一种轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法，该方法含有步骤：1)根据车辆平顺性四个评价指标来优化匹配电动轮减振系统参数；2)综合考虑改善车辆行驶舒适性和平顺性，建立统一适应度函数，并对参数进行进行约束和限制，利用参数优化算法获得步骤1)中期望的减振系统参数；3)采用粒子群算法获得最佳的减振系统参数。本发明专利技术公开的轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法通过粒子群算法仿真优化得到轮内减振系统参数最优值，综合考虑具有与车身、车轴同时相连减振系统的电动轮，以能够改善车轮载荷和悬架动扰度的基本要求、降低车身加速度和电机冲击力为主要目标的参数优化匹配方案。

A method of parameter optimization matching for wheel damping system of wheel hub motor

【技术实现步骤摘要】
一种轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法
本专利技术涉及轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法，特别是具有与车身、车轴同时相连的减振系统的参数优化匹配方法。
技术介绍
进入21世纪，全世界能源危机和环境污染日益突显，传统的内燃机汽车为人们提供了便捷和舒适的出行工具，但是也加剧了环境污染和能源短缺。因此，环保、高效、能源多元化和智能化的电动汽车脱颖而出，受到了全球汽车工业的广泛关注，各汽车厂商和研究机构加强了对其研发的力度，使得电动汽车技术确定了不断发展。其中，轮毂电机驱动技术就是一种备受关注和应用日益广泛的驱动系统方案之一。这种驱动结构可以去掉复杂的变速箱、离合器、差速机构、半轴等传动系部件，提高了传动效率，使得底盘的机械结构简单化，同时也减少了整车质量且布置更合理，为实现底盘的智能和电气化提供了可能。然而，轮毂电机驱动技术仍存在一些缺点和不足，目前，尚有一些关键技术没有完全突破，如轮毂电机引入电动汽车增加了其簧下质量，直接影响车辆行驶的平顺性和车轮接地性能。这种驱动方式拥有明显优势的同时，也较大的改变车辆动力学特性，尤其是一些垂向负效应，表现为：车轮的冲击力增加，降低平顺性和舒适性；在较大的路面冲击下，轮毂电机的使用寿命降低，并且电机定子与转子之间可能产生径向的相对位移，导致定子与转子之间的气隙不均匀，恶化电机的动态特性与稳定性，降低轮毂电机的可靠性。
技术实现思路
为了解决轮毂电机驱动车辆非簧载质量增加，恶化车辆垂向负效应的问题，本专利技术旨在提出一种轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法，综合考虑具有与车身、车轴同时相连减振系统的电动轮，以能够改善车轮动载荷和悬架动扰度为基本要求、降低车身加速度和电机冲击力为主要目标的参数优化匹配方法。为了实现上述目的，本专利技术建立的电动轮参数优化匹配方法，采用如下技术方案：一种轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法,其特征在于，该方法含有步骤：1)所述车轮减振系统的电动轮与车身、车轴同时相连，根据车辆平顺性四个评价指标来优化匹配电动轮减振系统参数；2)综合考虑改善车辆行驶舒适性和平顺性，建立统一适应度函数，并对参数进行进行约束和限制，利用参数优化算法获得步骤1)中期望的减振系统参数；3)采用粒子群算法获得最佳的减振系统参数。