[发明专利]一种电液主动转向系统及其多学科优化方法

权利要求书

1.一种电液主动转向系统的多学科优化方法，其特征在于，基于电液主动转向系统，系统包括：机械传动模块、电动助力模块、液压变传动模块及控制模块；

所述的机械传动模块包括依次连接的方向盘、转向轴、循环球转向器、转向摇臂、转向直拉杆、转向梯形及车轮；

所述转向直拉杆包括液压缸、活塞、直拉杆；

所述液压缸的外壳通过转向摇臂与循环球转向器输出端固定连接，外壳上开设有进油口和出油口；所述活塞装配在上述液压缸内，活塞两端固定安装直拉杆，直拉杆后端连接转向梯形及车轮；

所述的电动助力模块包括助力电机及减速机构；所述减速机构安装在机械传动模块转向轴上，所述助力电机输出的转矩经减速机构作用，通过转向轴传递至循环球转向器；

所述的液压变传动模块包括储油罐、液压泵驱动电机、液压泵及比例换向阀；

所述液压泵驱动电机连接液压泵，储油罐中的低压油经液压泵作用后转换为高压油并流向比例换向阀；

所述比例换向阀分配高压油方向和流量大小，通过油管和上述液压缸相通，改变活塞两侧的压力大小，驱动活塞相对液压缸运动；

所述的控制模块包括ECU及与之电气连接的转角传感器、转矩传感器、车速传感器、横摆角速度传感器；

所述转角传感器安装在方向盘上，转矩传感器安装在转向轴上；

所述ECU接收驾驶员输入的方向盘转角信号、转矩信号以及汽车行驶过程中的车速信号和横摆角速度信号，经过计算输出三个控制信号，分别驱动助力电机、液压泵驱动电机和比例换向阀工作；

所述方法包括如下步骤：

1)根据多学科分解理论，对电液主动转向系统进行多学科分解，并对分解出的子系统建立相应目标；系统级为汽车动力学，子系统包括：子系统一：结构轻量化；子系统二：能量消耗；子系统三：振动和噪声；各个子系统之间耦合在一起，综合影响电液主动转向系统性能；

系统级以转向路感和转向灵敏度为评价指标；子系统一从减轻汽车质量角度，对转向系统进行轻量化设计；子系统二考虑电机能量消耗、液压泵能量消耗，对转向系统进行节能设计；子系统三分析方向盘模态、转向轴的弯曲模态和扭转模态，减轻转向系统振动和噪声；

2)建立学科模型：通过分析子系统之间参数耦合关系，确定设计变量为：液压泵长轴半径R、助力电机转动惯量J_m、减速机构传动比N、转向轴刚度K、直拉杆质量M、比例换向阀等效阻尼系数B；根据子系统约束条件和对应的目标，分别建立三个子系统的学科优化模型；

3)DOE设计：通过DOE试验设计方法，制定电液主动转向系统试验方案，在设计变量变化的范围内均匀选择N₁组设计样本；

4)对子系统进行仿真分析，并采用自适应模拟退火算法对分解出的各子学科进行子系统级优化设计，根据得到的结果，设计系统级优化模型的优化变量初始值和取值范围；

5)加载仿真数据，采用三阶多项式拟合，并构建子系统所考察的目标响应量对应的响应面模型；输入参数为N₁组设计样本经过子系统优化的仿真结果，输出参数为N₁组电液主动转向系统对应的设计变量数值；

6)对拟合出的响应面模型进行精度检验，计算多元相关系数R²和相对均方根误差RMSE作为响应面精度验证的准则，若计算结果满足多元相关系数大于0.96，相对均方根误差小于0.2，则执行下一步骤7)，否则返回步骤5)；

计算公式为：

其中，N₁为试验设计域内样本数量，k_i为仿真得到的真实响应值，为真实响应值的平均值，为响应面预测值，RMSE表示响应面的精度，Q_c为样本回归偏差平方和，Q_s为样本总偏差平方和；

7)系统级多学科优化

根据子系统级优化得到的结果，设计系统级优化模型的优化变量初始值和取值范围，系统级优化目标考察汽车动力学，保证汽车行驶过程中的转向灵敏度和驾驶员操作路感，设定约束条件，并采用NSGA-Ⅱ算法对系统级多目标优化设计；

8)根据系统优化结果，选择满意解，若满足条件，则输出优化设计最佳参数，否则返回步骤3)。