一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法

一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法
1.本技术是分案申请，原申请的申请号为202011256802.0，申请日为2020年11月11日，发明名称为“一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法”。
【技术领域】
2.本发明属于履带车辆悬挂技术领域，具体涉及一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法。


背景技术：

3.履带车辆的悬挂系统不仅将车体和负重轮弹性地连接起来，而且传递了作用在负重轮和车体间的作用力和力矩，并缓和了车辆行驶时经过负重轮传递到车体上的冲击力，从而减少了车体的振动，提高了车辆的行驶稳定性和车辆行进间的射击精度。随着现代军事和工程装备的发展，对履带式车辆机动性的要求日益提高。因而，提高其悬挂系统性能一直是行业研究的焦点。
4.然而，已有研究对履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化考虑不足。受车身结构、质量分布等因素影响，各悬挂位置一般是非均匀布置。在车辆行驶过程中，各悬挂负重轮受到随机路面不平度激励的影响。显然，各悬挂动力学参数(刚度、阻尼)的分布会影响车辆的平稳性，简单地采用等参数分配必然难以实现最优的稳定效果，或者说，无法实现最优的减振效果。就目前而言，并没有通用的实现各悬挂系统动力学参数最优分配的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，包括如下步骤：
8.s1、建立履带式车辆中各负重轮的路面不平度输入模型；
9.s2、建立履带式车辆参数化动力学模型；
10.s3、分析并提出反映车辆悬挂系统多方面性能的评价指标；
11.s4、设计多方面性能评价指标的量化算法；
12.s5、确定悬挂系统刚度和阻尼作为动力学优化参数和参数优化范围；
13.s6、设计多指标信息融合的参数分配目标函数；
14.s7、基于粒子群优化算法进行迭代求解和悬挂系统性能评价。
15.如上所述的一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，所述步骤s1中，履带式车辆中各负重轮的路面不平度输入模型的函数表达式为：
[0016][0017]
式中：q
li
为左侧第i个负重轮的路面不平度输入，i＝1,2,3,4,5,6；
[0018]qri
为右侧第i个负重轮的路面不平度输入；
[0019]ak
为路面不平度输入的幅值系数；
[0020]fk
为路面不平度输入的输入频率；
[0021]
v为车速；
[0022]
δl
2，1
为第2负重轮与第1负重轮的轮距，
△
l
5，1
为第5负重轮与第1负重轮的轮距，以此类推；
[0023]
为右车辙的路面不平度输入初始相角；
[0024]
为左车辙的路面不平度输入初始相角。
[0025]
如上所述的一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，所述步骤s2中，履带式车辆参数化动力学模型建立的假设条件包括：
[0026]
(1)各负重轮的输入只存在时间上的延迟；
[0027]
(2)将履带结构视为一种铺设地面的无限轨道，忽略履带对车体的作用；
[0028]
(3)履带式车辆的车体质心关于纵轴线左右对称，每侧有6个负重轮，只考虑车体侧倾、俯仰和垂直振动时，可用15自由度整车模型建立履带车辆悬挂系统参数化动力学模型；
[0029]
(4)悬挂可简化为刚度和阻尼；
[0030]
(5)负重轮所受的阻尼力、弹性力和重力都作用于负重轮质心处；
[0031]
履带式车辆参数化动力学模型的函数表达式为：
[0032][0033]
式中：a＝[1，
…
，1]1×
12
，为单位行向量；
[0034]ks
＝[k
s1
，
…
，k
si
，...，k
s12
]
[0035]kt
＝[k
t1
，
…
，k
ti
，
…
，k
t12
]
[0036]cs
＝[c
s1