优选的，所述步骤3)采用以下步骤具体执行：a)建立关于四个评价指标时域相应Simulink模型：(1)建立车轮的1/4的振动模型-----用于表示电机与车辆车身、车轴连接方式的参考模型；(2)利用(1)中所建立的1/4振动模型，推导其运动微分方程，车轮、车身及轮毂电机垂直位移坐标分别为x1、x2、x3，坐标原点选在各自的平衡位置，路面位移输入为x0，则其运动微分方程式一为：式中；M为质量矩阵，C为阻尼矩阵，K为刚度矩阵；(3)通过式一将运动微分方程转化为状态空间表达式：Y＝CX，式中：为系统状态相连；A为系统矩阵；G为输入矩阵；Y为系统输出向量；C为输出矩阵；W为系统输入向量；(4)建立路面激励模型，通过滤波白噪声时域表达式生成路面时域模型，即路面激励：式中：x0(t)为路面激励；f0为下截止频率，为了与实际路面更接近，可由下截止空间频率(n＝0.01m-1)和车速的乘积得到f0，即f0＝n*u；Gq(n0)为路面不平度系数；n0为参考空间频率(n0＝0.1m-1)；u为车速；ω(t)为白噪声；Gq(n0)表示参考空间频率n0下的路面功率谱密度值；(6)利用步骤(3)得到的状态空间表达确定S-function函数，通过S-function函数和路面激励模型建立关于四个指标时域相应的Simulink模型；b)建立满足步骤2)要求的粒子群算法，(1)首先在满足如下约束条件的基础上，建立适应度函数；(i)为了保证优化后整个系统的合理性和可行性，对需要优化的参数进行约束和限制：轿车悬架的限位行程[Dd]，限制为7-9cm；为保证悬架撞击限位块的概率不大于0.3％，悬架的动挠度均方根值RMS(fd)需要满足；RMS(fd)≦[Dd]/3,轮胎的相对动载均方根值RMS(Fd/G)需要满足RMS(Fd/G)≦1/3,由于车身固有频率为1～2Hz，车轮固有频率为10～15Hz,悬架/电机阻尼比为0.2～0.4，根据上述条件对弹簧减振系统和液压衬套的性能参数取值进行限制；设车身固有频率为f0，且有1≤f0≤2,设车轮固有频率为f1，且有10≤f1≤15。(ii)在上述约束条件基础上，建立用于改善车辆平顺性的适应度函数公式如下：其中RMS(ab)、RMS(Fd/G)、RMS(fd)、RMS(Fe)分别为电动轮减振系统的车身加速度、车轮动载荷、悬架动扰度、电机冲击力四个性能指标表的根值；RMS(ab_t)，RMS(Fd/G_t)，RMS(fd_t)，RMS(Fe_t)分别为固定连接的轮毂电机车轮对应的四个性能指标的均方根植；q1、q2、q3、q4为四个性能指标的加权系数，分别取0.3、0.2、0.2、0.3。优选的，所述四个评价指标时域相应Simulink模型中：M-----质量矩阵C-----阻尼矩阵K-----刚度矩阵m1-----单个车轮质量(不含轮毂电机)，kg；m2-----1/4车身质量，kg；m3-----轮毂电机质量，kg；C1----轮胎阻尼系数，N·s/m；C2----车辆原车主悬架阻尼系数，N·s/m；C3----电机与车身间减振系统阻尼系数，N·s/m；C4----电机与车轮间减振系统阻尼系数，N·s/m；K1----轮胎刚度，N/m；K2----车辆原车主悬架刚度，N/m；K3----电机与车身间弹簧刚度，N/m；K4----电机与车轮间弹簧刚度，N/m。优选的，所述状态空间表达式中：取系统状态向量为：系统输出向量为：根据状态空间表达式可得空间表达式的系数矩阵为：优选的，粒子群算法的控制参数选择如下：(1)粒子速度与位移更新其中：vi,j(t+1)为第t+1次迭代后粒子i飞行速度矢量的第j维分量；xi,j(t+1)为第t+1次迭代后粒子i位置矢量的第j维分量；w为权重惯量；c1为认知系数，c2为社会系数；r1和r2为0到1之间均匀分布的随机数；(3)粒子群算法的控制参数对寻优性能有很大的影响，各参数选择有粒子数N、粒子的维度D、最大速度vm、惯性权重w、学习因子c1、c2。优选的，所述粒子群算法的控制参数：①粒子数N取值范围为10-50；②粒子的维度D，定义粒子的维度为D＝4；③最大速度vm取粒子每维变量变化范围的10％～20％；④惯性权重w具体变换公式如下：其中：wmax和分wmin别表示w的最大值和最小值，t和tmax分别为迭代次数和最大迭代次数；⑤学习因子c1、c2迭代更新公式为:c1ini、c2ini为c1和c2的初始值，分别为2.5和0.5，c1fin、c2fin为c1和c2的迭代终值，分别为0.5和2.5。优选的，wmax＝0.9和wmin＝0.4。