半主动悬架系统与机械弹性车轮的参数匹配控制系统及优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种半主动悬架系统与机械弹性车轮的参数匹配控制系统及优化方法，即基于CARSIM与MATLAB联合控制的参数优化匹配，在CARSIM中输入已经经过处理的机械弹性车轮与半主动悬架的数学模型，以建立机械弹性车轮与半主动悬架的动力学模型，再在CARSIM中根据整车参数搭建整车模型，并设计半主动悬架刚度与阻尼参数变量，联合MATLAB/Simulink设计的相关控制优化方案，将CARSIM整车模型导入MATLAB进行不同工况联合仿真，获取不同工况下的半主动悬架参数最优解集或曲线，进一步得出最佳的匹配参数的方法。本方法为后续的匹配方案的确定及悬架系统的加工制作提供技术指导，减少开发高性能悬架系统的时间与成本，具有良好鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
半主动悬架系统与机械弹性车轮的参数匹配控制系统及优化方法
本专利技术属于车辆设计
，具体涉及一种半主动悬架系统与机械弹性车轮的参数匹配控制系统及优化方法。
技术介绍
悬架作为车辆重要的结构与功能部件，对车辆整体性能影响重大。车用悬架按其工作原理可分为被动悬架、半主动悬架及主动悬架。目前，被动悬架在行驶过程中其相关参数不可调而不能满足人们对乘车舒适性的要求，主动悬架的刚度和阻尼特性虽然能根据汽车行驶条件进行自适应调节，但需要相应的能源系统而成本较高，即两者都没能得到广泛的应用。由变阻尼减振器或变刚度弹簧构成的半主动悬架系统可以根据路面条件及汽车行驶状态而做出响应，既弥补了被动悬架系统的缺陷，又突破了主动悬架在实际应用中的局限，具有较高的性价比和广阔的应用前景。并且随着科技的进步，各种现代智能控制技术的发展，在以后相当一段时间内，寻求合适的控制策略与优化方案以提高汽车的平顺性和舒适性将成为今后的发展方向。同时随着汽车技术的发展，人民生活质量的日益提高，广大群众在购车时越发注重汽车安全与舒适性。而悬架系统的好坏关系着汽车的操纵稳定性、平顺性和通过性，间接的影响到汽车行驶的安全性与舒适性。因此在新车开发或车型改进中都需要对悬架的参数进行匹配优化，以实现车辆性能的提升。目前传统的悬架参数匹配主要是根据经验，通过计算-试制-试验。到修改计算-再试制-再试验的方法，反复多轮，直至达到目标要求。尽管其过程中也部分采用计算机虚拟技术，但仍然费时又费力，而这与当今汽车界的激烈竞争也不相适应。第一，工作量大，时间长。目前传统的悬架参数匹配主要根据经通过计算-试制-试验。到修改计算-再试制-再试验的方法，反复多轮。显而易见整个悬架系统的匹配过程需要经历多次的计算与试验，不可避免的要消耗大量的人力物力，同时根据传统的悬架匹配主要根据经验进行计算和试验，势必增加了整个过程的不确定性，即存在一定的盲目性，进而导致工作量增大，耗时长。开发成本高。根据传统的悬架参数匹配方法，依据经验，通过计算-试制-试验。到修改计算-再试制-再试验的方法，反复多轮，直至到达目标要求。可想而知，在整个匹配开发过程中，需要不断根据计算研制相关悬架部件进行实验验证，因此不可避免的需要浪费掉大量的材料从而增大成本。难以应用现代智能控制与优化技术，鲁棒性差。由于传统的悬架参数匹配主要根据经通过计算-试制-试验。到修改计算-再试制-再试验的方法，反复多轮。在整个悬架匹配过程中很少用到虚拟软件技术，即大部分都是通过不断试凑，反复修改模型再仿真试验，因此几乎无法结合一些现代智能控制与优化理论，从而当进行相同悬架与不同整车性能的匹配时，不具有重复适用性，即鲁棒性差。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，解决上述传统的悬架匹配开发时间与成本高等技术问题，本专利技术提出一种半主动悬架系统与机械弹性车轮的参数匹配控制系统及优化方法。