一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法，属于车辆动力学建模及其参数估计领域，该方法具体为：1）建立客车侧翻动力学模型；2）根据客车动力学模型构建客车悬架等效侧倾阻尼参数的初始种群；3）选取客车输出参数为状态响应变量，定义适应度函数，设定适应度函数的参考值；4）进行选择、交叉、变异运算，并将运算后的结果反馈到动力学模型，通过适应度函数判断是否满足条件，循环迭代后得到客车等效侧倾阻尼的估计值；本发明专利技术解决了客车瞬态参数变化大，难以准确估计的问题，并且提高了运算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法
本专利技术属于车辆动力学建模及其参数估计领域，尤其是一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法。
技术介绍
客车悬架的等效侧倾阻尼的估计对汽车主动安全具有重要意义，特别是对汽车侧翻稳定性的分析。在阶跃工况的瞬态阶段，车辆状态变化快且较为复杂，表征其特性的模型关键参数估计也较为困难。客车侧倾阻尼主要是由侧倾角速度和侧倾角加速度以及非簧载质量的侧倾角速度来估计得到，而上述变量是在阶跃瞬态阶段产生，且变化较大。若运用传统的最小二乘法可能由于不重要数据过多而造成饱和等问题。鉴于此，提出了一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法。现有技术中，彭思敏等(申请号201510642746.7)根据串联电池特性将将无迹卡尔曼滤波算法应用于电池状态估计，解决了用EKF算法估计非线性系统的一系列问题，但由于无迹卡尔曼滤波算法所含参数较多，参数选取困难且会影响参数估计精度；方宇等(申请号201310202412.9)提出了一种基于改进粒子滤波算法的轨道车辆悬挂系统参数估计方法，通过引入再次均匀采样策略,打破了传统方法需要依靠海量状态监测数据的统计结果,解决因粒子枯竭导致无法对悬挂系统参数变化进行实时监测的问题，但是运算量较大，算法的实现有一定难度；孙棣华等(申请号201611231861.6)提出了一种考虑换挡因素的车辆质量估计方法，使车辆在换挡前后,均能够获得较为准确的质量估计结果。同时考虑到换挡时带来的传动比突变和换挡之后车辆旋转质量换算系数的变化,采用带有多遗忘因子的加权最小二乘递推估计方法,实现对车辆质量的实时估计，但是由于最小二乘法所需数据量太多，容易造成饱和而是重要数据遗失，从而使估计不准确。客车侧倾阻尼主要由侧倾角速度和侧倾角加速度以及非簧载质量的侧倾角速度来估计得到，而上述变量是在阶跃瞬态阶段产生，且变化较大，所以直接通过汽车动力学模型的公式进行计算来估计侧倾阻尼偶然性较大，估测不准确，而传统的最小二乘法估计可能由于不重要数据过多而造成饱和等问题，所以很有必要提出一种新型有效的侧倾阻尼估计方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的问题公开了一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法，建立客车侧翻动力学模型，运用遗传算法解决了客车瞬态参数变化大，难以准确估计的问题，并且提高了运算效率。本专利技术是这样实现的：一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法，其特征在于，步骤如下：步骤一：建立客车侧翻的4自由度动力学模型，包括侧向运动、横摆运动以及簧载与非簧载的侧倾运动方程；步骤二：根据步骤一建立的4自由度动力学模型构建客车等效侧倾阻尼的初始种群，将悬架等效侧倾阻尼作为待估计量，确定侧倾阻尼的初始种群，即悬架等效侧倾阻尼的范围，并对侧倾阻尼进行编码；步骤三：选取客车输出参数为状态响应变量，定义适应度函数，设定适应度函数的参考值；步骤四：当适应度函数值大于参考值时，将上述步骤二中的初始种群进行遗传算法中的选择运算，交叉运算，变异运算并将运算后的结果反馈到4自由度模型中，通过适应度函数进行判断，直至适应度函数值小于参考值，得到上述客车参数的估计值；当适应度函数值大于参考值时，即得到客车侧倾阻尼值。进一步，所述的步骤一运动方程具体为：侧向运动方程为：横摆运动方程为：簧载质量侧倾运动方程为：非簧载质量侧倾运动方程为：其中，式中，m为客车质量，ms客车簧载质量，h簧载质量质心到侧倾中心的距离，hu非簧载质量质心高度，hc侧倾中心高度，a，b分别为前，后轴到质心距离，Ff，Fr分别为前，后轮侧向力，v为客车侧向速度，u为客车纵向速度，r为横摆角速度，ay为客车侧向加速度，δ为前轮转角，kf，kr分别为前，后轮胎侧偏刚度，βf，βr分别为前，后轮侧偏角，Iz为横摆转动惯量，Ix为簧载质量绕侧倾中心转动惯量，Ks为悬架等效侧倾刚度，Ds为悬架等效侧倾阻尼，Ku为轴向等效侧倾刚度，为簧载质量侧倾角，为非簧载质量侧倾角，为簧载质量侧倾角速度，为非簧载质量侧倾角速度，为簧载质量侧倾角加速度，为非簧载质量侧倾角加速度。进一步，所述的步骤二具体为：模拟客车在斜坡转角输入下行驶，并通过数据采集系统获得客车侧向加速度ay，簧载质量侧倾角非簧载质量侧倾角簧载质量侧倾角速度非簧载质量侧倾角速度簧载质量侧倾角加速度由式(3)得，粗估侧倾阻尼为以此侧倾阻尼粗估值所在数量级的最大Dsmax和最小值Dsmin作为初始种群的上下边界，即种群大小N＝Dsmax-Dsmin；为将侧倾阻尼表示成遗传空间的基因型串结构数据，将侧倾阻尼Ds编码为16位长的二进制无符号整数表示形式。