优选的，步骤3)中的平顺性评价指标为：车身加速度：电机冲击力：悬架动扰度：fd＝y2-y1，车轮动载荷：其中y0表示的是路面激励，y1、y2分别代表对应部位的路面位移的模拟值。附图说明图1为1/4车辆振动模型图2为参数匹配方法关系示意图。图中：m1-----单个车轮质量(不含轮毂电机)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法,其特征在于，该方法含有步骤：1)所述车轮减振系统的电动轮与车身、车轴同时相连，根据车辆平顺性四个评价指标来优化匹配电动轮减振系统参数；2)综合考虑改善车辆行驶舒适性和平顺性，建立统一适应度函数，并对参数进行进行约束和限制，利用参数优化算法获得步骤1)中期望的减振系统参数；3)采用粒子群算法获得最佳的减振系统参数。

【技术特征摘要】
1.一种轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法,其特征在于，该方法含有步骤：1)所述车轮减振系统的电动轮与车身、车轴同时相连，根据车辆平顺性四个评价指标来优化匹配电动轮减振系统参数；2)综合考虑改善车辆行驶舒适性和平顺性，建立统一适应度函数，并对参数进行进行约束和限制，利用参数优化算法获得步骤1)中期望的减振系统参数；3)采用粒子群算法获得最佳的减振系统参数。2.根据权利要求1所述的一种轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法，所述步骤3)采用以下步骤具体执行：a)建立关于四个评价指标时域相应Simulink模型：(1)建立车轮的1/4的振动模型-----用于表示电机与车辆车身、车轴连接方式的参考模型；(2)利用(1)中所建立的1/4振动模型，推导其运动微分方程，车轮、车身及轮毂电机垂直位移坐标分别为x1、x2、x3，坐标原点选在各自的平衡位置，路面位移输入为x0，则其运动微分方程式一为：式中；M为质量矩阵，C为阻尼矩阵，K为刚度矩阵；(3)通过式一将运动微分方程转化为状态空间表达式：Y＝CX,式中：为系统状态相连；A为系统矩阵；G为输入矩阵；Y为系统输出向量；C为输出矩阵；W为系统输入向量；(4)建立路面激励模型，通过滤波白噪声时域表达式生成路面时域模型，即路面激励：式中：x0(t)为路面激励；f0为下截止频率，为了与实际路面更接近，可由下截止空间频率(n＝0.01m-1)和车速的乘积得到f0，即f0＝n*u；Gq(n0)为路面不平度系数；n0为参考空间频率(n0＝0.1m-1)；u为车速；ω(t)为白噪声；Gq(n0)表示参考空间频率n0下的路面功率谱密度值；(5)利用步骤(3)得到的状态空间表达确定S-function函数，通过S-function函数和路面激励模型建立关于四个指标时域相应的Simulink模型；b)建立满足步骤2)要求的粒子群算法,(1)首先在满足如下约束条件的基础上，建立适应度函数；(i)为了保证优化后整个系统的合理性和可行性，对需要优化的参数进行约束和限制：轿车悬架的限位行程[Dd]，限制为7-9cm；为保证悬架撞击限位块的概率不大于0.3％，悬架的动挠度均方根值RMS(fd)需要满足；RMS(fd)≦[Dd]/3，轮胎的相对动载均方根值RMS(Fd/G)需要满足RMS(Fd/G)≦1/3，由于车身固有频率为1～2Hz，车轮固有频率为10～15Hz,悬架/电机阻尼比为0.2～0.4，根据上述条件对弹簧减振系统和液压衬套的性能参数取值进行限制；设车身固有频率为f0，且有1≤f0≤2，设车轮固有频率为f1，且有10≤f1≤15，(ii)在上述约束条件基础上，建立用于改善车辆平顺性的适应度函数公式如下：其中RMS(ab)、RMS(Fd/G)、RMS(fd)、RMS(Fe)分别为电动轮减振系统的车身加速度、车轮动载荷、悬架...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明春，陈威，邓礼翘，黄菊花，曹铭，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36