智能交通环境下的汽车电液主动转向系统优化设计研究

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电液主动转向系统具有变传动比功能,能够很好的解决汽车转向低速灵活性与高速稳定性的矛盾,采用电动液压助力提高了转向经济性、实现了转向助力可调,可以在满足较大功率转向需求的同时,很好的兼顾驾驶员的操纵体验。但是,该转向系统结构较为复杂,涉及机电液等多个学科,且学科之间相互耦合,导致其优化设计面临较大挑战。此外,随着对车辆性能要求的提高,评价指标数目增多,在不同工况下差异性大,这也增加了转向系统优化的难度。本文以提高转向系统综合性能为目标,围绕电液主动主动转向系统的性能分析和多目标、多学科优化设计展开研究。本文的主要研究内容和创新点包括:(1)建立电液主动转向系统动力学模型与整车模型,在此基础上,搭建基于AMESim软件的转向系统机械、电气以及液压子系统仿真模型并进行转向系统能量流分析,提出了电液主动转向系统评价指标并推导其量化公式,涉及转向系统能量损耗、转向路感、转向灵敏度和转向稳定性等,根据参数灵敏度分析选择对转向系统评价指标影响较大的结构参数作为设计变量,提出一种改进型的多目标优化算法(NSGA-III-FF)并应用于转向系统结构参数优化。(2)将转向系统的动力学模型与物理模型相结合,在上述转向系统评价指标的基础上引入转向系统模态。结合DOE(Design of experiment)方法、代理模型方法以及有限元计算,构建转向系统一阶频率的响应面模型。基于DCCO(Dynamic constraint collaborative optimization)多学科方法,考虑各评价指标之间的耦合关系,建立以转向能量损耗、转向路感以及转向灵敏度为优化目标,以转向稳定性和转向模态为约束的多学科优化模型,并对转向系统结构参数进行优化。(3)考虑悬架参数对转向系统影响,结合所提出的DCATC(Dynamic constraint analytical Target Cascading)优化方法,建立以转向能量损耗、转向路感以及平顺性为优化目标,以转向灵敏度、转向稳定性以及转向模态为约束的多层次优化模型,并对转向系统结构参数进行优化,进一步拓宽转向系统性能优化的广度;在此基础上,以智能交通环境为场景,在变工况条件下对控制参数进行优化,提高转向系统在变驾驶需求下的适应性,拓展转向系统性能提升的维度。(4)为了验证优化后该系统的转向性能,搭建电液主动转向系统试验台架,并进行台架试验,在此基础上,进行智能交通环境下的转向系统硬件在环试验,在虚拟环境中重构真实的交通场景,通过对控制参数的实时优化,验证转向系统对复杂场景的适应性以及经济性的改善。本文的研究成果验证了电液主动转向系统多目标、多学科优化的可行性和有效性,提升了转向系统的综合性能,可为电液主动转向系统优化设计提供理论基础和技术支持。
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