本發(fā)明涉及五金器材類，具體為一種汽車底盤懸架彈簧的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)快速生成系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、汽車底盤懸架彈簧通常位于車輛的懸掛系統(tǒng)中，連接車體與車輪。它們主要被布置在懸架臂、減震器以及車輪與車身之間的位置，目的是緩沖車輛行駛過程中的沖擊和振動(dòng)，吸收道路不平的外力。彈簧通過支撐車體重量并保持車輪與車身的相對(duì)位置，保證車輛的平穩(wěn)行駛與舒適性。生成汽車底盤懸架彈簧的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)線可以幫助優(yōu)化懸架性能，確保彈簧在不同工況下的變形范圍合理，避免超負(fù)荷工作，提升車輛的舒適性與安全性。

2、針對(duì)彈簧的包絡(luò)線生成，傳統(tǒng)方法通常依賴于基于數(shù)學(xué)模型的幾何建模與分析。首先通過建模彈簧在不同工況下的形變，結(jié)合彈簧的幾何參數(shù)、負(fù)載與彈性特性，使用有限元分析或者傳統(tǒng)的解析方法來計(jì)算彈簧在壓縮或拉伸過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡。傳統(tǒng)方法通常會(huì)使用簡(jiǎn)化的力學(xué)模型，通過一系列的方程描述彈簧的動(dòng)態(tài)變化與運(yùn)動(dòng)包絡(luò)線。這些計(jì)算過程需要對(duì)彈簧的物理參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的輸入，并通過理論推導(dǎo)或數(shù)值仿真得到結(jié)果。然而，傳統(tǒng)方法計(jì)算過程繁瑣、精度有限，難以在復(fù)雜環(huán)境條件下準(zhǔn)確模擬彈簧的動(dòng)態(tài)變化。忽視了環(huán)境因素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)整，缺乏實(shí)時(shí)性和適應(yīng)性。

3、現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)引入了更多的數(shù)字化工具和智能計(jì)算方法來提高底盤懸架彈簧的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)線生成精度。一些先進(jìn)的方案使用有限元仿真軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，結(jié)合彈簧的幾何形狀和加載條件對(duì)其進(jìn)行精確分析。這些方法不僅能夠模擬彈簧的形變量，還可以在考慮多物理場(chǎng)的影響下，對(duì)彈簧進(jìn)行綜合分析。此外，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車懸架系統(tǒng)可以通過壓力傳感器、加速度傳感器等實(shí)時(shí)采集懸架的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過模型校準(zhǔn)和修正，提高包絡(luò)線的精度。現(xiàn)有技術(shù)還利用機(jī)器學(xué)習(xí)和優(yōu)化算法，基于大量數(shù)據(jù)自動(dòng)優(yōu)化彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)，提升性能。粒子群優(yōu)化算法和遺傳算法等現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)也被應(yīng)用于懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)整，進(jìn)一步提高了包絡(luò)線的精確性。然而，現(xiàn)有技術(shù)面臨計(jì)算效率較低的問題，特別是在復(fù)雜工況下，有限元分析和多物理場(chǎng)仿真計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。此外，包絡(luò)線的精度仍然受限，難以充分考慮實(shí)時(shí)環(huán)境變化對(duì)彈簧性能的影響。

4、為此，提出一種汽車底盤懸架彈簧的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)快速生成系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種汽車底盤懸架彈簧的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)快速生成系統(tǒng)，用于提高彈簧運(yùn)動(dòng)包絡(luò)快速生成的效率和準(zhǔn)確率。首先，使用多模態(tài)傳感器陣列，實(shí)時(shí)采集多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)。其次，識(shí)別多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)的偏差；根據(jù)誤差進(jìn)行多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)的校正；將多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)融合，生成融合數(shù)據(jù)。然后，利用邊緣計(jì)算對(duì)融合數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得時(shí)頻特征；基于時(shí)頻數(shù)據(jù)，使用運(yùn)動(dòng)包絡(luò)并行尋優(yōu)方法生成彈簧運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。接著，對(duì)彈簧運(yùn)動(dòng)包絡(luò)窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑，去除異常波動(dòng)值。最后，持續(xù)監(jiān)控各個(gè)單元的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)評(píng)估各個(gè)單元的協(xié)調(diào)程度；通過反饋回路將修正后的控制參數(shù)轉(zhuǎn)遞回各個(gè)單元，進(jìn)行調(diào)整。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種汽車底盤懸架彈簧的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)快速生成系統(tǒng)，包括：

