最优化技术的高速叉车车身转动惯量辨识方法

　　引 言

　　某型自主研发的特殊用途叉车，需要进行大范围长距离的两地搬运作业，要求具有快速转场的能力(能够跟上一般运输车队 80km/h 的行进速度)。这意味着，该车型除应具备普通叉车的工程作业能力外，还须达到 80km/h 的机动速度，即具有类似汽车的行驶功能以及良好的越野性能。因此其底盘行驶系统更多地融合了汽车工程的设计理念和原则。为确保研发进度并有效控制研发成本，设计中引入机械系统动态 CAE 仿真技术。即针对第一轮试制样车，建立旨在支持其底盘与车身匹配性分析的功能虚拟样机(FVP)，简称“虚拟样机”。它屏蔽了枯燥而艰深的数学公式推演，代之以形象、逼真的计算机三维模拟，更易被大多数工程设计人员所接受[1]。

　　实践证明，在虚拟样机构建中，作为建模所需的关键性技术数据，车身绕其质心轴的转动惯量(以下简称“车身转动惯量”)对于虚拟样机仿真分析的置信度有着至关重要的影响。相应地，车身转动惯量的有效获取即成为确保虚拟样机置信度的重要前提之一[2,3]。对此，国外通常采用的处理办法有专项测试、基于三维 CAD 模型计算、经验公式估算等。但对国内而言，由于价格昂贵且利用率较低，迄今为止相关企业及科研单位鲜有此类测试设备。再具体到本车型，一方面其三维 CAD 模型存在较大缺口。另一方面，由于结构的特殊性，难以找到较为适用的经验公式。因此这里必须寻求新的处理方法。

　　1 基本思路

　　这里，依托样车试制现场基本测试条件，利用在常规性研发测试环节中已获得的车辆动态响应信息，结合理论分析“反求”出所关心的车身转动惯量，即进行动态分析的系统辨识。

　　具体而言，一方面，由第一轮试制样车的整车平顺性测试结果中获得前、后悬架系统悬挂质量部分的固有频率，即偏频。另一方面，将作为辨识对象的车身转动惯量视为参数化变量，建立参数化的车身振动分析之理论模型。进而，通过理论计算再次获得前、后悬架系统偏频，并适当调整车身转动惯量的参数化取值，而使偏频的理论计算结果与相应的测试结果趋于吻合。记录吻合程度最高时的车身转动惯量取值，即为最终的辨识结果。

　　需要注意，为确保辨识结果的有效和唯一，车身转动惯量调整的参数化取值区间十分重要，其合理性应根据工程意义来判断。而经验数据的积累有助于正确确定这一区间。

　　2 最优化技术的引入

　　建立车身坐标系 Oxyz 如图 1 所示，其坐标原点 O 定义在车身质心处，x 轴反向于车辆前进方向，z 轴垂直路面向上，坐标系符合右手定则。