，...，c
si
，
…
，c
s12
]
[0037]ct
＝[c
t1
，
…
，c
ti
，...，c
t12
]
[0038]
ly＝[l
y1
cosαz，...，l
yi
cosαz，...，l
y12
cosαz]
[0039]
lz＝[l
z1
cosαy，
…
，l
zi
cosαy，
…
，l
z12
cosαy]
[0040]mt
＝[m
t1
，
…
，m
ti
，
…
，m
t12
]
[0041][0042]
xr＝diag(q1，
…
，qi，
…
，q
12
)
[0043]
x
t
＝diag(x
t1
，
…
，x
ti
，
…
，x
t12
)，diag表示对角矩阵；
[0044]
其中x为车体质心垂向方向，z为横轴方向，y为履带车辆行进方向；ms为车体质量；iz为车体俯仰转动惯量；αy为车体俯仰角；iy为车体侧倾转动惯量；αz为车体侧倾角；m
ti
为车辆第i个负重轮的质量；k
si
为第i个负重轮悬挂刚度；c
si
为第i个负重轮悬挂阻尼；k
ti
为第i个负重轮轮胎刚度；c
ti
为第i个负重轮轮胎阻尼；l
si
为第i个负重轮质心距车体质心y方向的水平距离；l
yi
为第i负重轮距车体质心在z方向的垂直距离；x
ti
为第i个负重轮的垂向位移；qi为第i负重轮下的路面输入；i取值为1,2,
…
,12，其中1至6分别表示左侧第1个至第6个负重轮，7至12分别表示右侧第7个至第12个负重轮。
[0045]
如上所述的一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，所述步骤s3中，从5个方面提出悬挂系统性能评价指标，分别是：
[0046]
(1)第1个负重轮上方车体的垂直加速度；
[0047]
(2)第1个负重轮相对于车体的动位移；
[0048]
(3)第1个负重轮相对于车体的垂向运动速度；
[0049]
(4)车体俯仰角加速度；
[0050]
(5)第1个负重轮相对于地面的动载荷系数。
[0051]
如上所述的一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，所述步骤s4中，量化算法从5个性能评价指标进行描述，分别为：
[0052]
(1)第1个负重轮上方车体垂直加速度,左侧的第1个负重轮上方车体垂直加速度用acc1表示，其量化表达式可写为：
[0053]
acc1＝(xs+l
z1
sinαy+l
y1
sinαz)
″
|
t
；
[0054]
(2)第1个负重轮相对于车体的动位移，第1个负重轮相对于车体的动位移可表示为：
[0055]
dispi＝x
ti-x
s-l
zi
sinα
y-l
yi
sinαz；
[0056]
(3)第1个负重轮相对于车体的垂向运动速度，第1个负重轮相对于车体的动速度可通过对相应动位移的求导获得，即：
[0057][0058]
式中，为负重轮质心速度；为车身质心速度；为车身的俯仰角角速度；为车身的侧倾角角速度；
[0059]
(4)车体俯仰角角加速度，车体的俯仰角角加速度可表示为：
[0060][0061]
式中：为车身的俯仰角角加速度；
[0062]
(5)第1个负重轮相对于地面的动载荷系数，第1个负重轮相对于地面的瞬时动载荷可表示为：
[0063][0064]
第1个负重轮的贴地性通常由动载系数来表示，可表示为
[0065][0066]
式中：分别为负重轮动载荷的均方根值；fi为负重轮静载荷。
[0067]
如上所述的一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，所述步骤s5中，悬挂系统刚度参数范围根据履带车辆车体的垂直线振动固有频率确定，基于此再确定悬挂系统临界阻尼系数，其中，悬挂系统最大临界阻尼系数确定的表达式为m为等效到各个悬挂系统的簧载质量，k为悬挂刚度；最小阻尼为没有阻尼减振器时的悬挂结构阻尼。
[0068]
如上所述的一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，所述步骤s6中，还包括以下步骤：
[0069]
s61、单个指标目标函数设计；
[0070]
s62、分别求解各指标目标函数的最优解；
[0071]
