[发明专利]一种考虑模态的电液复合助力转向系统优化方法

说明书

本发明公开了一种考虑模态的电液复合助力转向系统优化方法，步骤如下：对电液复合助力转向系统进行动力学建模；对电液复合助力转向系统的结构进行有限元建模；分析转向系统的固有频率和一侧车轮受到瞬态激励时转向系统的反应时间，推导出转向路感和转向能耗的数学表达式；通过贡献度分析法获取对上述四个优化目标影响最大的结构并进行优化，将尺寸作为优化变量；建立转向系统的固有频率和瞬态激励的反应时间与电液复合助力转向系统结构尺寸参数之间的数学关系；获得Pareto解集并通过理想解相似偏好排序法选取最优折中解。本发明综合考虑了转向系统操作性能需求和静力学性能要求，能够获得精度更高且收敛速度较快的优化结果。

技术领域

本发明属于车辆转向技术领域，具体涉及一种考虑模态的电液复合助力转向系统优化方法。

背景技术

电液复合助力转向系统因其路感清晰、助力精确和电气化程度较高等优点得到了广泛的关注。但是其结构相较于电助力转向和液压助力转向更加复杂，设计难度更大。如何避免液压系统工作时液压泵、助力电机和发动机怠速的振动引起的共振且减小车轮受到瞬态激励时转向系统的反应时间已经成为了一个值得关注的问题。同时，目前市场普遍要求电液复合助力转向系统需要具有能耗低且路感清晰等性能，通过对电液复合助力转向系统的机械结构参数进行优化可以有效的在系统设计之初就解决上述问题，从而减轻后续制定控制策略时的负担。

当前针对电液复合助力转向系统的优化方法存在以下问题：

一是主要的优化目标是复合助力转向系统的能耗和路感等，并未考虑到外界激励对复合助力转向系统的影响，液压系统在工作时液压泵、助力电机和发动机产生的振动频率非常接近转向系统的固有频率，极易引起共振从而影响驾驶员的操作且缩短转向系统的使用寿命。另外，在行驶过程中，路面不平度会给予转向系统一个瞬态激励，从而引起转向系统发生抖动影响驾驶员操作。

二是为了减小转向系统对瞬态激励的反应时间常常需要提高转向系统的刚度和阻尼，刚度和阻尼的改变会引起转向系统固有频率、能耗和路感的改变。例如，较大的阻尼和刚度引起更高的能耗且使驾驶员在操作时感到方向盘更“沉重”。如何在提高电液复合助力转向系统的固有频率和对瞬态激励的反应速度的同时尽可能减小转向系统能耗且保持清晰的路感是一个急需解决的问题。

三是目前的主要优化方法采用的传统的粒子群优化，该算法虽具有原理简单和收敛速度快等优点，但也存在全局搜索能力差，容易陷入局部最优等缺点，从而影响优化结果的精度。需要提出一种针对电液复合助力转向系统的结构特性的新型优化方法来解决电液复合助力转向系统的多目标优化问题。

因此，需要一种针对电液复合助力转向系统机械结构尺寸且考虑固有频率和瞬态激励反应时间的优化方法，获得更高的精度的最优解来满足系统对路感、能耗、模态和瞬态激励的要求。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种考虑模态的电液复合助力转向系统优化方法，本发明综合考虑了转向系统操作性能需求和静力学性能要求，能够获得精度更高且收敛速度较快的优化结果。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种考虑模态的电液复合助力转向系统优化方法，步骤如下：

(1)对电液复合助力转向系统进行动力学建模；

(2)对电液复合助力转向系统的结构进行有限元建模；

(3)分析转向系统的固有频率和一侧车轮受到瞬态激励时转向系统的反应时间，并推导出转向路感和转向能耗的数学表达式，以使系统的固有频率避开液压泵、助力电机和发动机怠速的振动频率，减小转向系统瞬态激励反应时间，提高转向路感和减小转向能耗为四个优化目标；

(4)通过贡献度分析法获取对上述四个优化目标影响最大的结构并进行优化，将尺寸作为优化变量；