[发明专利]一种电动轮汽车底盘系统的优化方法

摘要

本发明公开了一种电动轮汽车底盘系统及其优化方法，底盘系统包含差速转向模块、差速制动模块和主动悬架模块；差速转向模块包括方向盘转矩转角传感器、齿轮齿条转向器、两个轮毂电机、车速传感器、两个轮速传感器、横摆角速度传感器和差速转向控制ECU；主动悬架模块包括弹性元件、阻尼元件、力发生器和导向机构；差速制动模块包括制动踏板位置传感器和差速制动控制ECU。在转向/制动工况下，以转向路感、转向灵敏度、悬架平顺性为性能指标，以本发明三个模块的参数为优化变量，基于NSGA‑Ⅱ算法对底盘系统进行优化，使系统在获得较好转向路感及转向灵敏度同时保证汽车平顺性，从而提高电动轮汽车底盘系统的整体综合性能。

主权项

一种电动轮汽车底盘系统的优化方法，所述电动轮汽车底盘系统包含差速转向模块、差速制动模块和主动悬架模块；所述差速转向模块包括方向盘转矩转角传感器、齿轮齿条转向器、两个轮毂电机、车速传感器、两个轮速传感器、横摆角速度传感器和差速转向控制ECU；汽车的方向盘总成通过转向柱与齿轮齿条转向器连接，齿轮齿条转向器通过转向横拉杆与汽车前轮的车轴连接；所述方向盘转矩转角传感器设置在转向柱上，用于获取汽车方向盘的转矩和转角；所述两个轮毂电机分别用于两个前轮的驱动与制动；所述车速传感器用于获得汽车的车速；所述两个轮速传感器分别设置在两个前轮上，分别用于获得两个前轮的角速度；所述横摆角速度传感器用于汽车的横摆角速度；所述差速转向控制ECU分别和方向盘转矩转角传感器、两个轮毂电机、车速传感器、两个轮速传感器、横摆角速度传感器电气相连，用于根据汽车方向盘的转矩和转角、车速、两个前轮的角速度、横摆角速度进行调节，对左右轮毂电机发出电流信号，使得左右轮毂电机输出不同的驱动力矩，以实现差速助力转向；所述主动悬架模块包括弹性元件、阻尼元件、力发生器和导向机构；所述导向机构通过弹性元件、阻尼元件、力发生器将汽车的车身与车架相连；所述差速制动模块包括制动踏板位置传感器和差速制动控制ECU；所述制动踏板位置传感器用于获取汽车制动踏板被踏下的行程；所述差速制动控制ECU分别制动踏板位置传感器、两个轮毂电机、车速传感器、两个轮速传感器、横摆角速度传感器电气相连，用于根据制动踏板被踏下的行程、车速、两个前轮的角速度、横摆角速度进行调节，对左右轮毂电机发出电流信号，使得左右轮毂电机输出不同的制动力矩，以实现差速制动；其特征在于，所述优化方法包含以下步骤：步骤1)，建立主动悬架模块模型、差速转向模块模型、整车动力学模型、差速制动模块模型，所述差速转向模块模型包括方向盘模型、输入轴和输出轴模型、齿轮齿条模型、电机模型、路面输入模型和轮胎模型；步骤2)，在制动工况下，以转向路感、转向灵敏度和悬架平顺性为电动轮汽车底盘系统的性能评价指标，以转向稳定性、制动减速度、悬架动载荷和限位移为约束条件，并建立差速转向模块、差速制动模块和主动悬架模块的性能指标的目标函数：1)，差速转向模块性能指标的目标函数：f1(X)=12πω0∫0ω0|E(s)|s=jω2dω]]>式中，f1(X)表示差速转向路感在路面信息有效频率范围(0，ω0)内的频域能量平均值；ω0表示路面信息中有用信号的最大频率值；E(s)为差速转向路感传递函数：E(s)=Th(s)Tw(s)=Ks(Je+rδrNln2GJeq)s2+(Be+rδrNln2GBeq)s+Ks]]>式中，Je、Be分别为转向输出轴与齿轮齿条转向器齿轮结构等效转动惯量、阻尼；Th为驾驶员作用于方向盘等效力矩；Tw为绕转向主销作用于轮胎的阻力矩；Ks为方向盘转矩传感器等效刚度；rδ为左、右两前转向轮的主销横向偏移距；r为车轮半径；Nl为转向直拉杆与车轴之间距离；Jeq，Beq分别为轮毂电机与车轮总成等效转动惯量和阻尼；G为齿轮齿条机构的传动比；n2为转向螺杆到前轮的传动比；2)，差速制动模块性能指标的目标函数：f2(X)=12πω0∫0ω0|δ(s)θs(s)|s=jω2dω]]>式中，f2(X)表示差速转向灵敏度在路面信息有效频率范围(0，ω0)内的频域能量平均值；ω0表示路面信息中有用信号的最大频率值；为差速转向灵敏度传递函数：eω为车轮中心到主销的距离；k1、k2为前轮侧偏刚度；Je、Be分别为转向输出轴与齿轮齿条转向器齿轮结构等效转动惯量、阻尼；E1为前轮侧倾转向系数；δ是前轮转向角；θs为方向盘转角；β为质心侧偏角；ωr为横摆角速度；为俯仰角；a汽车质心至前轴的距离；u为汽车车速；3)，主动悬架模块的性能指标的目标函数：f3(X)=w0s0σ2Z··s+Σi=14wisiσ2δdi+Σj=14wj+4sj+4σ2Fdj=w0s0σ2Z··s+w1s1σ2δd1+w2s2σ2δd2+w3s3σ2δd3+w4s4σ2δd4+w5s5σ2Fd1+w6s6σ2Fd2+w7s7σ2Fd3+w8s8σ2Fd4]]>式中，w0、wi、wj+4为权重；s0、si、sj+4为比例因子；σ2x为平顺性三大评价指标的频域能量：σ2x=∫0w0|H(jω)x~q·|2Gq·(f)df,(x=Z··s,δdi,Fdi),i=(1,2,3,4)]]>σx为振动响应量的标准差，为频率，即为幅频特性Gx(f)为响应量功率谱密度，为路面输入量的功率谱密度；为车身振动加速度传递函数：Hz··2i~q·=Z··2i(s)q·(s)=c2ik1is2+k1ik2ism1im2is4+(m1i+m2i)c2is3+(k1im2i+k2im1i+k2im2i)s2+c2ik1is+k1ik2i(i=f,r);]]>为悬架动挠度传递函数：H(z2i-z1i)~q·=z2i(s)-z1i(s)q·(s)=-k1im2ism1im2is4+(m1i+m2i)c2is3+(k1im2i+k2im1i+k2im2i)s2+c2ik1is+k1ik2i(i=f,r);]]>为车轮相对动载荷传递函数：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);]]>m1i为轮胎质量；m2i为簧载质量；k1i为轮胎等效刚度；k2i为主动悬架刚度；c2i为主动悬架阻尼；下标i为f或r，f、r分别代表前、后轮；步骤3)，根据差速转向模块、差速制动模块和主动悬架模块的性能指标的目标函数建立电动轮汽车底盘系统的多目标优化模型；步骤4)，设置优化变量、性能指标范围和约束条件范围，基于NSGA‑Ⅱ算法对底盘系统进行优化计算，得到底盘系统有关所述优化变量的优化参数，并根据得到优化变量的优化参数对底盘系统对应参数进行调整。