4、傳感器數(shù)據(jù)采集單元，使用多模態(tài)傳感器陣列，布置在懸架的多個(gè)位置，實(shí)時(shí)采集多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)；

5、誤差校正和傳感器數(shù)據(jù)融合單元，識(shí)別所述多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)的偏差；根據(jù)所述誤差進(jìn)行所述多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)的校正；通過數(shù)據(jù)融合算法，將所述多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)融合，生成融合數(shù)據(jù)；

6、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)生成單元，利用邊緣計(jì)算對(duì)所述融合數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得時(shí)頻特征；基于所述時(shí)頻數(shù)據(jù)，使用運(yùn)動(dòng)包絡(luò)并行尋優(yōu)方法生成彈簧運(yùn)動(dòng)包絡(luò)；所述運(yùn)動(dòng)包絡(luò)并行尋優(yōu)方法包括步驟：數(shù)據(jù)分配、初始化、局部?jī)?yōu)化、信息交換、全局收斂和包絡(luò)生成；

7、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)優(yōu)化單元，對(duì)所述彈簧運(yùn)動(dòng)包絡(luò)窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑，去除異常波動(dòng)值；

8、反饋與監(jiān)控單元，持續(xù)監(jiān)控各個(gè)單元的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)評(píng)估所述各個(gè)單元的協(xié)調(diào)程度；基于實(shí)時(shí)評(píng)估，通過反饋回路將修正后的控制參數(shù)傳遞回所述各個(gè)單元，進(jìn)行調(diào)整。

9、具體地，所述多模態(tài)傳感器陣列包括壓力、加速度和光纖傳感器；所述多模態(tài)傳感器陣列布置在彈簧的兩個(gè)端點(diǎn)、懸架臂周圍以及懸架與車體連接的部分；所述傳感器數(shù)據(jù)包括彈簧的形變量、應(yīng)力和振動(dòng)信息。

10、進(jìn)一步地，識(shí)別所述多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)的偏差；根據(jù)所述誤差進(jìn)行所述多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)的校正，具體步驟為：

11、包括主成分分析方法和自編碼器；使用所述主成分分析方法提取所述多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征，將所述關(guān)鍵特征輸入所述自編碼器，捕捉非線性誤差；

12、基于所述誤差計(jì)算校正權(quán)重，進(jìn)行數(shù)據(jù)校正。

13、進(jìn)一步地，通過數(shù)據(jù)融合算法，將所述多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)融合，生成融合數(shù)據(jù)，具體步驟為：

14、將所述多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)齊和時(shí)空同步；

15、根據(jù)多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)的信噪比計(jì)算融合權(quán)重，基于所述融合權(quán)重將多模態(tài)彈簧數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，生成融合數(shù)據(jù)。

16、進(jìn)一步地，所述邊緣計(jì)算的處理流程具體包括：

17、對(duì)所述融合數(shù)據(jù)提取時(shí)域特征，包括振幅、周期性和最大位移；

18、將所述時(shí)域特征轉(zhuǎn)換到頻域中，提取頻域特征，包括頻率成分，以及對(duì)應(yīng)的峰值頻率和諧波信息；

19、從所述時(shí)域特征中提取出彈簧運(yùn)動(dòng)的周期性信息、幅度特征和瞬態(tài)特征；從所述頻域特征中提取出彈簧運(yùn)動(dòng)的頻率響應(yīng)特征和振動(dòng)模式；將這些特征作為時(shí)頻特征，作為所述運(yùn)動(dòng)包絡(luò)并行尋優(yōu)方法的輸入。

20、進(jìn)一步地，使用所述運(yùn)動(dòng)包絡(luò)并行尋優(yōu)方法生成彈簧運(yùn)動(dòng)包絡(luò)的具體步驟如下：

21、數(shù)據(jù)分配：將所述時(shí)頻特征進(jìn)行分配，生成多個(gè)不同的時(shí)頻數(shù)據(jù)集；將所述時(shí)頻數(shù)據(jù)集分配到多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)；

22、初始化：在每個(gè)所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)上，初始化一部分粒子群；每個(gè)粒子代表一個(gè)潛在的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)解，具有位置、速度和適應(yīng)度值；

