1、汽車底盤概述

汽車底盤主要包括傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)。

隨著汽車技術的不斷進步，汽車底盤系統(tǒng)越來越復雜，其各組成子系統(tǒng)之間的相互作用也日益明顯，底盤系統(tǒng)設計涉及到多學科領域，使得底盤系統(tǒng)的總體設計過程十分復雜。

2、底盤系統(tǒng)特征

隨著計算機和電子控制技術的發(fā)展，為了提高汽車綜合性能，越來越多的電子控制技術和計算機輔助設計手段在汽車底盤各個子系統(tǒng)中得到開發(fā)和應用，使汽車底盤在集成化、電子化、智能化和輕量化四個方面得到了較大的發(fā)展。

（1）汽車底盤集成化

汽車電子設備和汽車總線技術已成熟并推廣使用，使得底盤集成化技術得到飛速的發(fā)展，特別是在汽車企業(yè)得到了重視和發(fā)展。底盤系統(tǒng)使用傳感器幫助底盤監(jiān)控路況，能幫助駕駛員有效降低交通事故，提高主動安全性。

汽車底盤集成技術主要是在現(xiàn)有的懸架、驅動／制動和轉向等功能相對獨立的電控系統(tǒng)傳感器、控制單元和執(zhí)行機構上，通過總線傳輸將汽車中各種電控單元、傳感器、執(zhí)行機構等聯(lián)接起來，實現(xiàn)集成化控制。

集成式汽車底盤

（2）汽車底盤電子化

在底盤的四大組成系統(tǒng)中開發(fā)了不同的電子控制系統(tǒng)，這些電控系統(tǒng)按汽車運動方向可以分為三類：縱向的制動和驅動控制、橫向的轉向和橫擺力矩控制以及垂向的懸架控制。

目前汽車底盤的電子控制系統(tǒng)大部分圍繞某一功能來開發(fā)，并通過輪胎與地面間的接觸力產生作用。

汽車底盤系統(tǒng)電子化系統(tǒng)

（3）汽車底盤智能化

汽車底盤智能化是指將先進的電子、計算機和傳感技術應用于汽車底盤系統(tǒng)，以提高汽車的性能、安全性和駕駛體驗。這一趨勢已經在汽車工業(yè)中得到廣泛應用，以滿足日益增長的市場需求和監(jiān)管要求。汽車底盤智能化相關的主要方面包括電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）、自適應懸掛系統(tǒng)、四輪驅動系統(tǒng)、自動駕駛技術、智能制動系統(tǒng)及車輛動態(tài)管理系統(tǒng)等。

智能化汽車底盤

（4）汽車底盤輕量化

汽車輕量化技術都是一項共性的基礎技術，世界各主要汽車生產企業(yè)都將汽車輕量化作為產品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，予以高度重視。大量研究表明，汽車輕量化設計技術對降低燃油消耗，提高燃油經濟性、減少排放有較大的貢獻。據(jù)統(tǒng)計，車重每減輕10％，可節(jié)省燃油6％～8％，燃油效率提高5.5％，排放下降4％～6％。

汽車底盤材料輕量化

3、多學科優(yōu)化方法在汽車底盤設計中的應用

多學科設計優(yōu)化是一種新的工程設計方法學，其思想是從系統(tǒng)總體設計高度，在綜合考慮系統(tǒng)整體和全生命周期的情況下，通過實現(xiàn)各學科的模塊化并行設計來縮短設計周期、提高設計效率，它通過充分探索和利用工程系統(tǒng)中相互作用的協(xié)同機制，考慮各學科(子系統(tǒng))之間的交互影響，從整個系統(tǒng)的角度來優(yōu)化設計復雜工程系統(tǒng)和子系統(tǒng)。

將多學科優(yōu)化技術引入到底盤設計中，分析和研究了底盤復雜系統(tǒng)的綜合優(yōu)化設計理論與方法，對于底盤系統(tǒng)的設計具有重要的學術價值和廣闊的應用前景。在對底盤設計方法和多學科設計優(yōu)化方法進行分析和總結的基礎上，可以從底盤集成設計、電子化設計及輕量化設計中展開多學科設計優(yōu)化應用研究。

