一种电动轮汽车底盘系统的优化方法技术方案
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及汽车转向系统、悬架系统、制动系统领域，具体是一种电动轮汽车底盘系统及其优化方法。
技术介绍
电动轮技术本身结构具有很好的优势，使其在电动汽车上得到广泛的应用。由于电动轮技术取消了变速器、差速器等机构，简化了传动系统，不仅提高了传动效率，而且减小了传动系统占用的车内空间；将电动机和减速机构直接与车轮集成为一体，有利于整车布置。电动轮汽车采用了不同于传统的转向及制动结构，应用差速助力转向及差速制动技术，通过改变左右车轮轮毂电机的输出转矩，来控制系统的力传递特性，实现助力转向功能；通过轮毂电机提供的附加转角，来控制系统的位移传递特性，实现主动转向功能；通过改变输入轮毂电机电流大小，控制制动阻力矩大小，实现差速制动功能。上述功能都是由轮毂电机实现，但是由于电动机与固定速比减速装置制成一体，轮胎直接安装在减速装置的输出端上，在这种结构中，电动轮质量全部成为非簧载质量，使得非簧载质量的动力学特性发生变化，影响非簧载质量在运动过程中的平顺性。转向系统、悬架系统和制动系统是电动轮汽车底盘中三个重要的子系统，其性能直接影响电动轮汽车的操纵稳定性、平顺性和行驶安全性等整车综合性能，三个子系统中相关结构参数直接影响其性能指标，从而影响整车综合性能。通常在对电动轮汽车底盘三大子系统的性能进行优化分析时，人们习惯把它们之间的相互影响相对独立，即对电动轮汽车转向系统、悬架系统和制动系统建立相对独立的动力学模型进行分析。例如，分析汽车悬架的振动平顺性时，往往忽略轮胎侧向力和纵向力对其的影响；或者，在分析汽车转向系统横摆运动和侧向运动时忽略路面不平度输入和车身振动引起的垂...
【技术保护点】
一种电动轮汽车底盘系统，其特征在于，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...
【技术特征摘要】
1.一种电动轮汽车底盘系统，其特征在于，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。2.基于权利要求1所述的电动轮汽车底盘系统的优化方法，其特征在于，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：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。3.根据权利要求2所述的电动轮汽车底盘系统的优化方法，其特征在于，所述步骤2)中：1)，差速转向模块性能指标的目标函数： f 1 ( X ) = 1 2 πω 0 ∫ 0 ω 0 | E ( s ) | s = j ω 2 d ω ]]>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 ) = T h ( s ) T w ( s ) = K s ( J e + r δ rN l n 2 GJ e q ) s 2 + ( B e + r δ rN l n 2 GB e q ) s + K s ]]>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： f 2 ( X ) = 1 2 πω 0 ∫ 0 ω 0 | δ ( s ) θ s ( s ) | s = j ω 2 d ω ]]>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为： f 3 ( X ) = w 0 s 0 σ 2 Z ·· s + Σ i = 1 4 w i s i σ 2 δ d i + Σ j = 1 4 w j + 4 s j + 4 σ 2 F d j = w 0 s 0 σ 2 Z ·· s + w 1 s 1 σ 2 δ d 1 + w 2 s 2 σ 2 δ d 2 + w 3 s 3 σ 2 δ d 3 + w 4 s 4 σ 2 δ d 4 + w 5 s 5 σ 2 F d 1 + w 6 s 6 σ 2 F d 2 + w 7 s 7 σ 2 F d 3 + w 8 s 8 σ 2 F d 4 ]]>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： σ 2 x = ∫ 0 w 0 | H ( j ω ) x ~ q · | 2 G q · ( f ) d f ( x = Z ·· s , δ d i , F d i ) 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： H z ·· 2 i ~ q · = Z ·· 2 i ( s ) q · ( s ) = c 2 i k 1 i s 2 + k 1 i k 2 i s m 1 i m 2 i s 4 + ( m 1 i + m 2 i ) c 2 i s 3 + ( k 1 i m 2 i + k 2 i m 1 i + k 2 i m 2 i ) s 2 + c 2 i k 1 i s + k 1 i k 2 i , ( i = f , r ) ; ]]>为悬架动挠度传递函数： H ( z 2 i - z 1 i ) ~ q · = z 2 i ( s ) - z 1 i ( s ) q · ( s ) ...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵万忠，杨遵四，王春燕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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