s63、目标函数无量纲化处理；
[0072]
s64、根据目标需求，设计权重分配函数；
[0073]
s65、构建多指标融合的分配优化目标函数。
[0074]
如上所述的一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，所述步骤s61中，单个指标目标函数设计为：
[0075][0076]
e2＝min(max|disp1|)；
[0077][0078][0079]
e5＝mind1；
[0080]
式中：n为数据量个数；
[0081]
步骤s62中，根据步骤s61中设计的目标函数，利用粒子群优化算法进行迭代求解分别获得各指标目标函数的最优解；
[0082]
步骤s63中，基于步骤s62得到各个目标函数的最优解，对各个目标函数进行无量纲化处理，设计无量化表达式为：
[0083]dej
＝(e
j-e
0j
)/e
0j
；
[0084]
步骤s64中，通过多位专家进行各目标权重系数评价；各专家的各目标最终的权重系数分配采用均值法处理；
[0085]
步骤s65中，根据步骤s63得到5个评价指标的无量纲化目标函数，然后为每个目标函数分配一个权重，将多个目标函数融合为1个综合的目标函数，设计其表达式为：
[0086][0087]
式中：u为目标函数和理想解的距离值；wj为每个目标函数的权重系数，j为性能指标的下标，取1～5，ne为专家人数，i为专家编号，取1～ne。
[0088]
如上所述的一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，所述步骤s7中，通过减小比率来描述悬挂系统性能指标的改善程度，减小比率计算表达式定义为：其中dj为固定刚度、阻尼相应的指标量化值与分配优化后相应的指标量化值的差值，p
dj
为分配优化后相应的指标量化值。
[0089]
与现有技术相比，本技术有如下优点：
[0090]
本发明实现了不同悬挂之间的动力学参数合理分配，对悬挂系统综合性能均具有较好的优化效果。提高了履带式车辆行驶过程中的稳定性，改善了驾驶员乘坐的舒适性以及车辆整车的机动性。本方法将为履带车辆悬挂系统减振性能设计、动力学参数分配优化设计提供理论基础。
【附图说明】
[0091]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0092]
图1为履带车辆动力学分析模型；
[0093]
图2为悬挂系统性能评价指标；
[0094]
图3为参数分配目标函数设计框图；
[0095]
图4为悬挂系统动力学参数分配优化流程；
[0096]
图5为在戈壁路行驶的情况下悬挂系统性能指标对比。
【具体实施方式】
[0097]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他全部实施例，都属于本发明保护的范围。
[0098]
一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，包括如下步骤：
[0099]
s1、建立履带式车辆中各负重轮的路面不平度输入模型。
[0100]
本步骤中，不考虑路面变形的影响，路面不平度输入模型可视为仅存在变时差效应，构建各负重轮的路面不平度输入模型的函数表达式为：
[0101][0102]
式中：q
li
为左侧第i个负重轮的路面不平度输入，i＝1,2,3,4,5,6；
[0103]qri
为右侧第i个负重轮的路面不平度输入；
[0104]ak
为路面不平度输入的幅值系数；
[0105]fk
为路面不平度输入的输入频率；
[0106]
v为车速；
[0107]
δl
2，1
为第2负重轮与第1负重轮的轮距，δl
5，1
为第5负重轮与第1负重轮的轮距，以此类推；
[0108]
为右车辙的路面不平度输入初始相角；
[0109]
为左车辙的路面不平度输入初始相角。
[0110]
s2、建立履带式车辆参数化动力学模型。
[0111]
本步骤中，履带式车辆参数化动力学模型建立的假设条件包括：
[0112]
(1)各负重轮的输入只存在时间上的延迟；
[0113]
(2)将履带结构视为一种近似于铺设地面激励的无限轨道，忽略履带对车体的作用；
[0114]
