(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210980180.9 (22)申请日 2022.08.16 (71)申请人 中国北方车辆 研究所 地址 100072 北京市丰台区槐树岭4 号院 (72)发明人 鲍珂　杨征葳　褚艳涛　王超凡　 侯琼　 (74)专利代理 机构 中国兵器 工业集团公司专利 中心 11011 专利代理师 周恒 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构 轻量化设计方法 (57)摘要 本发明属于车辆结构设计技术领域， 具体涉 及一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻 量化设计方法， 所述方法基于动力学理论模型建 立高速履带车辆整车多层级质量矩 阵和刚度矩 阵， 根据车体和履带联合轻量化 设计方案生成整 车轻量化质量矩阵， 计算各轻量化设计方案的面 向任务可靠性的轻量化设计参数， 确定最优 轻量 化设计方案， 计算最优 轻量化设计方案的模态动 能分布， 确定可优化的刚度参数。 本发明具有提 高建模效率， 增加轻量化设计方案可靠性， 细化 可优化刚度参数， 降低研发成本等优势， 能够为 高速履带车辆结构轻量化设计提供有效的高任 务可靠性方案 。 权利要求书3页 说明书8页 附图1页 CN 115391914 A 2022.11.25 CN 115391914 A 1.一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法， 其特征在于， 所述方法 包括如下步骤： 步骤1： 建立高速履带 车辆整车多层级质量矩阵和刚度矩阵； 步骤2： 利用整车多层级质量矩阵进行 车体和履带 联合轻量 化设计； 步骤3： 计算所有轻量化设计方案的面向任务可靠性的轻量化设计参数， 确定最优轻量 化设计方案； 步骤4： 计算 最优轻量 化设计方案下的整车模态动能分布； 步骤5： 确定最优轻量 化设计方案的可优化刚度参数。 2.如权利要求1所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤1中， 所述整车多层级包括车体、 动力装置、 负重轮、 履带。 3.如权利要求1所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法， 其特 征在于， 所述步骤1中， 所述整车多层级质量矩阵如 式(1)所示， 其中， 子矩阵Mb为车体质量 矩阵， 子矩阵Me为动力装置质量矩阵， 子矩阵Mw为负重轮质量矩阵， 子矩阵Mr为履带质量矩 阵； 4.如权利要求3所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法， 其特 征在于， 所述步骤1中， 所述整车多层级刚度矩阵如 式(2)所示， 其中， 子矩阵Kb为车体刚度 矩阵， 子矩阵Ke为动力装置刚度矩阵， 子矩阵Kw为负重轮刚度矩阵， 子矩阵Kr为履带刚度矩 阵； 子矩阵Kbe为动力悬置子系统对车体的刚度 影响矩阵， Keb为车体对动力悬置子系统的刚 度影响矩阵； 子矩阵Kbw为负重轮对车体的刚度 影响矩阵， Kwb为车体对负重轮的刚度 影响矩 阵； 子矩阵Kwr为履带对负重轮的刚度影响矩阵， Krw为负重轮对履带的刚度影响矩阵； 5.如权利要求4所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤2的具体实现步骤如下： 步骤2.1： 根据车体可选的n种轻量化材料中的第i种材料的参数生成车体轻量化质量 矩阵Mbi； 步骤2.2： 根据履带可选的m种轻量化材料中的第j种材料的参数生成履带轻量化质量 矩阵Mrj； 步骤2.3： 将步骤2.1中的n种车体轻量化材料与步骤2.2中的m种 履带轻量化材料进行 组合， 得到n ×m种车体和履带联合轻量化设计方案； 其中第i种车体轻量化材料与第j种履 带轻量化材料组合后得到的轻量 化设计方案Tij的整车轻量化质量矩阵Mij如式(3)所示；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115391914 A 26.如权利要求5所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤3的具体实现步骤如下： 步骤3.1： 由步骤2.3中的式(3)整车轻量化质量矩阵Mij和步骤1中的式(2)整车刚度矩 阵K计算轻量 化设计后整车的固有频率向量Fij； 步骤3.2： 根据式(4)计算步骤2.3中的n ×m种轻量化设计方案的面向任务可靠性的轻 量化设计 参数tij， 其中e1为轻量化质量设计权重， e2为轻量化可靠性设计权重， e1+e2＝1， uij 为车体质量数量级系数， mb0为车体轻量化设计前的原有质量， mbi为车体使用第i种轻量化 材料后的质量， mr0为履带轻量化设计前的原有质量， mrj为履带使用第j种轻量化材料后的 质量， fijk为固有频率向量Fij中的元素， f0为上装负载敏感频率， 为影响任务可靠性的频 率范围下限， 为影响任务可靠性的频率范围上限， vij为满足ft1≤fijk≤ft2的fijk的数量； 步骤3.3： 比较由步骤3.2得到的n ×m种车体和履带联合轻量化设计方案的面向任务可 靠性的轻量化设计参数tij的大小， 其中的最大值tpq为最优面向任务可靠性的轻量化设计 参数， tpq对应的轻量化设计方案Tpq为最优轻量化设计方案， Tpq对应的整车轻量化质量矩阵 为Mpq。 7.如权利要求6所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤4的具体实现步骤如下： 步骤4.1： 由步骤3.3得到的最优轻量化设计方案Tpq的整车轻量化质量矩阵Mpq和式(2) 整车刚度矩阵K计算整车主振型矩阵Apq； 步骤4.2： 由步骤3.3得到的最优轻量化设计方案Tpq的整车轻量化质量矩阵Mpq和步骤 4.1得到的主振型矩阵Apq根据式(5)计算最优轻量化设计方案Tpq的模态动能分布矩阵Εpq (c,h)； 其中c表示第c个自 由度， h表示第h阶模态， Apq(h)表示第h阶模态主振型， ach表示第h阶模 态主振型中第c个自由度， ash表示第h阶模态主振型中第s个元素， mcs表示整车轻量化质量 矩阵Mpq中的第c个自由度的第s个元 素； 8.如权利要求7所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤5的具体实现步骤如下： 步骤5.1： 根据式(6)确定最优轻量化 设计方案Tpq的影响可靠性的固有频率向量Fpq′， 以 及Fpq′对应的阶次向量R ′pq， 式(6)中Fpq为最优轻量化设计方案Tpq的固有频率向量， fpqz为固权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115391914 A 3