(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111367404.0 (22)申请日 2021.11.18 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114048547 A (43)申请公布日 2022.02.15 (73)专利权人 汉思科特 （盐城） 减 震技术有限公 司 地址 224000 江苏省盐城市 盐城经济技 术 开发区岷江路112号2幢 (72)发明人 韩瑞铎　 (74)专利代理 机构 盐城易动专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 32613 专利代理师 王宗艺 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01)G06N 3/12(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 JP 2011240792 A,2011.12.01 CN 10839 9304 A,2018.08.14 CN 110941923 A,2020.0 3.31 US 2009179390 A1,20 09.07.16 CN 107341279 A,2017.1 1.10 US 2019080 040 A1,2019.0 3.14 王娟等.基 于多项式混沌 拓展模型和 bootstrap的结构可靠性分析方法. 《数理 统计与 管理》 .2020,(第01期), 韩忠华.Krigi ng模型及代理优化 算法研究 进展. 《航空学报》 .2016,(第1 1期), Jeremy E. Oak ley等.Probabi listic sensitivity analysis of complex models: a Bayesian ap proach. 《Journal of the Royal Statistical Society》 .20 04, 审查员 闪赛 (54)发明名称 一种基于自适应代理模型的车用空气弹簧 工程优化设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于自适应混沌多项 式—克里金代理模型的车用空气弹簧工程优化 设计方法。 首先， 依据小样本实验数据建立空气 弹簧高保真非线性流固耦合有 限元模型及其参 数化模型。 其次， 基于试验设计方法和统计回归 方法， 利用少量仿真计算结果建立自适应混沌多 项式—克里金代理模型逼近复杂昂贵的仿真模 型。 最后， 基于自适应代理模型和多目标智 能优 化方法对空气弹簧系统性能函数进行参数全局 优化。 本发 明以较小的高保真模 型仿真次数实现 空气弹簧系统优化设计， 可大幅缩短研发周 期、 节省研发成本， 可为空气弹簧快速研发设计决策 提供高效手段， 具有良好的工程适应性和应用前景。 权利要求书4页 说明书9页 附图2页 CN 114048547 B 2022.07.05 CN 114048547 B 1.一种基于自适应代理模型的车用空气弹簧优化设计方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： S1.根据用户需求， 确定约束条件Q(x)>0， 以及由空气弹簧性能指标表征的多 组目标函 数F(x)， 性能指标包括空气弹簧系统静/动态特性、 局部应力水平、 质量， min F(x)＝{f1(x) f2(x)  …  fm(x)}                 (1) 式(1)中： f1(x)， f2(x)，…fm(x)表示m组独立的目标性能函数； x＝[x1,x2,…,xn]为n组相关设计变量， 包括关键结构参数： 充气压力、 囊皮厚度、 帘线 间距、 帘线角、 帘线层数、 单跟帘线截面积、 上下盖板材料和厚度、 气囊有效半径、 囊体设计 高度、 缓冲活塞作用高度； S2.根据用户需求和厂家工程经验库， 确定S1中相关变量参数的概率分布范围， 各变量 参数的设计空间分别设定为： 式(2)中， xi表示第i组设计 变量， 为第i组设计 变量的均值， ξi为服从高斯分布的随机变量， δi为由工程经验确定的第i组设计 变量变异系数； S3.以各设计变量均值为初始迭代点， 采用有限元分析软件， 建立空气弹簧高保真有限 元模型； S4.