摘 要

随着自动驾驶技术的发展，如何对自动驾驶的车辆进行高效的测试成为人们要面对的问题，目标车辆由可一个低矮的自行式底盘和一些安装在底盘上可以组装成车辆外形的柔性材料组成，用目标车辆进行车辆测试实验能够避免测试车辆因碰撞而受损，使得测试能够重复进行，大大提高了测试效率。当测试车辆碾压过自行式底盘时，车轮要缩回底盘内，避免目标车辆的悬架因为载荷过大损坏，因此对车轮缩回机构进行结构设计和优化，使各个零件之间传递的力尽可能小，对提高目标车辆的可靠性和耐用性有很大的意义。本文设计了目标车辆的边界条件，完成了车轮缩回机构的结构设计及三维建模，对目标车辆车轮缩回机构的主要零件进行了受力分析，对比了多种多目标优化算法，选择合适的优化方法对缩回机构的结构尺寸进行了多目标优化，使优化之后的结构能更好的承受载荷。

关键词：碰撞测试；有限元分析；优化算法；多目标优化

Abstract

With the development of automatic driving technology, how to effectively test the automatic driving vehicle has become a problem that people have to face. The target vehicle is composed of a low self-propelled chassis and some flexible materials that can be assembled into the shape of the vehicle when installed on the chassis. The vehicle test experiment with the target vehicle can avoid the damage of the test vehicle due to collision, so that the test can repeated, greatly improving the test efficiency. When the test vehicle passes over the self-propelled chassis, the wheels shall be retracted into the chassis to avoid the suspension of the target vehicle being damaged due to the excessive load. Therefore, the structural design and optimization of the wheel retraction mechanism shall be carried out to minimize the force transmitted between various parts, which is of great significance to improve the reliability and durability of the target vehicle. In this paper, the boundary conditions of the target vehicle are designed, the structure design and three-dimensional modeling of the wheel retraction mechanism are completed, the main parts of the wheel retraction mechanism of the target vehicle are analyzed, a variety of multi-objective optimization algorithms are compared, and the appropriate optimization method is selected to optimize the structure size of the retraction mechanism, so that the optimized structure can better bear the load 。

Key words:intersection detection;finite element analysis;optimization algorithm;multi-objective optimization

目 录

第1章 绪论 1

1.1目标车辆简介 1

1.2课题研究的背景及意义 3

1.3国内外研究现状 3

1.4本文的主要研究内容和方法 6

1.4.1研究的基本内容 6

1.4.2研究目标 6

1.4.3拟采用的技术方案及措施 6

第2章 目标车辆车轮缩回机构的设计 7

2.1车轮缩回机构的几何结构分析 7

2.1.1设计原理 7

2.1.2车轮缩回机构几何结构分析 8

2.2车轮缩回机构主要零件设计 10

2.2.1空气弹簧的选择 10

2.2.2空气弹簧上盖板设计 11

2.2.3摇臂设计 12

2.2.4中间轴设计 13

2.2.5车轮连接臂设计 13

2.2.6车轮组件设计 14

2.3车轮缩回结构建模与装配 14

第3章 目标车辆车轮缩回机构的受力分析 17

3.1上盖板受力分析 17

3.2上盖板销钉受力分析 17

3.3连接短臂受力分析 18

3.4摇臂受力分析 19

3.5中间轴受力分析 20

3.6车轮连接臂受力分析 21

第4章 目标车辆车轮缩回机构优化 23

4.1MATLAB概述 23

4.1.1MATLAB优化工具箱概述 23

4.1.2优化函数简介 24

4.2车轮缩回机构数学模型的建立 25

4.2.1目标函数的建立 25

4.2.2约束条件的建立 32

4.3优化方式比较与选择 33

4.3.1fminimax函数优化 33

4.3.2评价函数法 37

4.3.3多目标遗传算法 53

4.4车轮缩回机构优化 56

4.4.1优化过程 56

4.4.2优化结果分析 61

第5章 结论 65

参考文献 66

致谢 68

绪论

1.1目标车辆简介

随着自动驾驶技术的发展，该技术开始应用在越来越多的车辆上，在通过计算机控制实现了自动驾驶后，还需要经过大量的车辆测试以确认自动驾驶技术的安全性，例如测试自动驾驶车辆遇到对向来车时能否及时规避、自动驾驶车辆转向时能否有效规避其他方位来车等等，这些实验中可能由于计算机算法的缺陷或其他因素导致自动驾驶车辆与其需要躲避的目标车辆之间发生碰撞，造成对车辆的损坏，不仅增加了实验的成本，还使得实验无法大量多次进行，影响实验效率。针对这种情况，人们研发了导向软目标车辆来避免自动驾驶车辆的损坏。

导向软目标车辆（Guided Soft Target vehicle）是一种专门用于车辆测试的工具，导向软目标车辆由一个低矮的自行式底盘和安装在底盘上的独立泡沫面板组成，泡沫面板经过简单的拼装后可以组成车辆的外形，如图1.1所示，当自行式底盘在行驶时目标车辆看上去就像是一辆真正的车，同时自动驾驶车辆的传感器也会将导向软目标车辆识别为真正的车辆，以保证自动驾驶测试实验的顺利进行。