多学科优化方法在汽车底盘设计中的应用研究

摘要

随着汽车技术的不断进步，汽车底盘系统越来越复杂，其各组成子系统之间的相互作用也日益明显，底盘系统设计涉及到多学科领域，使得底盘系统的总体设计过程十分复杂。为挖掘设计潜力，提高设计质量，本文以此为出发点，将多学科优化技术引入到底盘设计中，分析和研究了底盘复杂系统的综合优化设计理论与方法，对于底盘系统的设计具有重要的学术价值和广阔的应用前景。
　　本文在对底盘设计方法和多学科设计优化方法进行分析和总结的基础上，分别在底盘集成设计、电子化设计及轻量化设计中展开了多学科设计优化应用研究。完成的主要研究工作和成果如下:
　　(1)分析了MDO的设计模式，求解思路以及优化算法，定义了设计变量灵敏度耦合强度的方法和判定准则。在此基础上，设计了EPS/ASS/ABS系统的多学科设计优化模型。
　　(2)搭建了ASS和EPS集成系统的多学科优化模型;采用AAO优化算法对ASS/EPS集成系统的机械参数和控制参数进行了优化设计，并通过优化后的参数与优化前的参数代入计算模型作了对比分析，结果表明，经AAO优化后，能减少系统机械结构和控制系统之间的影响和耦合因素，实现系统全局性能最优设计。最后进行了装车试验，结果验证了所建模型和优化方法的有效性和合理性。
　　(3)建立了EPS/ASS/ABS系统的多学科优化模型;采用设计变量灵敏度强弱评定方法，对所有变量进行了灵敏度分析，确定以悬架系统的主要参数为全局变量。采用CO算法对底盘EPS/ASS/ABS系统进行多学科优化设计研究，并分别将CO优化后的参数与AAO优化后的参数以及优化前的参数代入计算模型作了对比分析，仿真结果表明CO优化方法优于AAO方法，既能使EPS/ASS/ABS系统整体性能最优，同时使各子系统性能也最优。
　　(4)针对轻量化设计中变量存在不确定性的因素，将可靠性理论与协同优化方法相结合，提出一种基于可靠性的CO优化方法，以驱动桥为例进行了轻量化设计研究，并分别进行了理论和试验验证，结果表明，该方法在降低质量的同时，使设计变量对目标函数的灵敏性降低，提高了设计方法的鲁棒性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 汽车底盘系统特征

1．3 底盘设计的研究现状

1．4 课题来源、研究内容与创新点

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究内容

1．4．3 本文创新点

第二章 底盘多学科设计优化模型的研究

2．1 引言

2．2 MDO求解思路

2．2．1 工程设计模式

2．2．2 MDO求解思路

2．3 设计变量的灵敏度分析

2．3．1 MDO设计变量类型

2．3．2 灵敏度分析计算方法

2．3．3 耦合强度的定义

2．3．4 强弱耦合因素的判定准则

2．4 底盘系统MDO模型

2．4．1 MDO算法分析

2．4．2 底盘MDO模型的分解

2．5 本章小结

第三章 AAO方法在EPS／ASS系统集成设计中的应用研究

3．1 引言

3．2 EPS和ASS集成设计模型

3．2．1 EPS模型和ASS模型设计

3．2．2 EPS控制器和ASS控制器设计

3．2．3 EPS和ASS集成控制器的设计

3．3 基于AAO方法的EPS和ASS系统优化设计

3．3．1 EPS和ASS系统多学科优化模型

3．3．2 优化设计方法的选择

3．3．3 优化结果及分析

3．4 实验验证

3．4．1 试验装置

3．4．2 道路试验条件及仪器

3．4．3 试验结果及分析

3．5 本章小结

第四章 CO方法在EPS／ASS／ABS系统设计中的应用研究

4．1 引言

4．2 EPS／ASS／ABS系统集成模型设计

4．2．1 轮胎模型

4．2．2 ABS系统模型

4．2．3 EPS／ASS／ABS系统集成模型设计

4．3 基于CO方法的EPS／ASS／ABS系统优化设计

4．3．1 子系统学科优化模型

4．3．2 系统级学科优化模型

4．4 优化结果及分析

4．5 本章小结

第五章 基于可靠性的CO方法在驱动桥轻量化中的应用研究

5．1 基于可靠性的多学科优化设计模型

5．1．1 基于蒙特卡罗法的6σ可靠性设计

5．1．2 满足可靠性的多学科优化模型

5．2 基于可靠性和CO方法的驱动桥轻量化设计

5．2．1 设计变量

5．2．2 多学科优化目标函数

5．2．3 多学科优化约束条件

5．2．4 实际算例

5．3 理论分析

5．3．1 驱动桥有限元模型的建立

5．3．2 驱动桥典型受力工况及分析

5．3．3 驱动桥典型工况下有限元分析结果

5．3．4 驱动桥疲劳寿命分析

5．4 驱动桥试验

5．4．1 试验方案

5．4．2 试验结果分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间的学术活动及成果情况