(3)履带式车辆的车体质心关于纵轴线左右对称，每侧有6个负重轮，只考虑车体侧倾、俯仰和垂直振动时，可用15自由度整车模型建立履带车辆悬挂系统参数化动力学模型；
[0115]
(4)悬挂可简化为刚度和阻尼；
[0116]
(5)负重轮所受的阻尼力、弹性力和重力都作用于负重轮质心处；
[0117]
基于上述假设，建立如图1所示的履带车辆参数化动力学模型。
[0118]
履带式车辆参数化动力学模型的函数表达式为：
[0119]
[0120]
式中：a＝[1，
…
，1]1×
12
，为单位行向量；
[0121]ks
＝[k
s1
，
…
，k
si
，
…
，k
s12
]
[0122]kt
＝[k
t1
，
…
，k
ti
，
…
，k
t12
]
[0123]cs
＝[c
s1
，
…
，c
si
，
…
，c
s12
]
[0124]ct
＝[c
t1
，
…
，c
ti
，
…
，c
t12
]
[0125]
ly＝[l
y1
cosαz，
…
，l
yi
cosαz，
…
，l
y12
cosαz]
[0126]
lz＝[l
z1
cosαy，
…
，l
zi
cosαy，
…
，l
z12
cosαy]
[0127]mt
＝[m
t1
，
…
，m
ti
，
…
，m
t12
]
[0128][0129]
xr＝diag(q1，
…
，qi，
…
，q
12
)
[0130]
x
t
＝diag(x
t1
，
…
，x
ti
，
…
，x
t12
)，diag表示对角矩阵；
[0131]
其中x为车体质心垂向方向，z为横轴方向，y为履带车辆行进方向；ms为车体质量；iz为车体俯仰转动惯量；αy为车体俯仰角；iy为车体侧倾转动惯量；αz为车体侧倾角；m
ti
为车辆第i个负重轮的质量；k
si
为第i个负重轮悬挂刚度；c
si
为第i个负重轮悬挂阻尼；k
ti
为第i个负重轮轮胎刚度；c
ti
为第i个负重轮轮胎阻尼；l
si
为第i个负重轮质心距车体质心y方向的水平距离；l
yi
为第i负重轮距车体质心在z方向的垂直距离；x
ti
为第i个负重轮的垂向位移；qi为第i负重轮下的路面输入；i取值为1,2,
…
,12，其中1至6分别表示左侧第1个至第6个负重轮，7至12分别表示右侧第7个至第12个负重轮。
[0132]
s3、分析并提出反映车辆悬挂系统多方面性能的评价指标。
[0133]
本步骤中，从5个方面提出悬挂系统性能评价指标，如图2所示，分别是：
[0134]
(1)第1个负重轮上方车体的垂直加速度；
[0135]
(2)第1个负重轮相对于车体的动位移；
[0136]
(3)第1个负重轮相对于车体的垂向运动速度；
[0137]
(4)车体俯仰角加速度；
[0138]
(5)第1个负重轮相对于地面的动载荷系数。
[0139]
本步骤中，上述所选指标(1)、(2)、(3)和(5)均选择第1个负重轮上的相应指标，在其他负重轮上观测这些指标同样具有意义，但为了减小因评价指标过多而给后续优化求解带来附加的难度，仅将其他负重轮上的相应指标作为约束条件。
[0140]
s4、设计多方面性能评价指标的量化算法。
[0141]
本步骤中，为了更好地评价和分析悬挂性能，必须对提出的评价指标进行量化描述。本步骤量化算法从5个性能评价指标进行描述，分别为：
[0142]
(1)第1个负重轮上方车体垂直加速度,左侧的第1个负重轮上方车体垂直加速度用acc1表示，其量化表达式可写为：
[0143]
acc1＝(xs+l
z1
sinαy+l
y1
sinαz)
″
|
t
；
[0144]
(2)第1个负重轮相对于车体的动位移，第1个负重轮相对于车体的动位移可表示为：
[0145]
dispi＝x
ti-x
s-l
zi
sinα
y-l
yi
sinαz；
[0146]
(3)第1个负重轮相对于车体的垂向运动速度，第1个负重轮相对于车体的动速度
可通过对相应动位移的求导获得，即：
[0147][0148]
式中，为负重轮质心速度；为车身质心速度；为车身的俯仰角角速度；为车身的侧倾角角速度；
[0149]
(4)车体俯仰角角加速度，车体的俯仰角角加速度可表示为：
[0150][0151]
式中：为车身的俯仰角角加速度；
[0152]
(5)第1个负重轮相对于地面的动载荷系数，第1个负重轮相对于地面的瞬时动载荷可表示为：
