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原文传递 一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统及其优化方法
专利名称: 一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统及其优化方法
摘要: 本发明公开了一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统及其优化方法,系统包括:机械传动模块、电动助力模块、磁流变液助力模块和助力控制模块;磁流变液材料置于循环球转向器内的磁流变液空腔,励磁线圈置于循环球转向器壳体的外部,励磁线圈通电产生的磁场方向与电极板通电形成的电场方向相互垂直。本发明通过建立电液转向系统优化模型,采用小生境多目标粒子群优化算法进行优化,简化了系统的结构,提高了转向路感的可控性。
专利类型: 发明专利
国家地区组织代码: 江苏;32
申请人: 南京航空航天大学
发明人: 周小川;赵万忠;张自宇;王一松;汪桉旭;王春燕
专利状态: 有效
申请日期: 2018-12-28T00:00:00+0800
发布日期: 2019-07-05T00:00:00+0800
申请号: CN201811622588.9
公开号: CN109969255A
代理机构: 江苏圣典律师事务所
代理人: 贺翔
分类号: B62D5/04(2006.01);B;B62;B62D;B62D5
申请人地址: 210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项: 1.一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统,其特征在于,包括:机械传动模块、电动助力模块、磁流变液助力模块和助力控制模块; 所述的机械传动模块包括方向盘、转向轴、循环球转向器、转向摇臂、转向直拉杆、转向横拉杆、左转向节臂、左梯形臂、左转向节、左侧车轮、右转向节臂、右梯形臂、右转向节、右侧车轮; 所述转向轴的上端与方向盘相连,下端与循环球转向器输入端连接;所述循环球转向器包括转向螺杆、转向螺母齿条、循环球转向器壳体、齿扇以及循环钢球,其中循环钢球放置于转向螺母齿条与转向螺杆之间的密闭管路内;循环球转向器的输出端通过齿扇与转向摇臂的一端连接,转向摇臂的另一端通过转向直拉杆和左转向节臂相连,带动左转向节和左侧车轮偏转;左转向节臂经左梯形臂与转向横拉杆的一端相连;转向横拉杆的另一端与右梯形臂相连,右梯形臂经右转向节臂与右转向节相连,右转向节带动右侧车轮转向; 所述的电动助力模块包括助力电机和助力电机减速机构,所述的助力电机减速机构的输入端与助力电机相连,所述助力电机减速机构的输出端与转向轴相连; 所述的磁流变液助力模块包括磁流变液空腔、磁流变液材料、励磁线圈、电极板; 所述的磁流变液材料置于循环球转向器内的磁流变液空腔;所述的励磁线圈置于循环球转向器壳体的外部,励磁线圈通电产生的磁场方向与电极板通电形成的电场方向相互垂直; 所述的助力控制模块的输入端与转矩传感器、车速传感器、方向盘角位移传感器、位移传感器相连,输出端分别与助力电机、励磁线圈和电极板相连。 2.根据权利要求1所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统,其特征在于,所述的转矩传感器安装在转向轴上,通过转向轴获取驾驶员输入的转矩并将转矩信号传递给所述助力控制模块;所述的车速传感器安装在车辆上;所述的方向盘角位移传感器安装在方向盘上;所述的位移传感器安装在转向横拉杆上。 3.根据权利要求1所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统,其特征在于,所述的循环球转向器为长方体;其中,转向螺母齿条的两端分别设置一个密封绝缘的磁流变液空腔,两个磁流变液空腔内充满磁流变液材料,并通过导液管相互连通。 4.根据权利要求1所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统,其特征在于,所述电极板的数量为两个,分别沿径向置于所述循环球转向器壳体内的前后两端,电极板的外部设有绝缘层,通电时两个电极板之间产生电场。 5.根据权利要求1所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统,其特征在于,所述励磁线圈截面为矩形且为完全一致的两对,两对励磁线圈沿轴向对称安装于循环球转向器壳体外部的两侧,每对励磁线圈沿径向置于所述循环球转向器壳体外部的上下两端,励磁线圈中电流方向保持一致且励磁线圈安装平面垂直于电极板安装平面,同一侧上下两个励磁线圈中间使用绝缘材料隔开。 6.一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统的优化方法,基于上述权利要求1至5中任意一项所述的系统,其特征在于,包含以下步骤: (1)建立电液转向系统模型、整车动力学模型和轮胎模型; (2)选取车辆电液转向系统的转向路感、转向灵敏度和转向系统能耗作为性能评价指标; (3)选取转向螺杆中心距ra、齿扇节圆半径rp、转向柱刚度K、电机转动惯量Jm、励磁线圈匝数N、转向螺母有效面积A、齿扇转动惯量Jc作为优化变量,以转向路感及转向系统能耗为优化目标,在转向灵敏度和转向助力范围的约束条件下,建立电液转向系统多目标优化模型; (4)采用小生境多目标粒子群优化算法对电液转向系统的优化变量进行优化,根据优化算法得出最优解。 7.根据权利要求6所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统的优化方法,其特征在于,所述的电液转向系统模型包括转向盘模型、循环球转向器模型、电动助力模块模型、磁流变液助力模块模型。 8.根据权利要求6所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统的优化方法,其特征在于,所述的步骤(4)中的小生境多目标粒子群优化算法具体步骤如下: 4.1初始化粒子种群m,随机生成初始位置X0和初始速度V0,粒子的初始个体最优位置Pbest=X0,外部集合Ns为空,迭代次数t=0; 4.2计算每个粒子的目标函数,将非支配解存入外部集合中; 4.3计算外部集合中每个粒子的适应度,按照联赛选择方法随机选择外部集合中的粒子作为历史全局最优位置Gbest; 4.4根据公式(1)和公式(2)更新粒子的位置和速度,并用当前粒子群中的非支配解更新外部集合Ns; Vi(t+1)=Vi(t)+c1*r1*(Pbest(t)-Xi(t))+c2*r2*(Gbest(t)-Xi(t)) (1) Xi(t+1)=Xi(t)+Vi(t+1) (2) 式中,Vi(t)、Vi(t+1)分别为t时刻和t+1时刻粒子的速度,Xi(t)、Xi(t+1)分别为分别为t时刻和t+1时刻粒子的位置,c1和c2为学习因子,r1和r2为取值在0到1之间的随机数; 4.5判断外部集合中的粒子数是否超过给定的最大容量,若超过则删除适应度值最小的粒子,否则进行下一步4.6; 4.6在外部集合中根据变异概率,执行变异操作,搜索新产生的非支配解; 4.7若满足终止条件,则停止搜索,从外部集合中输出Pareto最优解集,否则转步骤4.3再循环直至结束输出Pareto最优解集。 9.根据权利要求8所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统的优化方法,其特征在于,所述步骤4.3中的计算采用如下公式: 式中:Fi为外部集合中个体Xi的适应度;Ns为小生境内的个体数量;Si为个体Xi的共享度;fsh(dij)为个体Xi和个体Xj之间的共享函数;α为控制共享函数形状的参数;σshare为初始指定的共享距离;dij表示个体Xi和个体Xj之间的欧氏距离。 10.根据权利要求6所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统的优化方法,其特征在于,所述步骤(3)具体包括:选取转向螺杆中心距ra、齿扇节圆半径rp、转向柱刚度K、电机转动惯量Jm、励磁线圈匝数N、转向螺母有效面积A、齿扇转动惯量Jc作为优化变量,则所述的小生境多目标粒子群优化算法中的向量空间为七维向量空间,且在初始的m个粒子的位置向量和速度向量组中,第i个粒子的位置X'i和速度向量V'i表示如下:
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