(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210642679.9 (22)申请日 2022.06.08 (71)申请人 哈尔滨理工大 学 地址 150082 黑龙江省哈尔滨市南岗区学 府路52号 (72)发明人 葛江华　吴昌鹏　朱晓飞　 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 基于非线性规划优化方法的月球车悬架结 构优化设计方法 (57)摘要 基于非线性规划优化方法的月球车悬架结 构优化设计方法： 包括根据设计要求拟定悬臂的 运动范围； 通过悬架优化前的悬臂尺寸、 转动关 节点位坐标建立起悬架数学模型； 在数学模型中 拟定设计变量， 并依据拟定的运动范围对悬臂的 运动轨迹进行规划； 对悬臂间的长度、 角度等线 性等式约束和线性不等式约束进行定义； 对各杆 件间的夹角、 辅助杆长等参数进行计算， 进而通 过优化理论运动轨迹和设计变量轨迹之间的最 小值来获得最优变量数据； 最后通过拟定的悬架 运动轨迹变化和计算求得实际悬臂上参数点位 的运动曲线坐标， 对运动轨迹进行仿真， 复现悬 架的轨迹运动。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 114925477 A 2022.08.19 CN 114925477 A 1.基于非线性 规划优化方法的悬架结构优化设计方法， 其特 征在于： 将着陆时月球车悬架受到的冲击作用定为不利条件， 保证其不因着陆、 越 障过程中动 作过大导致其结构发生塑性变形， 根据设计要求拟定悬臂的运动范围； 在数学模型中拟定设计 变量， 并依据拟定的运动范围对悬臂的运动轨 迹进行规划； 对悬臂间的长度、 角度等线性 等式约束和线性 不等式约束 进行定义； 对各杆件间的夹角、 辅助杆长等参数进行计算， 进而通过优化理论运动轨迹和设计变 量轨迹之间的最小值 来获得最优变量数据； 通过拟定的悬架运动轨迹变化和计算求得实际悬臂上参数点位的运动曲线坐标， 对运 动轨迹进行仿真， 复现悬架的轨 迹运动。 2.根据权利要求1所述的一种基于非线性规划优化方法(NLP)的悬架建模优化设计方 法， 其特征在于， 所述悬架建模操作包括： 对目标函数进行建模， 设置约束条件， 对优化主程序进行建模， 将悬架四杆机构复现运 动轨迹仿真函数进行建模， 完成所述建模操作。 3.根据权利要求1所述的一种基于非线性规划优化方法(NLP)的悬架建模优化设计方 法， 其特征在于， 非线性 规划数学模型可表示为： q＝l2×cos( δ )； β0＝arcsin(q/r)； f＝f+( θ(i) ‑β0‑β )； 其中f为目标函数， 其 他参数具体含义见图3 。 4.根据权利要求1所述的一种基于非线性规划优化方法(NLP)的悬架建模优化设计方 法， 其特征在于： 目标函数包括待优化的设计变量、 给定的运动轨迹和目标函数的计算， 其 中设计变量包括悬架的杆长、 端点坐标等参数； 给定的运动轨迹包括夹角变换、 轨迹坐标变 换等形式； 目标函数则包括杆间夹角、 杆长度、 变量点等过程参数 的计算， 以及最终收敛的 目标参数。 5.根据权利要求1所述的一种基于非线性规划优化方法(NLP)的悬架建模优化设计方 法， 其特征在于： 主程序函数中包含设计变量的初始 点位及其上下界、 线性约束 条件和优化 算法主体， 初始点位的上下界根据设计要求进行拟定， 线性约束条件通过对设计变量间的 约束关系进行分析以矩阵的形式表达出来， 表达式为： A×x0＝b 其中A为悬架的约束条件矩阵， x0为悬架的设计 变量矩阵。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114925477 A 2基于非线性规划优化方 法的月球车悬架结构优化 设计方法 技术领域 [0001]本发明属于涉及结构优化设计技术领域， 尤其涉及基于非线性规划优化方法的月 球车悬架结构优化设计方法。 背景技术 [0002]悬架是汽车以及其他相关机械的重要组成结构之一， 悬架的设计优劣直接影响汽 车整体的平顺性、 运动稳定性以及汽车 的使用寿命。 目前结构优化设计的方向主要有结构 轻量化设计、 结构参数化优化设计等。 汽车结构轻量化包括结构设计轻量化和连接方式轻 量化， 结构的轻量化主要是通过改变结构材料或结构形式来优化结构的性能， 从而实现结 构的轻量化； 连接方式轻量化是采用多个零件集成的方式， 以减少加工工序， 减少材料损耗 的方式实现结构的轻量化。 结构参数优化设计是通过将设计目标参数化， 采用优化方法， 不 断的调整设计变量， 使得设计结果不断接近参数化的目标值。 结构参数优化设计的内容包 括设计变量， 目标函数， 约束 条件等， 利用已知的参数求出满足所有约束 条件的目标函数最 大或最小值的设计 变量。 [0003]对于悬架的优化， 通常的优化目标为轮胎的前束角、 外倾角等， 考虑的工况主要是 在高速、 路面较平稳的路面， 目的是为了提高车辆的舒适性和操作的稳定性。 对于月球车来 说， 其速度不是需要考虑的因素， 也较少有平稳的路面， 所以仅优化前束角和外倾角并不能 满足月球车 的工作需求。 同时考虑到月球车在着陆阶段是硬着陆， 悬架受到的冲击影响是 最严重的， 因此在车辆设计过程中,如何合理的设计悬架优化方法来保证月球车悬架系统 自身的可靠性显得尤为重要。 传统悬架优化方法主要针对结构强度， 采用有限元进行优化 分析。 由于运动学模型仿真很难在优化过程中实现迭代， 且需要考虑到月球车着陆过程中 保护悬架不受强冲击的破坏， 因此需要研究其 他方法对运动学模型进行合 适、 准确的优化。 发明内容 [0004]本发明实施例提出了基于非线性规划优化方法的月球车悬架结构优化设计方法， 用以解决现有技术中存在的问题， 通过将着陆时月球车悬架受到的冲击作用定为不利条 件， 优化悬臂的尺寸参数使悬架在最不利因素作用下悬架的运动不超过一定范围， 保证其 不因着陆、 越障过程中动作过 大导致其结构发生塑性变形， 影响其工作性能及使用寿命。 [0005]基于非线性规划优化方法的月球车悬架结构优化设计方法： 包括根据设计要求拟 定悬臂的运动范围； 通过悬架优化前的悬臂尺寸、 转动关节 点位坐标建立起悬架数学模型； 在数学模型中拟定设计变量， 并依据拟定的运动范围对悬臂的运动轨迹进行规划； 对悬臂 间的长度、 角度等线性等式约束和线性不等式约束进 行定义； 对各杆件间的夹角、 辅助杆长 等参数进 行计算， 进而通过优化理论运动轨迹和设计变量轨迹之 间的最小值来获得最优变 量数据； 最后通过拟定的悬架运动轨迹变化和计算求得实际悬臂上参数点位的运动曲线坐 标， 对运动轨 迹进行仿真， 复现悬架的轨 迹运动。 [0006]作为本发明所述的基于非线性规划优化方法的月球车悬架结构优化设计方法的说　明　书 1/5 页 3 CN 114925477 A 3