[0153][0154]
第1个负重轮的贴地性通常由动载系数来表示，可表示为
[0155][0156]
式中：分别为负重轮动载荷的均方根值；fi为负重轮静载荷。
[0157]
s5、确定悬挂系统刚度和阻尼作为动力学优化参数和参数优化范围。本步骤中，根据经验确定悬挂系统刚度和阻尼等参数的变化范围如表1所示，悬挂系统刚度参数范围根据履带车辆车体的垂直线振动固有频率确定，对本实施例所研究的履带车辆而言，容许车身的垂直线振动固有频率为1～2hz，基于此再确定悬挂系统临界阻尼系数，其中，悬挂系统最大临界阻尼系数确定的表达式为m为等效到各个悬挂系统的簧载质量，k为悬挂刚度；最小阻尼为没有阻尼减振器时的悬挂结构阻尼。
[0158]
表1履带车辆悬挂系统动力学参数取值范围
[0159][0160]
s6、设计多指标信息融合的参数分配目标函数。
[0161]
本步骤中，还包括以下步骤：
[0162]
s61、单个指标目标函数设计；
[0163]
s62、分别求解各指标目标函数的最优解；
[0164]
s63、目标函数无量纲化处理；
[0165]
s64、根据目标需求，设计权重分配函数；
[0166]
s65、构建多指标融合的分配优化目标函数。
[0167]
具体地，所述步骤s61中，上文提出了悬挂系统5个方面的性能评价指标，需设计5个目标函数，由车辆运行特性可知，指标1到指标5都是越小越好，优化目标函数均可设计为最小值函数，分别用e1，e2，e3，e4，e5表示：
[0168][0169]
e2＝min(max|disp1|)；
[0170][0171][0172]
e5＝mind1；
[0173]
式中：n为数据量个数；
[0174]
步骤s62中，根据步骤s61中设计的目标函数，利用粒子群优化算法进行迭代求解分别获得各指标目标函数的最优解；
[0175]
步骤s63中，基于步骤s62得到各个目标函数的最优解，对各个目标函数进行无量纲化处理，设计无量化表达式为：
[0176]dej
＝(e
j-e
0j
)/e
0j
；
[0177]
步骤s64中，分别从履带车辆设计、生产、驾驶等不同角色邀请知识、经验丰富的专家进行各目标权重系数评价。各专家的各目标最终的权重系数分配采用均值法处理。
[0178]
步骤s65中，根据步骤s63得到5个评价指标的无量纲化目标函数，然后为每个目标函数分配一个权重，将多个目标函数融合为1个综合的目标函数，设计其表达式为：
[0179][0180]
式中：u为目标函数和理想解的距离值；wj为每个目标函数的权重系数，j为性能指标的下标，取1～5，ne为专家人数，i为专家编号，取1～ne。
[0181]
以单个目标函数进行优化求解，确定每个目标函数设计准则的极值；根据d
ej
＝(e
j-e
0j
)/e
0j
和表达式设计多指标融合的分配优化目标函数，各指标融合系数由专家经验知识给定，根据专家经验知识可知车体俯仰角加速度指标权重最大，其次是第1负重轮上方车体垂直加速度指标其次，其他3个指标权重比较小。
[0182]
s7、基于粒子群优化算法进行迭代求解和悬挂系统性能评价。
[0183]
本步骤中，在对多指标融合的分配优化目标函数进行最优化求解时，由于优化涉及多个悬挂，参数较多，通过配凑的方式很难得到最优化的分配结果。因而，在迭代求解过程中采用人工智能算法——粒子群算法：
[0184]
(1)设定粒子初试速度、迭代次数和种群规模。
[0185]
(2)调用履带车辆整车的动力学模型的函数表达式，应用龙格库塔方法进行数值仿真，输出响应数据。
[0186]
(3)计算粒子适应值及位置、计算目标函数适应度值，再由粒子初试位置和速度更新粒子位置。
[0187]
(4)确定每个目标函数当前的最优位置，并使之和种群历史最佳位置比较，好则取代种群历史最佳位置。
[0188]
(5)更新子群权重系数、粒子速度、权重学习因子和数据存档。
[0189]
(6)确定最优解集，寻找全局最优解，若最优解满足条件则开始检查动力学系统参数辨识结果，输出优化参数；若最优解不满足条件则回到执行第一步再次循环。优化流程图如图4。
[0190]
最后，通过减小比率来描述悬挂系统性能指标的改善程度，其值越大说明改善效果越好，减小比率计算表达式定义为：其中dj为固定刚度、阻尼相应的指标量化值与分配优化后相应的指标量化值的差值，p
