[發(fā)明專利]一種電動(dòng)輪汽車底盤系統(tǒng)的優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610517268.1
• 申請(qǐng)日: 2016-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN106080263B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙萬忠;楊遵四;王春燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B60L15/20
• 分類號(hào): B60L15/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 賀翔

1.一種電動(dòng)輪汽車底盤系統(tǒng)的優(yōu)化方法，所述電動(dòng)輪汽車底盤系統(tǒng)包含差速轉(zhuǎn)向模塊、差速制動(dòng)模塊和主動(dòng)懸架模塊；

所述差速轉(zhuǎn)向模塊包括方向盤轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、兩個(gè)輪轂電機(jī)、車速傳感器、兩個(gè)輪速傳感器、橫擺角速度傳感器和差速轉(zhuǎn)向控制ECU；

汽車的方向盤總成通過轉(zhuǎn)向柱與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器連接，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器通過轉(zhuǎn)向橫拉桿與汽車前輪的車軸連接；

所述方向盤轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)向柱上，用于獲取汽車方向盤的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角；

所述兩個(gè)輪轂電機(jī)分別用于兩個(gè)前輪的驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)；

所述車速傳感器用于獲得汽車的車速；

所述兩個(gè)輪速傳感器分別設(shè)置在兩個(gè)前輪上，分別用于獲得兩個(gè)前輪的角速度；

所述橫擺角速度傳感器用于汽車的橫擺角速度；

所述差速轉(zhuǎn)向控制ECU分別和方向盤轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、兩個(gè)輪轂電機(jī)、車速傳感器、兩個(gè)輪速傳感器、橫擺角速度傳感器電氣相連，用于根據(jù)汽車方向盤的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角、車速、兩個(gè)前輪的角速度、橫擺角速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)左右輪轂電機(jī)發(fā)出電流信號(hào)，使得左右輪轂電機(jī)輸出不同的驅(qū)動(dòng)力矩，以實(shí)現(xiàn)差速助力轉(zhuǎn)向；

所述主動(dòng)懸架模塊包括彈性元件、阻尼元件、力發(fā)生器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；

所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)通過彈性元件、阻尼元件、力發(fā)生器將汽車的車身與車架相連；

所述差速制動(dòng)模塊包括制動(dòng)踏板位置傳感器和差速制動(dòng)控制ECU；

所述制動(dòng)踏板位置傳感器用于獲取汽車制動(dòng)踏板被踏下的行程；

所述差速制動(dòng)控制ECU分別制動(dòng)踏板位置傳感器、兩個(gè)輪轂電機(jī)、車速傳感器、兩個(gè)輪速傳感器、橫擺角速度傳感器電氣相連，用于根據(jù)制動(dòng)踏板被踏下的行程、車速、兩個(gè)前輪的角速度、橫擺角速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)左右輪轂電機(jī)發(fā)出電流信號(hào)，使得左右輪轂電機(jī)輸出不同的制動(dòng)力矩，以實(shí)現(xiàn)差速制動(dòng)；

其特征在于，所述優(yōu)化方法包含以下步驟：

步驟1)，建立主動(dòng)懸架模塊模型、差速轉(zhuǎn)向模塊模型、整車動(dòng)力學(xué)模型、差速制動(dòng)模塊模型，所述差速轉(zhuǎn)向模塊模型包括方向盤模型、輸入軸和輸出軸模型、齒輪齒條模型、電機(jī)模型、路面輸入模型和輪胎模型；

步驟2)，在制動(dòng)工況下，以轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度和懸架平順性為電動(dòng)輪汽車底盤系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，以轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性、制動(dòng)減速度、懸架動(dòng)載荷和限位移為約束條件，并建立差速轉(zhuǎn)向模塊、差速制動(dòng)模塊和主動(dòng)懸架模塊的性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)：

1)，差速轉(zhuǎn)向模塊性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)：

f1(X)=12πω0∫0ω0|E(s)|s=jω2dω]]>

式中，f₁(X)表示差速轉(zhuǎn)向路感在路面信息有效頻率范圍(0，ω₀)內(nèi)的頻域能量平均值；ω₀表示路面信息中有用信號(hào)的最大頻率值；E(s)為差速轉(zhuǎn)向路感傳遞函數(shù)：

