1. 车辆悬架的优化设计

（1）麦弗逊悬架系统响应面模型与仿真

从悬架设计要求出发，针对悬架跳动性能，选取前轮外倾角、车轮前束角、主销后倾角、主销内倾角等定位角度和车轮侧滑量以及悬架的垂直加速度值的变化情况作为评价麦弗逊悬架系统跳动性能的响应。通过对选定麦弗逊悬架系统的合理简化，根据悬架参数在ADAMS中建立模型并对其进行空间运动学定义，然后在ADAMS/View中对其跳动性能进行运动学仿真分析，进而获得对悬架跳动性能影响较大的关键硬点。

将麦弗逊悬架系统的结构尺寸视为可控因素，刚度和阻尼为不确定因素。运用响应面法中的Box-Behnken Design试验和正交试验方法分别安排设计变量和噪声因素的试验方案，并对其进行试验仿真获得试验数据，同时用置信域对试验数据进行约束。在试验仿真的基础上，运用理想点法将反映悬架跳动性能的多个目标响应转化为单目标响应，运用双响应面法对获得的数据进行响应面方程拟合与验证分析。在所建响应面模型合理的条件下，将获得的均值和方差响应面方程线性化，进而获得最终的稳健设计结果。最后对稳健设计结果进行分析，并借助软件对其进行了仿真验证。

（2）悬架稳健稳健优化设计

针对双横臂悬架设计参数的不确定性，提出了基于Kriging模型和粒子群优化算法的稳健优化设计方法。对悬架硬点坐标进行灵敏度分析，获得对于悬架性能影响较大的一组悬架硬点的坐标，将其作为设计变量，悬架的运动学性能作为响应，拟合得到了双横臂悬架的Kriging模型。

图4.43 双横臂悬架模型

应用粒子群算法，考虑噪声因素对悬架运动学性能的影响，在设计变量的可行空间内进行寻优，获得双横臂悬架稳健优化设计的方案。

2. 电动汽车轮毂电机电磁热耦合机理

研究轮毂电机式电动汽车动力装置关键技术，以综合提高效率、可靠性和寿命三个关键质量特性为研究目标，提出一套电动汽车轮毂电机电磁热耦合综合建模方法和耦合求解算法研究；面向未来微型电动汽车高稳定性和高安全性的设计要求，需要研究微型电动汽车人机动力学行为耦合的内在机理。

3. 车轮组参数化产品族设计方法

首先进行用户需求分析，识别用户的共同需求和差异化需求，然后建立车轮组模型，提取特征参数，通过优先数选取，确定车轮组的系列值，构建车轮组设计结构矩阵及产品设计关联矩阵，然后对该关联矩阵进行聚类分析，合理识别车轮组系列化设计的主参数，以此完成车轮组参数化产品族设计。

从产品功能要求出发，将功能参数转化为结构参数或性能指标，通过对产品参数化结构模型的分析，提取对产品结构影响较大的参数作为特征参数。企业在开发产品时，产品的主参数系列应最大限度采用优先数系。对规格杂乱、品种繁多的老产品，应通过调查分析加以整顿，从优先数系中选用合适的系列作为产品的主要参数系列。在零部件的系列设计中应选取一些主要尺寸作为自变量选用优先数系。在利用设计结构矩阵选取出了候选设计参数的基础上，采用聚类分析进一步确定车轮组设计的主参数。针对变量进行聚类，采用关联距离进行计算。为了克服变量测量标准的影响，在计算关联距离之前，一般对变量要做标准化处理，通常是把变量变成均值为零、方差为1的标准化变量。

图4.44 车轮组参数化建模

4. 卷筒组数字化平台

引入可适应设计概念，对卷筒设计进行可适应性规划。基于数字化平台技术，将三重接口技术运用于平台开发，提出一种基于三重接口的可适应性数字化平台的设计方法，给出了三重接口实现的基本流程。最后采用VB6.0作为开发软件，基于三重接口技术，结合Access、Solidworks和Ansys通用软件，建立了卷筒组的可适应性数字化平台。

三重接口是实现平台系统的关键技术：数据库接口完成标准件和通用专用件三维尺寸参数调用，节约获取参数的时间；三维接口实现对于设计结果三维建模和二维图纸生成，以最快的速度将设计结果呈现出来，便于观察；CAE接口重点在于对设计模型进行有限元可视化分析，验证设计结果是否满足设计要求。

图4.45 卷筒组

5. 机械系统稳健性建模与分析方法

（1）以用户需求为切入点，对产品的功能语义和功能需求进行元模型描述，定义并将功能空间分为基本功能空间、期望功能空间和附加功能空间。以公理设计为指导框架，基于独立公理和Z字型映射方式，寻找并确定设计参数，明确功能要求之间及其与设计参数的相互关系，建立完整设计矩阵。将公理设计矩阵转换为设计结构矩阵并对其进行重构，以BSCS中的设计参数为核心，基于客户个性化需求的动态配置考虑，利用模糊聚类算法对设计参数进行聚类，生成几个相互之间具有较小依赖度的聚类耦合模块，得到系统稳健关联矩阵。然后将各个模块之间的关联参数作为可控因素，通过试验设计分析其对目标影响的重要程度并实施针对性的控制与调整，从而提升机械产品系统的稳健性和可适应性。基于所提出的稳健性分析方法进行起重机小车的设计，说明该方法应用过程，证明了其可行性。

（2）提出了面向可适应性的稳健性产品平台规划方法，在产品平台规划初期就开始考虑产品的稳健性，并使设计具有可适应性，以避免后期出现大的返工。依照功能需求分析及三种类型的划分，合理提炼特征设计参数，建立产品平台的功能要求和设计参数矩阵。将灰色系统理论应用到产品平台的稳健设计中，以可适应设计参数为因素，进行试验设计，并通过对关联度的分析判断因素对关联度影响的重要程度，合理识别平台参数和变型参数。然后将产品族稳健优化问题分两个阶段处理，确定公共参数、平台参数、变型参数和定制参数的规格变化数值，以保证变型产品的质量性能稳健最优，从而在保证了产品族较高通用性的前提下使族内产品间差异性尽可能大，同时也提高了平台的稳健性。

图4.46 起重机平台

本研究方向在近四年新增获批科研项目20余项，其中国家自然科学基金项目5项，省部级项目8项目；新增科研项目立项经费450万元。申请发明专利8项，授权发明专利3项、实用新型专利2项和计算机软件著作权3项；获得江西省高校成果二、三等奖3项，发表学术期刊论文80多篇，其中SCI/EI检索18篇、核心期刊论文30余篇，出版教材3部；参加国际学术会议15人次以上，指导研究生28人。