dj
为分配优化后相应的指标量化值。
[0191]
悬挂系统各性能指标的量化值分别用pi1，pi2，pi3，pi4，pi5表示，结合表2可以看出：各性能指标采用等权重分配时，除性能指标4改善不明显外(减小比率为1.65％)，悬挂系统其它性能指标均有不同程度的改善，其中性能指标3改善最为明显(减小比率为23.51％)。采用基于专家知识的权重分配时，性能指标1和4权重系数高，相对于等权重分配优化而言，该两个指标改善的效果更加明显。其中，性能指标1的减小比率提高了4.73％；性能指标4的减小比率变化最明显，增加了13.53％。但是，弱化了性能指标2、3和5的改善效果，这三个指标的减小比率均少了约4％。由此看来，采用基于专家知识的权重分配优化，权重高的性能指标1和指标4有更为明显的改善，但会弱化其它性能指标的改善效果。
[0192]
表2优化前后悬挂系统性能指标对比
[0193][0194]
履带式车辆行驶的路面为戈壁路，不同的速度优化结果如图5所示。

技术特征：
1.一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、建立履带式车辆中各负重轮的路面不平度输入模型；s2、建立履带式车辆参数化动力学模型；s3、分析并提出反映车辆悬挂系统多方面性能的评价指标；s4、设计多方面性能评价指标的量化算法；s5、确定悬挂系统刚度和阻尼作为动力学优化参数和参数优化范围；s6、设计多指标信息融合的参数分配目标函数；s7、基于粒子群优化算法进行迭代求解和悬挂系统性能评价；所述步骤s2中，履带式车辆参数化动力学模型建立的假设条件包括：(1)各负重轮的输入只存在时间上的延迟；(2)将履带结构视为一种铺设地面的无限轨道，忽略履带对车体的作用；(3)履带式车辆的车体质心关于纵轴线左右对称，每侧有6个负重轮，只考虑车体侧倾、俯仰和垂直振动时，可用15自由度整车模型建立履带车辆悬挂系统参数化动力学模型；(4)悬挂可简化为刚度和阻尼；(5)负重轮所受的阻尼力、弹性力和重力都作用于负重轮质心处；履带式车辆参数化动力学模型的函数表达式为：式中：a＝[1，
…
，1]1×
12
，为单位行向量；k
s
＝[k
s1
，...，k
si
，...，k
s12
]k
t
＝[k
t1
，...，k
ti
，...，k
t12
]c
s
＝[c
s1
，...，c
si
，...，c
s12
]c
t
＝[c
t1
，...，c
ti
，...，c
t12
]l
y
＝[l
y1
cosα
z
，...，l
yi
cosα
z
，...，l
y12
cosα
z
]l
z
＝[l
z1
cosα
y
，...，l
zi
cosα
y
，...，l
z12
cosα
y
]m
t
＝[m
t1
，...，m
ti
，...，m
t12
]x
r
＝diag(q1，...，q
i
，...，q
12
)x
t
＝diag(x
t1
，...，x
ti
，...，x
t12
)，diag表示对角矩阵；其中x为车体质心垂向方向，z为横轴方向，y为履带车辆行进方向；m
s
为车体质量；i
z
为车体俯仰转动惯量；α
y
为车体俯仰角；i
y
为车体侧倾转动惯量；α
z
为车体侧倾角；m
ti
为车辆第i个负重轮的质量；k
si
为第i个负重轮悬挂刚度；c
si
为第i个负重轮悬挂阻尼；k
ti
为第i个负重轮轮胎刚度；c
ti
为第i个负重轮轮胎阻尼；l
si
为第i个负重轮质心距车体质心y方向的水
平距离；l
yi
为第i负重轮距车体质心在z方向的垂直距离；x
ti
为第i个负重轮的垂向位移；q
i
为第i负重轮下的路面输入；i取值为1,2,
…
,12，其中1至6分别表示左侧第1个至第6个负重轮，7至12分别表示右侧第7个至第12个负重轮；所述步骤s3中，从5个方面提出悬挂系统性能评价指标，分别是：(1)第1个负重轮上方车体的垂直加速度；(2)第1个负重轮相对于车体的动位移；(3)第1个负重轮相对于车体的垂向运动速度；(4)车体俯仰角加速度；(5)第1个负重轮相对于地面的动载荷系数；所述步骤s4中，量化算法从5个性能评价指标进行描述，分别为：(1)第1个负重轮上方车体垂直加速度,左侧的第1个负重轮上方车体垂直加速度用acc1表示，其量化表达式可写为：acc1＝(x