多學科優(yōu)化設計在底盤系統(tǒng)設計中的應用

多學科設計優(yōu)化方法發(fā)展應用至今，按照求解思路，根據(jù)學科和設計變量的處理方式，形成了以下五種不同的算法。

（1）多學科可行方法(Multidisciplinary Feasible Method)

簡稱MDF算法，也稱為All-In-One，簡稱AIO方法)屬于單級優(yōu)化算法。該方法將各個子系統(tǒng)(學科)集成為一個整體形成系統(tǒng)，建立設計變量、約束條件和目標函數(shù)，然后采用現(xiàn)有優(yōu)化算法，對系統(tǒng)進行分析優(yōu)化。特點是可充分利用現(xiàn)有的優(yōu)化算法，能找出全局最優(yōu)解或局部最優(yōu)，但每次都要進行一次多學科系統(tǒng)分析，實用性不強，難于應用到工程實踐中。

MDF方法計算流程圖

（2）同時分析優(yōu)化算法(Simultaneous Analysis and Design)

簡稱AAO算法，也稱All-At-Once，也屬于單級優(yōu)化算法。在優(yōu)化過程中為了減少各個子系統(tǒng)之間直接的耦合關系，通過引進輔助設計變量，進行學科問的一致性約束，每個學科放寬學科的允許范圍，使得每個子系統(tǒng)能獨立地進行分析。子系統(tǒng)之間的通訊通過含有等式約束的系統(tǒng)級優(yōu)化過程來協(xié)調，完成系統(tǒng)級優(yōu)化問題，最終使得輔助設計變量與狀態(tài)變量一致。特點是每個子系統(tǒng)只能進行并行分析，而不能進行設計優(yōu)化。

AAO方法計算流程圖

（3）單學科可行方法(Individual Disciplinary Feasible Method)

簡稱IDF算法,屬于單級優(yōu)化算法,與AAO法相似，區(qū)別在于它通過放寬學科間設計變量的相容性，而不是學科的相容性來保證學科分析的可行性。

IDF方法計算流程圖

（4）并行子空間優(yōu)化算法(Concurent subspace optimization)

簡稱CSS0算法，是一種非分層的二級多學科優(yōu)化算法。并行子空問優(yōu)化算法中將系統(tǒng)的設計變量和狀態(tài)變量被分配到各子空間，對涉及到該空間上的變量只在各子空間內部進行優(yōu)化分析。特點在于各子系統(tǒng)內不再只進行分析，而是在子系統(tǒng)內進行獨立的優(yōu)化，學科間的耦合關系通過系統(tǒng)對各子系統(tǒng)的協(xié)調來保證。適用于沒有系統(tǒng)級的目標和變量的問題，各子系統(tǒng)保留獨立的學科目標和設計變量。

CSSO方法計算流程圖

（5）協(xié)同優(yōu)化算法(Collaborative optimization)

簡稱CO算法，是一種分層的兩級優(yōu)化算法。與并行子空間優(yōu)化方法的主要區(qū)別在于具有系統(tǒng)級的優(yōu)化功能，對于子系統(tǒng)，只在每個子系統(tǒng)空間內進行分析及優(yōu)化設計，可暫不考慮其它子空間的影響，只是滿足本子系統(tǒng)的約束條件，然后通過系統(tǒng)級優(yōu)化協(xié)調各子系統(tǒng)設計優(yōu)化結果，通過系統(tǒng)級和子系統(tǒng)之間的多次迭代計算實現(xiàn)一致性的最優(yōu)設計。它適于處理子系統(tǒng)變量遠遠多于學科間變量的情況，即適于解決具有系統(tǒng)級設計目標的多學科設計優(yōu)化問題。

CO方法計算流程圖

傳統(tǒng)的底盤系統(tǒng)設計主要是通過調整控制器參數(shù)來滿足機械結構的設計要求，但是隨著子系統(tǒng)的增多，設計變量也增多，設計變量的選擇很難同時滿足系統(tǒng)級和子系統(tǒng)級學科的性能指標只能以滿足系統(tǒng)級指標為主，或者兼顧系統(tǒng)級指標和子系統(tǒng)級指標。因此，底盤設計應根據(jù)不同的設計任務和需求，采用相應的多學科優(yōu)化算法。