【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆悬架隔振，特别是一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法。
技术介绍
1、被动悬架因其结构简单，工作可靠，在车辆悬架系统中有着不可替代的地位；角模块构型车辆作为传统车辆的制动、转向、悬架等模块的集合，已然成为了新能源车辆电动化、智能化关注的焦点；为满足车辆各轮胎可以独立转向、制动等功能，需要将电机布置在轮毂内，从而增大了簧下质量，引发垂向振动负效应，直接影响了车辆的平顺性和操作稳定性；
2、然而传统被动悬架由“弹簧-阻尼”二元件构成，存在结构固化等问题；“惯容器”的引入使得被动悬架的结构设计有了新的突破口，惯容器的提出实现了新机电相似理论的完全对应，使得电学理论网络综合的研究可以应用在悬架结构设计上；但随着传递函数阶次的升高，其被动实现需要的无源元件数量会进一步增加，工程上难以实现，对由滚珠丝杠式惯容器与旋转电机耦合而成的机电惯容器进行外端电路设计，可用无源电气元件实现复杂的阻抗输出，但目前的研究局限于整数阶传递函数，根据无变压器网络综合法，双二次传递函数可用不多于8个元件进行被动实现，双三次传递函数可用不多于12个元件进行被动实现，纵使国内外学者聚焦于传递函数的最简实现，用5个元件被动实现整数阶传递函数的条件苛刻复杂，难以描述更加复杂的振动传递特性，使得结构设计陷入瓶颈，无法满足更高的设计要求；
3、鉴于上述情况，有必要对现有的传递函数加以改进，使其能够准确的描述复杂的动态问题，满足悬架结构设计的需要。
技术实现思路
1、本专利技
2、实现上述目的本专利技术的技术方案为，一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，包括以下步骤：
3、步骤一：基于分数阶双二次传递函数的角模块构型车辆惯容悬架动力学模型构建；
4、步骤二：基于nsga-ii多目标遗传算法的角模块构型车辆惯容悬架参数优化；
5、步骤三：分数阶双二次传递函数的正实综合被动实现；
6、步骤四：基于分数阶双二次传递函数的角模块构型车辆惯容悬架动力学性能分析。
7、对本技术方案的进一步补充，所述步骤一车辆机电惯容悬架动力学模型的四分之一悬架系统的动力学拉氏方程为：
8、
9、式中ms是簧上质量，mu是簧下质量，k为悬架支撑弹簧的刚度，c为悬架的阻尼系数，kt为轮胎的等效弹簧刚度，zs为簧载质量的垂向位移，zu为簧下质量的垂向位移，zr为路面不平度的垂向输入位移，zs、zu、zr分别是zs、zu、zr的拉氏变化，b(s)为机电惯容器的速度型阻抗表达式。
10、对本技术方案的进一步补充，所述步骤一中的机电惯容器的速度型阻抗表达式为：
11、
12、式中，b为机电惯容器的惯质系数、p为机电惯容器的导程，kt为旋转电机的推力系数，ke为旋转电机的电动势常数；ye(s)为旋转电机外端电路的传递函数；
13、ye(s)表达式为：
14、式中a，b，c，d，e，f，g，h是分数阶双二次传递函数的系数，α，β是传递函数的阶数，s是拉普拉斯算子。表1为悬架模型参数。
15、对本技术方案的进一步补充，所述步骤二采用nsga-ii多目标遗传算法，同时考虑悬架系统的操作稳定性和乘坐舒适性方面的因素，通过研究随机道路输入条件下动态性能指标，可得到性能最优的分数阶双二次传递函数的角模块构型车辆机电惯容悬架参数。
16、对本技术方案的进一步补充，所述动态性能指标包括随机道路输入条件下车身加速度的均方根值、悬架动行程均方根值、轮胎动载荷均方根值，分别取各均方根值的最小值作为目标函数，目标函数为：表达式如下：
17、
18、式中，j为适应度函数，x表示一组需要优化的参数，ba(x)、sws(x)、dtl(x)表示角模块构型车辆机电惯容悬架系统三指标的均方根值。
19、对本技术方案的进一步补充，所述步骤二采用nsga-ii多目标遗传算法求解优化参数，选择阻尼系数c、惯质系数b、传递函数的系数a，b，c，d，e，f，g，h及阶数α，β作为优化的设计变量；在优化过程中，变量的范围设置如下。
20、
21、对本技术方案的进一步补充，所述步骤二中采用nsga-ii多目标遗传算法求解优化参数，设置每一代种群中的个体数量为200；设置算法迭代的代数为100代，设置种群迭代代数最大值为200；设置函数值的收敛容限，当连续多少代种群最优解的函数值之差小于这个容限时，算法将停止迭代。
22、对本技术方案的进一步补充，所述步骤三的分数阶双二次传递函数的正实综合被动实现需要满足传递函数的正实性约束条件并且遵循最简原则。
23、对本技术方案的进一步补充，所述传递函数ye(s)是正实函数的充分必要条件为：
24、1)α＝β时，
25、2)α≠β时，
26、对本技术方案的进一步补充，所述步骤四动力学性能分析具体实施方法为：根据建立的角模块构型车辆惯容悬架模型，以20m/s的车速，驶过路面不平度系数为256×10-6m3·cycle-1的c级路面，仿真时长为10s，采样间隔为0.001s，选取均值为零的高斯白噪声所确定的随机路面模型，计算随机路面输入条件下整数阶双二次传递函数的角模块构型车辆机电惯容悬架、分数阶双二次传递函数的角模块构型车辆机电惯容悬架的车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷的均方根值作为悬架工作性能指标，并与传统角模块构型车辆被动悬架的相应指标进行对比。
