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摘要：本文主要介绍适用于复杂系统设计的协同优化的基础概念和计算框架，在设计中引入了可靠性理论和可靠性约束。在系统级协同优化中，通过松弛变量将一致性等式约束转化成不等式约束，使得该算法的收敛更容易。这种基于ADT的轮边减速器优化设计技术的方法实现了并行的可靠性，它的优化结果被运用到了实际工程中。46847
毕业论文关键词——多学科的设计优化；协同优化；驱动桥
1.序论
在机械系统的整体设计优化中有一个大的难题——复杂机械系统的非线性问题的数学描述是个非常复杂的事情。为了简化系统，整个系统可能被分解成一些相对简单的子系。当我们设计和优化各个子系统的时候必须要考虑到子系统间的协调性，因为各个子系统之间是相互关联和相互作用的。这种思路与美籍波兰人伯斯基在1982提出多学科优化设计的概念是一致的，当年这个概念一被提出来就成为了一种新的研究领域。
近年来在一些特定的多学科优化设计算法中，协同优化已经被大量研究。协同优化是一个二次优化的策略，它是由克鲁博士和斯坦福大学基于一致性约束方法的复杂工程系统研究小组成员一起提出的。
本文解释了标准协同优化方法的计算结构。这种协同优化方法一直被尝试应用于45吨级铰接式倾卸汽车的驱动桥设计.同时，为了解决协同优化算法的标准函数之间需要系统协调的缺点，我们用动力松弛法来处理系统一致性的等式约束。这种把一致性的等式约束转化为不等式约束的方法使得函数更容易收敛，在工程中更有实际意义。
2.协同优化的计算结构
协同优化是一种分散的方式，是复杂系统设计问题的二次优化，它的主要思想在于将复杂的系统分解成几个相对比较简单的子系统的优化设计问题，构建一个系统层。
一个复杂的工程系统可能被分成N个子系统，包含h个变量。图1表示协同优化的基本框架。图中，f是一个系统的目标函数值，Z=[ … ]，X=[ … ]分别表示系统级变量向量和子系统级变量向量； 是系统一致性约束，同时它也是第i个子系统的目标函数， 是i子系统的约束条件。
协同优化的计算框架
3.驱动桥的协同优化模型
如图2所示，驱动桥的结构包括减速器、主减速器、差速器和齿轮减速器等等。差速器实现了两个驱动轮之间不同速度的扭矩传输，但没有改变传动轴之间的传动比，所以建立的驱动桥协同优化模型可以忽略差速器带来的影响。根据协同优化的思路，驱动桥的优化设计可以分解成一个系统级优化问题和三个子系统级优化问题——减速器系统、主减速器系统和齿轮减速器系统驱动桥的驱动结构
A.设计变量的选择
对于整个传动系而言，在相同条件下，它的主要参数就是那些在整个传动系中能根本影响汽车动力性和燃油经济性的传动比，也就是那些产品的齿轮箱传动比、减速器传动比 、主减速器传动比 、齿轮减速器传动比
本文假设齿轮箱传动比是已知条件，驱动桥协同优化的系统级设计变量是 、 、 。这些设计变量不仅是系统级设计变量，也是贯穿整个协同优化系统的全局变量。
Z= , , = , , , (1)
子系统的设计变量一般是根据减速装置的结构和传动方式来合理选择的。对于梯级齿轮而言，参数就是它局部设计变量的一部分，主要是齿轮齿宽b，齿数 ，模数m，主轴从动齿轮的直径 ， ，和主要从动齿轮轴支撑轴承的距离 ， 等等的选择。所有的设计变量如下：