E(s)=Th(s)Tw(s)=Ks(Je+rδrNln2GJeq)s2+(Be+rδrNln2GBeq)s+Ks]]>

式中，J_e、B_e分別為轉(zhuǎn)向輸出軸與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器齒輪結(jié)構(gòu)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、阻尼；T_h為駕駛員作用于方向盤等效力矩；T_w為繞轉(zhuǎn)向主銷作用于輪胎的阻力矩；K_s為方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器等效剛度；r_δ為左、右兩前轉(zhuǎn)向輪的主銷橫向偏移距；r為車輪半徑；N_l為轉(zhuǎn)向直拉桿與車軸之間距離；J_eq，B_eq分別為輪轂電機(jī)與車輪總成等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼；G為齒輪齒條機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比；n₂為轉(zhuǎn)向螺桿到前輪的傳動(dòng)比；

2)，差速制動(dòng)模塊性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)：

f2(X)=12πω0∫0ω0|δ(s)θs(s)|s=jω2dω]]>

式中，f₂(X)表示差速轉(zhuǎn)向靈敏度在路面信息有效頻率范圍(0，ω₀)內(nèi)的頻域能量平均值；ω₀表示路面信息中有用信號(hào)的最大頻率值；為差速轉(zhuǎn)向靈敏度傳遞函數(shù)：

e_ω為車輪中心到主銷的距離；k₁、k₂為前輪側(cè)偏剛度；J_e、B_e分別為轉(zhuǎn)向輸出軸與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器齒輪結(jié)構(gòu)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、阻尼；E₁為前輪側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)；δ是前輪轉(zhuǎn)向角；θ_s為方向盤轉(zhuǎn)角；β為質(zhì)心側(cè)偏角；ω_r為橫擺角速度；為俯仰角；a汽車質(zhì)心至前軸的距離；u為汽車車速；

3)，主動(dòng)懸架模塊的性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)：

f3(X)=w0s0σ2Z··s+Σi=14wisiσ2δdi+Σj=14wj+4sj+4σ2Fdj=w0s0σ2Z··s+w1s1σ2δd1+w2s2σ2δd2+w3s3σ2δd3+w4s4σ2δd4+w5s5σ2Fd1+w6s6σ2Fd2+w7s7σ2Fd3+w8s8σ2Fd4]]>

式中，w₀、w_i、w_j+4為權(quán)重；s₀、s_i、s_j+4為比例因子；

σ²_x為平順性三大評(píng)價(jià)指標(biāo)的頻域能量：

σ2x=∫0w0|H(jω)x~q·|2Gq·(f)df,(x=Z··s,δdi,Fdi),i=(1,2,3,4)]]>

σ_x為振動(dòng)響應(yīng)量的標(biāo)準(zhǔn)差，為頻率，即為幅頻特性G_x(f)為響應(yīng)量功率譜密度，為路面輸入量的功率譜密度；

為車身振動(dòng)加速度傳遞函數(shù)：

Hz··2i~q·=Z··2i(s)q·(s)=c2ik1is2+k1ik2ism1im2is4+(m1i+m2i)c2is3+(k1im2i+k2im1i+k2im2i)s2+c2ik1is+k1ik2i(i=f,r);]]>

為懸架動(dòng)撓度傳遞函數(shù)：

H(z2i-z1i)~q·=z2i(s)-z1i(s)q·(s)=-k1im2ism1im2is4+(m1i+m2i)c2is3+(k1im2i+k2im1i+k2im2i)s2+c2ik1is+k1ik2i(i=f,r);]]>

為車輪相對(duì)動(dòng)載荷傳遞函數(shù)：

HFdi/G~q·=K1i(z1i(s)-q1(s))Gqi(s)=-k1i[m1im2is4+(m1i+m2i)c2is3+(k2im1i+k2im2i)s2](m1i+m2i)g[m1im2is4+(m1i+m2i)c2is3+(k1im2i+k2im1i+k2im2i)s2+c2ik1is+k1ik2i](i=f,r);]]>

m_1i為輪胎質(zhì)量；m_2i為簧載質(zhì)量；k_1i為輪胎等效剛度；k_2i為主動(dòng)懸架剛度；c_2i為主動(dòng)懸架阻尼；下標(biāo)i為f或r，f、r分別代表前、后輪；

步驟3)，根據(jù)差速轉(zhuǎn)向模塊、差速制動(dòng)模塊和主動(dòng)懸架模塊的性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)建立電動(dòng)輪汽車底盤系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化模型；

步驟4)，設(shè)置優(yōu)化變量、性能指標(biāo)范圍和約束條件范圍，基于NSGA-Ⅱ算法對(duì)底盤系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到底盤系統(tǒng)有關(guān)所述優(yōu)化變量的優(yōu)化參數(shù)，并根據(jù)得到優(yōu)化變量的優(yōu)化參數(shù)對(duì)底盤系統(tǒng)對(duì)應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。