23、局部?jī)?yōu)化：每個(gè)所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)分別在對(duì)應(yīng)的所述時(shí)頻數(shù)據(jù)集上進(jìn)行粒子群優(yōu)化，計(jì)算粒子的位置和速度，更新粒子的適應(yīng)度值；每個(gè)所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)獨(dú)立優(yōu)化對(duì)應(yīng)的所述時(shí)頻數(shù)據(jù)集，得到局部最優(yōu)位置。

24、進(jìn)一步地，使用所述運(yùn)動(dòng)包絡(luò)并行尋優(yōu)方法生成彈簧運(yùn)動(dòng)包絡(luò)的具體步驟還包括：

25、信息交換：在每個(gè)所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)的每一輪粒子群優(yōu)化的周期間，每個(gè)所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)相互交換粒子的局部最優(yōu)位置，從所有所述局部最優(yōu)位置中選擇最優(yōu)解作為全局最佳位置；

26、全局收斂：根據(jù)所述全局最佳位置和所述局部最優(yōu)位置更新每個(gè)所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)的粒子群，逐步收斂，直到達(dá)到設(shè)置的迭代次數(shù)；

27、包絡(luò)生成：在最終的迭代中，每個(gè)所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)的粒子群都找到最優(yōu)解；將所有所述最優(yōu)解進(jìn)行匯總，生成最終的彈簧運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。

28、進(jìn)一步地，使用高斯核函數(shù)對(duì)所述彈簧運(yùn)動(dòng)包絡(luò)窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平滑，去除異常波動(dòng)值，包括高頻噪聲。

29、進(jìn)一步地，持續(xù)監(jiān)控各個(gè)單元的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)評(píng)估所述各個(gè)單元的協(xié)調(diào)程度，具體步驟為：

30、監(jiān)控所述各個(gè)單元的計(jì)算負(fù)荷、數(shù)據(jù)流的正常傳遞、任務(wù)執(zhí)行的正確性和時(shí)間延遲，出現(xiàn)異常則發(fā)出預(yù)警；

31、評(píng)估各個(gè)單元的協(xié)調(diào)程度，包括響應(yīng)的實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和處理結(jié)果的一致性，出現(xiàn)異常發(fā)出預(yù)警。

32、進(jìn)一步地，在所述反饋與監(jiān)控單元中，所述反饋回路為pid控制。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

34、1、本發(fā)明的數(shù)據(jù)融合算法將來自多個(gè)傳感器的彈簧數(shù)據(jù)整合為統(tǒng)一的融合數(shù)據(jù)，能夠消除各傳感器可能存在的局部誤差、噪聲和偏差，從而提升數(shù)據(jù)的精確度和可靠性。多維度數(shù)據(jù)融合考慮了不同傳感器的信息，能夠更全面、準(zhǔn)確地反映懸架彈簧的實(shí)際狀態(tài)，為后續(xù)分析提供更加清晰和全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，減少由于單一數(shù)據(jù)源帶來的誤差，有效提高系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和可靠性。

35、2、本發(fā)明利用邊緣計(jì)算將數(shù)據(jù)處理和分析任務(wù)推向數(shù)據(jù)源端，降低延遲，提高實(shí)時(shí)性。通過對(duì)時(shí)域特征和頻域特征的提取，可以準(zhǔn)確捕捉彈簧運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵動(dòng)態(tài)特征。這些時(shí)頻特征為后續(xù)的彈簧運(yùn)動(dòng)包絡(luò)生成提供了精準(zhǔn)的輸入，有助于提高系統(tǒng)對(duì)包絡(luò)生成的精度和效率。

36、3、本發(fā)明通過將時(shí)頻特征數(shù)據(jù)分配到多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)并行處理，能夠快速探索不同的解空間，避免了傳統(tǒng)單節(jié)點(diǎn)優(yōu)化方法的計(jì)算瓶頸。局部?jī)?yōu)化和全局信息交換機(jī)制保證了全局最優(yōu)解的逐步收斂，能夠精確地捕捉彈簧的動(dòng)態(tài)特性并生成準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。此外，同時(shí)考慮多種可能的解能夠更有效地處理非線性的包絡(luò)生成問題，減少了計(jì)算時(shí)間。