针对S3中建立的高保真有限元模型进行仿真分析， 获取特性曲线， 包括载荷—位移 曲线、 内压位移曲线和气囊半径 ‑位移曲线、 局部应力水平云图； S5.基于各设计变量均值设计和制造空气弹簧设计优化原始模型， 开展空气弹簧静动 态特性试验， 实际获取S4中所述特性曲线， 并通过对仿真结果与测试结果的对比对高保真 模型及其 参数进行修 正； S6.基于修正后的高保真有限元模型， 利用有限元软件内嵌的脚本语言进行二次编程 形成参数化模型， 从而 得到优化设计源模型， 实现快速有限元建模、 边界条件和载荷自动施 加以及求 解器自动调用； S7.基于S2中所确定的变量设计空间， 开展正交试验设计， 调用S6中生成的参数化模 型， 获得不同因素对目标性能函数 的影响程度， 根据参数影响程度对设计变量进行初步筛 选； S8.利用拉丁超立方 试验设计技 术和数字模拟方法生成初始样本空间； S9.针对S8抽样生成的每个样本点调用S6中所述高保真有限元模型， 获取各样本点对 应的目标性能函数值； S10.基于S8抽样生成的初始样本点和 S9计算获得的相应目标函数值， 训练初始的克里 金代理模型： 式(3)中： gi(x)(i＝1,2，…， m)对应于第i组目标函数的克 里金模型， S11.选择合适的加点准则 函数fs(x)， 并基于离散复合形方法构造自适应抽样模型， 将 抽样问题转化为加点准则函数的最优化问题， 从而在关键 设计区域抽取新的样本点以更新权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114048547 B 2样本空间； S12.将S11寻优得到的自适应样本点添加到样本库， 更新自适应代理模型， 重复步骤 S10和步骤S1 1， 直到添加的自适应样本点满足给定的收敛 标准或代理模型精度要求； S13.基于S12已自适应更新的样本集， 重新生成目标函数的代理模型， 建立了目标函数 F(x)关于 设计变量的近似解析模 型， 在该代理模型的基础上， 采用全局最优化智能算法， 实 现空气弹簧系统的全局优化设计， 参数优化的基本步骤如下： 首先， 根据S2中确定的相关变量参数的概率分布范围， 随机产生容量为P的初始种群样 本， 重复调用S13所建立的各目标函数代理模 型进行非支配排序， 并通过遗传算法得到第一 代子代种群； 其次， 从第二代开始， 合并父代种群与子代种群， 基于S13所建立的代理模型进行快速 非支配排序和非支配层的拥挤度计算， 根据非支配关系以及个体拥挤度选取合适个体组成 新父代种群； 依此类推， 直到满足迭代次数P＝Pmax或最优解收敛准则， 结束性能优化过程， 输出最优 解结果作为空气弹簧设计依据。 2.根据权利要求1所述的一种基于自适应代理模型的车用空气弹簧优化设计方法， 其 特征在于： S 8步骤中， 初始样本空间生成步骤如下： U1.根据S6 筛选后设计 变量数目， 确定需要抽取样本点总数N(n+1≤N  ≤2n)； U2.将各设计 变量概率分布范围划分为 N个具有相同分布概念的区间； U3.在每个设计变量的每 个区间内随机抽取样本点； U4.将随机抽取的每个设计变量样本进行随机组合， 生成总数为N的拉丁超立方样本空 间。 3.根据权利要求2所述的一种基于自适应代理模型的车用空气弹簧优化设计方法， 其 特征在于： S10步骤中， 克 里金代理模型的基本实现步骤如下： Z1.选择多维Hermite混沌多项式作为克里金 回归模型的基函数， n维Hermite混沌多项 式通过一维Hermite混沌多 项式的张量积进行构建； 式(4)中， αi为非负整数,表示第i维Hermite混沌多 项式的展开阶次， Z2.基于高斯核 函数构造相关函数描 述样本空间中任意样点 之间的相关性， 以样本点xi 和xj为例， 相关函数为： 式(5)中， θk为相关性超参数， 由相关函数的极大似然估计确定； 与 分别为样 本xi和 xj的第k个分量， Z3.在步骤(1)和步骤(2)的基础上， 第m组克 里金代理模型gm(x)由下式描述： 式(6)中， Hm(x)为Hermite混沌多项式的矩阵表示， βm为相应的系数向量， zm(x)表征均权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114048547 B 3