一种基于改进粒子群算法的变速箱轻量化设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于改进粒子群算法的变速箱轻量化设计方法，属于机械组件领 域。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的不断发展，汽车的使用越来越普及，极大地方便了人民的生活，但 随之而来的是汽车带来的环境、能源和安全等问题的逐年突出，汽车轻量化设计成为汽车 工业发展的重要前进方向。从目前来看，汽车轻量化设计主要有三种实施的途径和方法即 一是采用汽车轻量化工艺技术实现汽车轻量化设计，例如拼焊板和热成型技术；二是采用 轻质新型材料实现汽车轻量化设计，例如铝合金、镁合金、塑料、粉末冶金、生态复合材料和 陶瓷等；三是通过结构的优化和模块化设计水平的提高实现汽车轻量化设计，例如使部件 中空化、小型化和采用高刚性结构等。
[0003] 世界发达国家的汽车公司从上世纪80年代就开始研宄汽车轻量化设计技术，而 我国展开研宄相对较晚一些。国内现阶段汽车轻量化工艺技术与国外还有很大差距，新型 材料的应用又需要较长的研发周期和较高的研发成本，相比较而言，汽车结构优化不仅研 发成本少，并可以达到比较好的轻量化效果。张勇博士通过对车身前部吸能部件的材料厚 度和材料合理配置，在一定程度上减小了整车的质量；胡朝辉根据自己提出的汽车概念设 计阶段总体的数学模型，对新车型的车身实现了轻量化设计；章斯亮、朱平基于两种不确定 的稳健设计方法也对轿车车身进行了轻量化设计，并取得了很好的效果。相对于在汽车车 身方面的轻量化设计，汽车底盘部件的轻量化研宄相对要少。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出一个基于改进粒子群算法的变速箱轻量化设计方法，着重 解决针对汽车的变速箱轻量化设计这一问题，
[0005] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：一种基于改进粒子群算法的轻 量化设计方法，包括的步骤如下：
[0006] Sl、初始化3个种群即从群-1，从群-2,从群-3,每个种群含有N个粒子；S2、以变 速箱壳体质量最小为目标，变速箱壳体底面壁的厚度、变速箱壳体轴向壁的厚度和变速箱 侧向壁的厚度为约束条件建立适应度函数；
[0007] S3、根据标准粒子群算法的速度和位置更新公式依次计算各种群中粒子个体的适 应度值；
[0008] S4、分别对各种群粒子的适应度值进行比较，适应度值最小的为最佳粒子，适应度 值最大的为最差粒子，选出各个种群的最佳粒子和最差粒子，每个种群的最佳粒子组成虚 拟主群；
[0009] S5、根据步骤S4中的结果进行种群间的交流，从群-1的最佳粒子替换从群-2的 最差粒子，从群-2的最佳粒子替换从群-3的最差粒子，虚拟主群中的最佳粒子替换从群-1 的最差粒子；
[0010] S6、依次迭代直到满足最大迭代次数，输出最优值；否则跳转S3 ;
[0011] 其中，所述步骤Sl中，随机初始化3个种群，分别命名为从群-1、从群-2和从 群-3,初始化每个种群中N各粒子的位置和速度。
[0012] 所述步骤S2中构建适应度函数：
【主权项】
1. 一种基于改进粒子群算法的变速箱轻量化设计方法，其特征在于：包括以下步骤： 51、 随机初始化3个种群，分别命名为从群-1，从群-2,从群-3,每个种群含有N个粒 子，初始化每个种群中N个粒子的位置和速度； 52、 以变速箱壳体质量最小为目标，变速箱壳体底面壁的厚度、变速箱壳体轴向壁的厚 度和变速箱侧向壁的厚度为约束条件建立适应度函数； 53、 根据标准粒子群算法的速度和位置更新公式依次计算各种群中粒子个体的适应度 值； 54、 分别对各种群粒子的适应度值进行比较，适应度值最小的为最佳粒子，适应度值最 大的为最差粒子，选出各个种群的最佳粒子和最差粒子，每个种群的最佳粒子组成虚拟主 群； 55、 根据步骤S4中的结果进行种群间的交流，从群-1的最佳粒子替换从群-2的最差 粒子，从群-2的最佳粒子替换从群-3的最差粒子，虚拟主群中的最佳粒子替换从群-1的 最差粒子； 56、 依次迭代直到满足最大迭代次数，输出最优值；否则跳转S3。
2. 根据权利要求1所述的基于改进粒子群算法的某产品轻量化设计方法，其特征在 于：步骤S2中，构建适应度函数： min fm (x" x2, x3) x2, x3) = 4. 6896+3. SeTe^Xi+O. 5282*x2+l. 0110*x3 XjG [3, 6],x2g [14, 20],x3g [3,8] 式中，fm为某产品壳体质量，^为某产品壳体底面壁的厚度，x2为某产品壳体轴向壁的 厚度，x3为某产品侧向壁的厚度。
3. 根据权利要求1所述的基于改进粒子群算法的变速箱轻量化设计方法，其特征在 于，所述步骤S3中的速度和位置更新公式分别为：
式中，Vij为粒子的速度，cJPc2为学习因子，r郴r2为（0, 1)的随机常数，pu为粒子 的当前最优值，Pd为粒子的全局最优值。
【专利摘要】本发明涉及一种基于改进粒子群算法的变速箱轻量化设计方法，其步骤为：S1、初始化3个种群即从群-1，从群-2，从群-3；S2、以壳体质量最小为目标，壳体底面壁的厚度、壳体轴向壁的厚度和侧向壁的厚度为约束条件建立适应度函数；S3、根据标准粒子群算法的速度和位置更新公式计算各种群的适应度值；S4、对种群粒子的适应度值进行比较，选出种群的最佳粒子和最差粒子，每个种群的最佳粒子组成虚拟主群；S5、根据步骤S4中的结果进行种群间交流；S6、依次迭代直到满足最大迭代次数，输出最优值；否则跳转S3；本发明解决的问题是采用生物学中的共生现象改进标准粒子群算法易陷入局部最优不易找到最优解的缺陷，用于更好地解决变速箱轻量化设计问题。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104699915
【申请号】CN201510133957
【发明人】张强, 张建霞, 周东生, 魏小鹏
【申请人】大连大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月25日