27、其有益效果在于，1.本专利技术将分数阶微积分理论应用到角模块构型车辆惯容悬架系统设计中，通过分数阶传递函数相较于整数阶传递函数可以更加精确地描述悬架系统的动态特性，实现分数阶传递函数与惯容悬架的匹配结合，突破了惯容悬架“黑箱”设计局限于整数阶传递函数的设计瓶颈。填补了分数阶传递函数在惯容悬架结构设计中的应用空白，丰富了惯容悬架的结构选型，为角模块构型车辆惯容悬架的设计提供新思路。
28、2.本专利技术提出的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，利用nsga-ii多目标遗传算法的全局搜索能力和鲁棒性的特点，通过算法给出的pareto前沿可得到多个可行解，并根据侧重点挑选出性能最优的悬架结构，有效实现了惯容悬架的振动抑制，相较于传统角模块构型车辆被动悬架和整数阶双二次传递函数的角模块构型车辆惯容悬架性能改善明显。
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1.一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述步骤一车辆机电惯容悬架动力学模型的四分之一悬架系统的动力学拉氏方程为：
3.根据权利要求2所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述步骤一中的机电惯容器的速度型阻抗表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述步骤二采用NSGA-II多目标遗传算法，同时考虑悬架系统的操作稳定性和乘坐舒适性方面的因素，通过研究随机道路输入条件下动态性能指标，可得到性能最优的分数阶双二次传递函数的角模块构型车辆机电惯容悬架参数。
5.根据权利要求4所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述动态性能指标包括随机道路输入条件下车身加速度的均方根值、悬架动行程均方根值、轮胎动载荷均方根值，分别取各均方根值的最小值作为目标函数，目标函数为：表达式如下：
6.根据权利
7.根据权利要求6所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述步骤二中采用NSGA-II多目标遗传算法求解优化参数，设置每一代种群中的个体数量为200；设置算法迭代的代数为100代，设置种群迭代代数最大值为200；设置函数值的收敛容限，当连续多少代种群最优解的函数值之差小于这个容限时，算法将停止迭代。
8.根据权利要求1所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述步骤三的分数阶双二次传递函数的正实综合被动实现需要满足传递函数的正实性约束条件并且遵循最简原则。
9.根据权利要求8所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述传递函数Ye(s)是正实函数的充分必要条件为：
10.根据权利要求1所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述步骤四动力学性能分析具体实施方法为：根据建立的角模块构型车辆惯容悬架模型，以20m/s的车速，驶过路面不平度系数为256×10-6m3·cycle-1的C级路面，仿真时长为10s，采样间隔为0.001s，选取均值为零的高斯白噪声所确定的随机路面模型，计算随机路面输入条件下整数阶双二次传递函数的角模块构型车辆机电惯容悬架、分数阶双二次传递函数的角模块构型车辆机电惯容悬架的车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷的均方根值作为悬架工作性能指标，并与传统角模块构型车辆被动悬架的相应指标进行对比。
...【技术特征摘要】
1.一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述步骤一车辆机电惯容悬架动力学模型的四分之一悬架系统的动力学拉氏方程为：
3.根据权利要求2所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述步骤一中的机电惯容器的速度型阻抗表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述步骤二采用nsga-ii多目标遗传算法，同时考虑悬架系统的操作稳定性和乘坐舒适性方面的因素，通过研究随机道路输入条件下动态性能指标，可得到性能最优的分数阶双二次传递函数的角模块构型车辆机电惯容悬架参数。
5.根据权利要求4所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述动态性能指标包括随机道路输入条件下车身加速度的均方根值、悬架动行程均方根值、轮胎动载荷均方根值，分别取各均方根值的最小值作为目标函数，目标函数为：表达式如下：
6.根据权利要求5所述的一种角模块构型车辆惯容悬架正实综合及参数确定方法，其特征在于，所述步骤二采用nsga-ii多目标遗传算法求解优化参数，选择阻尼系数c、惯质系数b、传递函数的系数a，b，c，d，e，f，g，h及阶数α，β作为优化的设计变量；在优化过程中，变量的范围设置如下。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈钰杰，季凯，杜甫，赵艳辉，李明，李军超，万德刚，汪俊，莫雯竣，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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