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专利号: 2025113673756
申请人: 苏州工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于数字孪生的汽车底盘机构仿真优化方法,其特征在于,包括以下步骤:采集汽车底盘机构的实时运行数据集合,所述实时运行数据集合包含多轴加速度时序信息、悬架位移监测序列、转向机构角度变化量以及温度分布图谱,并将所述实时运行数据集合同步传输至云端数字孪生平台;

在所述云端数字孪生平台中,根据底盘拓扑结构构建层级化数字孪生体模型,所述层级化数字孪生体模型包含悬架子系统节点、转向机构节点及连接构件的空间约束关系;

对所述实时运行数据集合进行多物理场特征提取处理,生成底盘多物理场数据集,所述底盘多物理场数据集涵盖振动模态特征向量、结构应力分布矩阵及热力耦合参数集合;

基于所述层级化数字孪生体模型与所述底盘多物理场数据集,执行多尺度联合仿真计算流程,输出底盘动态响应预测结果,所述底盘动态响应预测结果包含关键连接件的疲劳损伤分布及机构形变偏移量;

根据所述底盘动态响应预测结果生成优化参数调整指令集合,并将所述优化参数调整指令集合反馈至物理底盘执行机构。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述采集汽车底盘机构的实时运行数据集合包括:在底盘悬架控制臂铰接点部署三轴振动传感器,以固定采样频率获取多轴加速度时序信息;

通过线性位移传感器采集各减震器的活塞杆伸缩量,形成悬架位移监测序列;

利用角度编码器实时记录转向横拉杆的摆角变化量,并结合转向电机电流波动数据生成转向机构角度变化量;

采用红外热成像仪扫描底盘金属连接区域,生成温度分布图谱;

将所述多轴加速度时序信息、悬架位移监测序列、转向机构角度变化量及温度分布图谱按时间戳对齐后存储为实时运行数据集合。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述对所述实时运行数据集合进行多物理场特征提取处理包括:对所述多轴加速度时序信息执行短时傅里叶变换处理,提取特定频带内的振动能量占比作为振动模态特征向量的基础元素;

基于悬架位移监测序列计算相邻采样点的位移变化率,结合材料弹性模量参数推导结构应力分布矩阵的初始值;

分析温度分布图谱中高热区域的几何中心坐标,并关联对应位置的振动模态特征向量,建立热力耦合参数集合的映射关系;

通过卷积神经网络融合振动模态特征向量、结构应力分布矩阵及热力耦合参数集合,生成包含时空关联特征的底盘多物理场数据集。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述执行多尺度联合仿真计算流程包括:将所述振动模态特征向量输入至有限元子模型,计算悬架子系统节点的动态载荷传递函数;

将所述结构应力分布矩阵输入至多体动力学子模型,求解转向机构节点的运动轨迹偏差量;

将所述热力耦合参数集合输入至流体力学子模型,模拟底盘连接区域的空气对流散热效率;

建立有限元子模型、多体动力学子模型及流体力学子模型的耦合接口,使悬架子系统节点的动态载荷传递函数作为边界条件输入至多体动力学子模型,并将转向机构节点的运动轨迹偏差量反馈至有限元子模型;

迭代计算直至各子模型的输出误差率低于预设阈值,生成包含应力集中区域坐标和形变趋势向量的底盘动态响应预测结果。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述根据所述底盘动态响应预测结果生成优化参数调整指令集合包括:识别底盘动态响应预测结果中的高疲劳损伤区域,提取对应位置的材料应力幅值谱;

根据应力幅值谱的峰值频率特征,生成悬架衬套刚度调整量及减震器阻尼系数修正值;

分析机构形变偏移量的空间分布规律,计算转向机构球铰间隙补偿量及控制臂安装角度微调量;

基于温度分布图谱的热梯度变化趋势,推导散热导流板角度优化参数;

整合悬架衬套刚度调整量、减震器阻尼系数修正值、转向机构球铰间隙补偿量、控制臂安装角度微调量及散热导流板角度优化参数,形成优化参数调整指令集合。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述根据底盘拓扑结构构建层级化数字孪生体模型包括:建立底盘机构组件的层级化拓扑图谱,所述层级化拓扑图谱包含主承力构件层、运动副连接层及辅助执行器层;

为每个悬架子系统节点定义六自由度运动约束方程,所述六自由度运动约束方程包含位移边界条件及力矩传递函数;

为转向机构节点建立齿轮啮合参数化模型,所述齿轮啮合参数化模型涵盖齿隙非线性特性及摩擦系数变量;

在运动副连接层中设置橡胶衬套的粘弹性本构关系及球铰间隙容差阈值;

将层级化拓扑图谱与实时运行数据集合中的传感器空间坐标进行匹配校准,完成层级化数字孪生体模型的初始化。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括虚拟激励加载步骤:根据优化参数调整指令集合中的悬架衬套刚度调整量,在层级化数字孪生体模型中修改对应节点的材料属性参数;

基于减震器阻尼系数修正值,更新有限元子模型中的阻尼矩阵元素;

将转向机构球铰间隙补偿量注入齿轮啮合参数化模型的齿隙容差变量;

采用模态叠加法对更新后的层级化数字孪生体模型施加虚拟路面激励谱,所述虚拟路面激励谱包含随机振幅波形及阶跃冲击分量;

采集虚拟激励下的模型响应数据,验证优化参数调整指令集合的有效性。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,还包括动态孪生体更新步骤:实时接收物理底盘执行机构的反馈数据,所述反馈数据包含实际减震器位移变化曲线及转向电机扭矩输出量;

计算反馈数据与底盘动态响应预测结果的残差指标,所述残差指标包含相位滞后量及振幅衰减率;

当残差指标超过预设容差阈值时,启动层级化数字孪生体模型的参数修正流程;

根据相位滞后量调整有限元子模型的质量分布参数,根据振幅衰减率修正多体动力学子模型的能量耗散系数;

将更新后的层级化数字孪生体模型作为下一仿真周期的计算基础。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,还包括模型迭代优化步骤:在预设时间周期内累计物理底盘执行机构的疲劳损伤实测数据;

提取层级化数字孪生体模型对应周期的仿真疲劳损伤预测值;

构建实测数据与仿真疲劳损伤预测值的误差分布矩阵;

通过反向传播算法调整多尺度联合仿真计算流程中的材料退化速率参数及热传导系数;

生成验证后的多尺度联合仿真计算流程,用于后续周期的底盘动态响应预测。

10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,还包括数字孪生体可视化步骤:将底盘动态响应预测结果中的应力集中区域坐标映射至三维可视化引擎;

在三维模型中渲染显示机构形变偏移量的动态变化云图;

叠加显示优化参数调整指令集合的执行效果模拟动画;

建立关键连接件的剩余寿命预警标识系统,所述剩余寿命预警标识系统基于疲劳损伤分布数据驱动颜色梯度变化。