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种半主动悬架系统与机械弹性车轮参数匹配的控制系统，包括依次连接的整车动力学模型系统、控制优化系统和联合仿真系统；所述整车动力学模型系统用于根据半主动悬架系统与机械弹性车轮的数学模型及整车参数，基于CARSIM建立整车的CARSIM动力学模型，并在CARSIM中设计参数变量；所述控制优化系统用于将所述整车动力学模型系统输出的CARSIM动力学模型和参数变量导入MATLAB，联合控制半主动悬架系统与机械弹性车轮的参数匹配优化工作；所述MATLAB还连接有优化算法模块，采用基于精英策略的非支配排序遗传算法NSGA-II进行多目标优化；所述联合仿真系统用于对不同工况的联合仿真，输出不同工况下的最优解集或曲线，获取最优的半主动悬架匹配参数。进一步的，所述整车参数包括：车重、车高、轮距、轴距。进一步的，所述参数变量包括半主动悬架的刚度与阻尼参数变量。进一步的，所述整车动力学模型系统中，首先根据机械弹性车轮与半主动悬架的数学模型，在CARSIM中建立机械弹性车轮与半主动悬架的动力学模型；再根据整车参数在CARSIM中搭建整车的CARSIM模型。进一步的，所述联合控制，是通过CARSIM自带的联合MATLAB/Simulink控制模块将建好的整车动力学模型导入MATLAB中进行联合控制。上述的一种半主动悬架系统与机械弹性车轮参数匹配的控制优化方法，包括以下步骤：步骤1.根据半主动悬架系统与机械弹性车轮的数学模型及整车参数，基于整车仿真软件CARSIM与MATLAB建立整车动力学模型与相应的控制优化方案，联合控制半主动悬架与机械弹性车轮的参数匹配优化工作；步骤2.通过不同工况的联合仿真，获取不同工况下的最优解集或曲线，获取最优的半主动悬架匹配参数。进一步的，步骤1中，所述基于整车仿真软件CARSIM与MATLAB建立整车动力学模型与相关控制优化方案，具体方法为：(1)根据机械弹性车轮与半主动悬架的数学模型，在CARSIM中建立机械弹性车轮与半主动悬架的动力学模型；(2)根据整车的尺寸参数在CARSIM中搭建整车模型；(3)在CARSIM中设计半主动悬架的刚度与阻尼参数变量；(4)在MATLAB中设计并建立相应的控制优化算法程序；(5)将CARSIM动力学模型导入MATLAB进行联合仿真。进一步的，所述整车参数包括：车重、车高、轮距、轴距。进一步的，步骤1中，所述CARSIM与MATLAB联合控制，是通过CARSIM自带的联合MATLAB/Simulink控制模块将建好的整车动力学模型导入MATLAB中进行联合控制。进一步的，所述控制优化方案采用基于精英策略的快速非支配排序遗传算法NSGA-II，进行多目标优化，其具体步骤如下：(1)确定优化目标函数：以分别表征汽车平顺性、操纵稳定性与行驶安全性的车身加速度均方根值a、悬架系统动行程f以及车轮与路面间的相对动位移v为目标函数；(2)确定优化变量：以半主动悬架刚度K与阻尼C为优化变量；(3)确定约束条件：选择悬架的动挠度、轮胎的动载荷及悬架系统的阻尼比为约束条件；(4)设计优化迭代参数：包括种群大小N、交叉概率pc、变异概率pm、重启动判断代数M及外部种群大小Ne＝200；(5)进行不同工况的联合仿真，得出不同工况下的最优解集或曲线。进一步的，步骤(4)中，各个优化迭代参数为：种群大小N＝10，交叉概率pc＝0.65，变异概率pm＝0.05，重启动判断代数M＝3，外部种群大小Ne＝200。进一步的，所述多目标优化的具体步骤如下：(1)根据优化目标的初始参数，即悬架刚度K与阻尼系数C，产生规模为N的初始种群P及规模为M的外部非支配集D，并设迭代系数gen＝0；(2)在不同的工况下进行仿真，计算种群中个体的目标函数值L＝min(a,f,v)与约束违反值，进行快速非支配排序；(3)按比例选择种群P每一非支配分层中的个体并与外部非支配集D一起参与锦标赛选择；(4)以设定的概率进行种群个体的交叉和变异操作，得到子种群Q；(5)合并父代、子代种群，生成新种群R＝P∪Q；(6)对新种群R进行快速非支配排序，清空D中支配个体和较密集个体。