心處側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（橫坐標表示迭代次數(shù)，縱坐標表示上裝質心處側傾角加速度均方根值）。

圖2 上裝質心處側傾角加速度均方根值

由圖2可以看出，目標函數(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)就達到了最優(yōu)的取值。經遺傳算法優(yōu)化后管梁與車架的固定連接位置X，管梁兩端的扭轉剛度K1、K2值如表3。

表3 優(yōu)化后參數(shù)值

經過遺傳算法優(yōu)化后，車輛在通過不同路面時上裝質心處側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，上裝質心處側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作用。

4 結論

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

（2）通過遺傳算法對懸置結構參數(shù)進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后目標值除在B級路面外都降低7%以上，效果明顯。同時獲得了優(yōu)化后懸置結構的參數(shù)值，達到了優(yōu)化的目的。

[1]王凱楠.運輸車輛廂體懸置系統(tǒng)優(yōu)化設計研究[D].天津大學,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,2013.

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

[4]徐利偉.基于改進遺傳算法的懸架結構優(yōu)化[D].河北工程大學,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