本發明屬于車輛工程，更具體地說，特別涉及一種裝甲輪式車輛懸架下控制臂的設計優化方法。
背景技術：
1、在過去的幾十年中，國防和汽車工業中結構優化的重要性逐漸增加。懸掛系統是裝甲輪式車輛最重要的子系統之一。車輛懸掛系統負責車輛的安全性和駕駛舒適性，因為它承載著整個車身的重量。懸掛系統的主要任務是防止道路沖擊傳遞到車輛底盤和其他組件，并確保車輛的穩定性、安全性和舒適性。雙叉臂懸掛系統是輪式車輛中一種獨立的懸掛系統設計，它包含下控制臂和上控制臂。控制臂的總體功能是通過形成懸掛系統與車輛底盤之間的連接，防止車輪在所有路況下的失控運動。下控制臂是本發明的主要示例問題，在每一個裝甲輪式車輛的懸掛單元中都有其存在。控制臂的制造成本占該系統總成本的很大一部分。本發明的目標是創建車輛懸掛下控制臂初始設計的有限元(fe)模型，通過車輛測試驗證該模型，并利用代理模型進行重量優化。
2、關于車輛懸掛系統的設計優化已在各種現有技術中進行。一些研究僅限于數值分析而沒有任何實驗成分，還有一些研究通過測試驗證了優化設計的性能。例如，solanki等人對corvette的控制臂進行了基于可靠性的設計優化，并在結構分析中使用了多尺度材料模型。同樣，song等人提出了一項基于代理的控制臂優化案例研究，采用kriging和響應面代理模型進行了重量減少研究。viqaruddin和reddy基于靜態分析和由使用radioss軟件進行的扭轉分析，進行了控制臂的減重和剛度改善。等人使用蝴蝶優化算法對汽車懸掛組件的最佳形狀設計進行了優化，其中kriging代理模型被整合到優化中。karadere等人使用拓撲和形狀優化技術對汽車懸掛組件進行了輕量化設計。balkan等人使用最新的結構優化技術獲得了氣懸座椅的最佳設計，并對獲得的最佳設計進行了ecer14安全帶拉力測試的模擬，但沒有進行物理測試。albak等人使用基于種群的優化技術提升了扭桿懸掛系統的設計。在上述所有研究中，沒有在子系統或系統級別進行結構測試。
3、伴隨結構測試的設計優化研究包括以下研究。khode等人優化了輕型商業車輛(lcv)的下控制臂懸掛系統。使用catia軟件進行cad建模，使用ansys軟件進行有限元分析。為識別和驗證現有lcv的應力值，設計并制造了合適的夾具，并將控制臂安裝在帶有lcv的通用測試機上。需要注意的是，該研究的實驗驗證是在組件級別進行的。yende等人使用拓撲優化去除mac–pherson懸掛系統下控制臂的多余重量。在該研究中，控制臂初始設計的有限元模型沒有通過物理測試進行驗證，而是直接制造了優化設計的控制臂，并通過在通用測試機上進行測試與有限元模型的輸出進行了比較。gutiérrez–moizant等人改善了一種曲柄臂的設計，其中有限元結果與實驗測試輸出進行了比較。該研究中的測量是通過使用矩形應變計羅塞特收集的。所有測試研究均在組件級別使用通用動態測試臺進行。在上述所有研究中，進行的實驗驗證結構測試均是在組件級別進行的(即子系統級別)。
4、本發明對8×8裝甲輪式車輛的懸掛下控制臂進行了設計優化，其中初始設計的有限元模型通過在“實際場地的完整車輛”上用應變計進行測量來驗證。與現有技術中進行子系統級別測試的現有研究不同，本發明在系統級別進行了結構測試，提供了一種與現有研究相比的新穎性。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本發明提供一種裝甲輪式車輛懸架下控制臂的設計優化方法，以解決上述的問題。
2、一種裝甲輪式車輛懸架下控制臂的設計優化方法，包括以下步驟：
3、s1：定義設計變量，設計變量為下控制臂的長度d1、厚度d2、寬度d3和長度d4，確定d1的下限為75mm、上限為105mm，d2的下限為7mm、上限為12mm，d3的下限為80mm、上限為103.9mm，d4的下限為180mm、上限為214.5mm；
4、s2：設定優化目標為控制臂重量最小化，且優化設計產生的最大vonmises應力不超過初始控制臂設計中產生的最大vonmises應力；
5、s3：確定下控制臂的材料；
6、s4：進行有限元建模；
7、s5：進行網格收斂性研究；
8、s6：在實際制造的部件上進行現場測試驗證有限元模型；
9、s7：進行基于代理的優化；
10、s8：采用ansysv19.2軟件的多目標遺傳算法moga方法進行優化；
11、s9：對優化后的下控制臂進行準靜態載荷場景分析。
12、優選的，下控制臂的材料為奧氏體可調鑄鐵，其材料特性為：密度7200kg·m3、屈服強度700mpa、泊松比0.28、楊氏模量130gpa。
13、優選的，有限元建模時，分析模型的載荷施加于懸掛單元的主軸，控制臂一端通過球鉸鏈與轉向節連接，另一端通過轉動連接與車體連接。
14、優選的，網格收斂性研究使用10節點四面體單元，在單元尺寸為2.5mm時實現收斂。
15、優選的，通過在實際制造的部件上進行現場測試驗證有限元模型，將應變計裝置安裝在8×8車輛懸掛的下控制臂上，抬高前左軸至不同高度并測量應變。
16、優選的，基于代理的優化中，使用中心復合設計實驗生成代理模型的訓練點，采用ansys中的遺傳聚合構建代理模型，并以均方根誤差rmse衡量代理模型的準確性。
17、優選的，優化過程使用ansysv19.2軟件的多目標遺傳算法moga方法，下控制臂初始質量為25.2kg，優化后質量為21.8kg。
18、優選的，對優化后的下控制臂在準靜態載荷場景下進行分析，包括對縱向和橫向的沖擊場景分析。
19、優選的，所述縱向沖擊場景中，作用力為2500n，加載方向為縱向，施加于球鉸鏈連接點。
20、優選的，所述橫向沖擊場景中，作用力為3000n，加載方向為橫向，施加于球鉸鏈連接點。
21、與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
22、1、本發明中，顯著減輕了裝甲輪式車輛的重量：通過優化下控制臂的設計，使每個控制臂的質量從25.2公斤減少到21.8公斤，每輛8×8輪式車輛總減重約27公斤，有助于提高車輛的機動性和燃油效率。
23、2、本發明中，保證了結構強度和安全性：在減輕重量的同時，優化設計產生的最大von?mises應力未超過初始設計，且在準靜態載荷場景(如縱向和橫向沖擊)下，最大vonmises應力值低于部件的屈服強度，安全系數滿足要求，確保了車輛在復雜路況下的行駛安全。
24、3、提高了設計效率和準確性：采用有限元建模、基于代理的優化方法以及多目標遺傳算法等先進技術和方法，大大減少了設計周期和成本，同時提高了設計的準確性和可靠性。
25、4、為車輛整體減重研究做出貢獻：控制臂的減重為整個車輛的減重提供了重要的參考和支持，有助于提升車輛的整體性能。
26、5、拓展了設計優化的思路和方法：本發明中的優化流程和技術手段可為類似車輛部件的設計優化提供有益的借鑒和參考，推動相關領域的技術發展。
27、6、增強了車輛的適應性：優化后的下控制臂能夠更好地適應不同的路況和行駛條件，提高了車輛在各種復雜環境下的可靠性和穩定性。