(7)按适应值大小排序，选取群体R中前N个优秀个体作为新的种群P；(8)判断迭代系数gen，若gen<gen本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半主动悬架系统与机械弹性车轮参数匹配的控制系统，其特征在于：包括依次连接的整车动力学模型系统、控制优化系统和联合仿真系统；所述整车动力学模型系统用于根据半主动悬架系统与机械弹性车轮的数学模型及整车参数，基于CARSIM建立整车的CARSIM动力学模型，并在CARSIM中设计参数变量；所述控制优化系统用于将所述整车动力学模型系统输出的CARSIM动力学模型和参数变量导入MATLAB，联合控制半主动悬架系统与机械弹性车轮的参数匹配优化工作；所述MATLAB还连接有优化算法模块，采用基于精英策略的非支配排序遗传算法NSGA‑II进行多目标优化；所述联合仿真系统用于对不同工况的联合仿真，输出不同工况下的最优解集或曲线，获取最优的半主动悬架匹配参数。

【技术特征摘要】
1.一种半主动悬架系统与机械弹性车轮参数匹配的控制系统，其特征在于：包括依次连接的整车动力学模型系统、控制优化系统和联合仿真系统；所述整车动力学模型系统用于根据半主动悬架系统与机械弹性车轮的数学模型及整车参数，基于CARSIM建立整车的CARSIM动力学模型，并在CARSIM中设计参数变量；所述控制优化系统用于将所述整车动力学模型系统输出的CARSIM动力学模型和参数变量导入MATLAB，联合控制半主动悬架系统与机械弹性车轮的参数匹配优化工作；所述MATLAB还连接有优化算法模块，采用基于精英策略的非支配排序遗传算法NSGA-II进行多目标优化；所述联合仿真系统用于对不同工况的联合仿真，输出不同工况下的最优解集或曲线，获取最优的半主动悬架匹配参数。2.根据权利要求1所述的半主动悬架系统与机械弹性车轮参数匹配的控制系统，其特征在于：所述整车参数包括：车重、车高、轮距、轴距。3.根据权利要求1所述的半主动悬架系统与机械弹性车轮参数匹配的控制系统，其特征在于：所述参数变量包括半主动悬架的刚度与阻尼参数变量。4.根据权利要求1所述的半主动悬架系统与机械弹性车轮参数匹配的控制系统，其特征在于：所述整车动力学模型系统中，首先根据机械弹性车轮与半主动悬架的数学模型，在CARSIM中建立机械弹性车轮与半主动悬架的动力学模型；再根据整车参数在CARSIM中搭建整车的CARSIM模型。5.根据权利要求1所述的半主动悬架系统与机械弹性车轮参数匹配的控制系统，其特征在于：所述联合控制，是通过CARSIM自带的联合MATLAB/Simulink控制模块将建好的整车动力学模型导入MATLAB中进行联合控制。6.根据权利要求1-5任一所述的半主动悬架系统与机械弹性车轮参数匹配的控制系统的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1.根据半主动悬架系统与机械弹性车轮的数学模型及整车参数，基于整车仿真软件CARSIM与MATLAB建立整车动力学模型与相应的控制优化方案，联合控制半主动悬架与机械弹性车轮的参数匹配优化工作；步骤2.通过不同工况的联合仿真，获取不同工况下的最优解集或曲线，试制具有相应参数的半主动悬架与机械弹性车轮进行实车测试与主观评价验证，从而确定最优的半主动悬架匹配参数。7.根据权利要求6所述的半主动悬架系统与机械弹性车轮参数匹配的控制系统的优化方法，其特征在于：步骤1中，所述基于整车仿真软件CARSIM与MATLAB建立整车动力学模型与相关控制优化方案，具体方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵又群，周凯，徐瀚，王秋伟，张桂玉，
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