s
+l
z1
sinα
y
+l
y1
sinα
z
)
″
|
t
；(2)第1个负重轮相对于车体的动位移，第1个负重轮相对于车体的动位移可表示为：disp
i
＝x
ti-x
s-l
zi sinα
y-l
yi sinα
z
；(3)第1个负重轮相对于车体的垂向运动速度，第1个负重轮相对于车体的动速度可通过对相应动位移的求导获得，即：式中，为负重轮质心速度；为车身质心速度；为车身的俯仰角角速度；为车身的侧倾角角速度；(4)车体俯仰角角加速度，车体的俯仰角角加速度可表示为：式中：为车身的俯仰角角加速度；(5)第1个负重轮相对于地面的动载荷系数，第1个负重轮相对于地面的瞬时动载荷可表示为：第1个负重轮的贴地性通常由动载系数来表示，可表示为式中：分别为负重轮动载荷的均方根值；f
i
为负重轮静载荷；所述步骤s6中，还包括以下步骤：s61、单个指标目标函数设计；s62、分别求解各指标目标函数的最优解；s63、目标函数无量纲化处理；s64、根据目标需求，设计权重分配函数；s65、构建多指标融合的分配优化目标函数；所述步骤s61中，单个指标目标函数设计为：
e2＝min(max|disp1|)；|)；e5＝min d1；式中：n为数据量个数；步骤s62中，根据步骤s61中设计的目标函数，利用粒子群优化算法进行迭代求解分别获得各指标目标函数的最优解；步骤s63中，基于步骤s62得到各个目标函数的最优解，对各个目标函数进行无量纲化处理，设计无量化表达式为：d
ej
＝(e
j-e
0j
)/e
0j
；步骤s64中，通过多位专家进行各目标权重系数评价；各专家的各目标最终的权重系数分配采用均值法处理；步骤s65中，根据步骤s63得到5个评价指标的无量纲化目标函数，然后为每个目标函数分配一个权重，将多个目标函数融合为1个综合的目标函数，设计其表达式为：式中：u为目标函数和理想解的距离值；w
j
为每个目标函数的权重系数，j为性能指标的下标，取1～5，ne为专家人数，i为专家编号，取1～ne；所述步骤s1中，履带式车辆中各负重轮的路面不平度输入模型的函数表达式为：式中：q
li
为左侧第i个负重轮的路面不平度输入，i＝1,2,3,4,5,6；
q
ri
为右侧第i个负重轮的路面不平度输入；a
k
为路面不平度输入的幅值系数；f
k
为路面不平度输入的输入频率；v为车速；δl
2，1
为第2负重轮与第1负重轮的轮距，
△
l
5，1
为第5负重轮与第1负重轮的轮距，以此类推；为右车辙的路面不平度输入初始相角；为左车辙的路面不平度输入初始相角；所述步骤s5中，悬挂系统刚度参数范围根据履带车辆车体的垂直线振动固有频率确定，基于此再确定悬挂系统临界阻尼系数，其中，悬挂系统最大临界阻尼系数确定的表达式为m为等效到各个悬挂系统的簧载质量，k为悬挂刚度；最小阻尼为没有阻尼减振器时的悬挂结构阻尼。2.根据权利要求1所述的一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，其特征在于，所述步骤s7中，通过减小比率来描述悬挂系统性能指标的改善程度，减小比率计算表达式定义为：其中d
j
为固定刚度、阻尼相应的指标量化值与分配优化后相应的指标量化值的差值，p
dj
为分配优化后相应的指标量化值。

技术总结
本发明是申请号为202011256802.0的分案申请。本发明提供一种履带式车辆多悬挂动力学参数分配优化设计方法，包括以下步骤：建立路面不平度输入模型；建立履带车辆参数化动力学模型；分析并提出反映车辆悬挂系统多方面性能的评价指标；设计多方面性能评价指标的量化算法；确定悬挂系统刚度和阻尼作为动力学优化参数和参数优化范围；设计多指标信息融合的参数分配目标函数；基于粒子群优化算法进行迭代求解和悬挂系统性能评价。本发明为履带车辆悬挂系统减振性能设计、动力学参数分配优化设计提供理论基础，对于促进和改善履带车辆悬挂系统优化设计具有重要的意义。优化设计具有重要的意义。优化设计具有重要的意义。


技术研发人员：凌启辉 陈昕 戴巨川 汪国胜 陈哲吾 杨书仪 郭勇 李洪周
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：2020.11.11
技术公布日：2023/7/13