进一步，所述的步骤三具体为：以客车输出参数侧向加速度ay，客车总侧倾角客车总侧倾角速度客车侧向速度v，横摆角速度r作为状态响应变量，定义适应度函数为并设定适应度函数的参考值，设定设定适应度函数的参考值越小精度越高；式中：ay4DOF(i)为由4自由度动力学模型得到的侧向加速度数据,ay参考(i)为客车上实际测得的侧向加速度参考数据,为由4自由度动力学模型得到的侧倾角数据,为客车上实际测得的侧倾角参考数据,v4DOF(i)为由4自由度动力学模型得到的侧向速度数据,v参考(i)为客车上实际测得的侧向速度参考数据,r4DOF(i)为由4自由度动力学模型得到的横摆角速度数据,r参考(i)为客车上实际测得的横摆角速度参考数据,n为采样点数,i为数据点序号。1、根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法，其特征在于，所述的步骤四具体为：判断当前适应度函数值是否小于参考值，若小于参考值，输出此时的侧倾阻尼值；若大于参考值，将侧倾阻尼依次进行选择运算，交叉运算，变异运算，将得到的新群体再次输入到客车4自由度动力学模型中，并对适应度函数值进行判断，直至适应度函数值小于参考值，得到客车侧倾阻尼值。本专利技术相较于现有技术的有益效果在于：1)本专利技术解决了由于客车输出状态变化大，等效侧倾阻尼估计困难，运用传统的最小二乘法容易出现不重要数据过多而饱和的问题，提高了客车侧倾阻尼估计精度，解决了由于客车输出状态变化大，等效侧倾阻尼估计困难的缺陷；2)该方法提高了运算效率，运算简单，可行性高，解决了等效侧倾阻尼难于估计的问题；提高了估计的精确度，运用遗传算法可以得到客车等效侧倾阻尼的最优解，相对于现有技术在准确度方面有很大的提高。附图说明图1为本专利技术的方法原理流程图；图2为实施例中通过GA工具箱运用本专利技术方法进行侧倾阻尼估计时适应度函数值随迭代次数的变化曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下参照附图并举实例对本专利技术进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，图1为本专利技术一种遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法的原理流程，主要分为4个部分：第一部分：建立客车侧翻的4自由度动力学模型，包括侧向运动、横摆运动以及簧载与非簧载的侧倾运动方程。第二部分：根据步骤1建立的客车4自由度动力学模型构建客车悬架等效侧倾阻尼参数的初始种群并对侧倾阻尼进行二进制编码；第三部分：以客车输出参数侧向加速度ay，客车总侧倾角客车总侧倾角速度客车侧向速度v，横摆角速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法，其特征在于，步骤如下：步骤一：建立客车侧翻的4自由度动力学模型，包括侧向运动、横摆运动以及簧载与非簧载的侧倾运动方程；步骤二：根据步骤一建立的4自由度动力学模型构建客车等效侧倾阻尼的初始种群，将悬架等效侧倾阻尼作为待估计量，确定侧倾阻尼的初始种群，即悬架等效侧倾阻尼的范围，并对侧倾阻尼进行编码；步骤三：选取客车输出参数为状态响应变量，定义适应度函数，设定适应度函数的参考值；步骤四：当适应度函数值大于参考值时，将上述步骤二中的初始种群进行遗传算法中的选择运算，交叉运算，变异运算并将运算后的结果反馈到4自由度模型中，通过适应度函数进行判断，直至适应度函数值小于参考值，得到上述客车参数的估计值；当适应度函数值大于参考值时，即得到客车侧倾阻尼值。

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法，其特征在于，步骤如下：步骤一：建立客车侧翻的4自由度动力学模型，包括侧向运动、横摆运动以及簧载与非簧载的侧倾运动方程；步骤二：根据步骤一建立的4自由度动力学模型构建客车等效侧倾阻尼的初始种群，将悬架等效侧倾阻尼作为待估计量，确定侧倾阻尼的初始种群，即悬架等效侧倾阻尼的范围，并对侧倾阻尼进行编码；步骤三：选取客车输出参数为状态响应变量，定义适应度函数，设定适应度函数的参考值；步骤四：当适应度函数值大于参考值时，将上述步骤二中的初始种群进行遗传算法中的选择运算，交叉运算，变异运算并将运算后的结果反馈到4自由度模型中，通过适应度函数进行判断，直至适应度函数值小于参考值，得到上述客车参数的估计值；当适应度函数值大于参考值时，即得到客车侧倾阻尼值。2.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的客车悬架等效侧倾阻尼的估计方法，其特征在于，所述的步骤一运动方程具体为：侧向运动方程为：横摆运动方程为：簧载质量侧倾运动方程为：非簧载质量侧倾运动方程为：其中，式中，m为客车质量，ms客车簧载质量，h簧载质量质心到侧倾中心的距离，hu非簧载质量质心高度，hc侧倾中心高度，a，b分别为前，后轴到质心距离，Ff，Fr分别为前，后轮侧向力，v为客车侧向速度，u为客车纵向速度，r为横摆角速度，ay为客车侧向加速度，δ为前轮转角，kf，kr分别为前，后轮胎侧偏刚度，βf，βr分别为前，后轮侧偏角，Iz为横摆转动惯量，Ix为簧载质量绕侧倾中心转动惯量，Ks为悬架等效侧倾刚度，Ds为悬架等效侧倾阻尼，Ku为轴向等效侧倾刚度，为簧载质量侧倾角，为非簧载质量侧倾角，为簧载质量侧倾角速度，为非簧载质量侧倾角速度，为簧载质量侧倾角加速度，为非簧载质量侧倾角加速度。3.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静轩，金智林，张甲乐，赵万钟，
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