本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其多目標(biāo)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，不但取代了傳統(tǒng)的動(dòng)力傳遞，簡(jiǎn)化底盤結(jié)構(gòu)；還減少了很多機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了方向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，完全由電控實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種限制。但是同時(shí)由于無(wú)機(jī)械連接，可靠性較差。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有完整的機(jī)械連接的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，靠助力電機(jī)施加助力轉(zhuǎn)矩來(lái)減小轉(zhuǎn)向手力，能夠很好的解決線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可靠性差的問題。

融合電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)向性能難免會(huì)受到影響，因此需要對(duì)復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其多目標(biāo)優(yōu)化方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，

所述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括方向盤、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)、助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向輸出軸、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、助力電機(jī)、轉(zhuǎn)向控制ECU、車速傳感器、橫擺角速度傳感器；

所述線控四輪轉(zhuǎn)向包括前軸、左前輪輪轂電機(jī)、右前輪輪轂電機(jī)、電機(jī)控制單元、左后輪輪轂電機(jī)、右后輪輪轂電機(jī)、后軸、左前輪輪速傳感器、右前輪輪速傳感器、左后輪輪速傳感器和右后輪輪速傳感器；

所述轉(zhuǎn)向管柱一端和汽車的方向盤固定相連，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)和所述轉(zhuǎn)向輸出軸相連，其中，所述轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)包含定子部分和轉(zhuǎn)子部分，所述定子部分與轉(zhuǎn)向管柱固定連接，所述轉(zhuǎn)子部分與轉(zhuǎn)向輸出軸的一端固定相連；

所述轉(zhuǎn)矩傳感器安裝在轉(zhuǎn)向管柱上，用于獲取汽車方向盤的轉(zhuǎn)矩；

所述助力電機(jī)通過(guò)助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向輸出軸上，用于提供轉(zhuǎn)向助力；

所述車速傳感器、橫擺角速度傳感器安裝在車身上，分別用于獲取汽車車速和汽車橫擺角速度；

所述前軸兩端分別與汽車的左前輪、右前輪相連；

所述左前輪輪轂電機(jī)、右前輪輪轂電機(jī)安裝在左前輪、右前輪上，分別用于驅(qū)動(dòng)汽車的左前輪、右前輪；

所述后軸兩端分與汽車的左后輪、右后輪相連；

所述左后輪輪轂電機(jī)、右后輪輪轂電機(jī)安裝在左后輪、右后輪上，分別用于驅(qū)動(dòng)汽車的左后輪、右后輪；

所述左前輪輪速傳感器、右前輪輪速傳感器、左后輪輪速傳感器、右后輪輪速傳感器分別安裝在汽車的左前輪、右前輪、左后輪、右后輪上，分別用于獲取汽車左前輪、右前輪、左后輪、右后輪的輪速；

所述齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)置在所述前軸上，與轉(zhuǎn)向輸出軸的另一端相連；

所述轉(zhuǎn)向控制ECU分別與助力電機(jī)、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分、車速傳感器、橫擺角速度傳感器、電機(jī)控制單元電氣相連，用于根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、橫擺角速度傳感器測(cè)得的方向盤轉(zhuǎn)矩、汽車車速和汽車橫擺角速度信息控制助力電機(jī)、轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分工作，計(jì)算左前輪輪轂電機(jī)、右前輪輪轂電機(jī)、左后輪輪轂電機(jī)、右后輪輪轂電機(jī)的力矩并產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號(hào)傳遞給所述電機(jī)控制單元；

所述電機(jī)控制單元分別與轉(zhuǎn)向控制ECU、左前輪輪轂電機(jī)、右前輪輪轂電機(jī)、左后輪輪轂電機(jī)、右后輪輪轂電機(jī)、前輪輪速傳感器、右前輪輪速傳感器、左后輪輪速傳感器、右后輪輪速傳感器電氣相連，用于根據(jù)前輪輪速傳感器、右前輪輪速傳感器、左后輪輪速傳感器、右后輪輪速傳感器測(cè)得的輪速信號(hào)和接收到的電流信號(hào)控制左前輪輪轂電機(jī)、右前輪輪轂電機(jī)、左后輪輪轂電機(jī)、右后輪輪轂電機(jī)工作。

本發(fā)明還公開了一種基于該復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1)，建立整車二自由度模型、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型和線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型；

步驟2)，基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型和線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型，建立復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型；

步驟3)，基于整車二自由度模型、復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型推導(dǎo)復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度和轉(zhuǎn)向半徑比量化公式；

步驟4)，選取優(yōu)化變量、建立多目標(biāo)優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)、設(shè)置約束條件，建立復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型；

步驟5)，基于復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用模擬退火算法，對(duì)復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

作為本發(fā)明一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟1)中所述的整車二自由度模型為：

式中：k₁、k₂為前后輪側(cè)偏剛度；a為質(zhì)心到前軸軸距；b為質(zhì)心到后軸軸距；m為整車質(zhì)量；u為汽車速度；β為質(zhì)心側(cè)偏角；ω_r為橫擺角速度；δ_f為前輪轉(zhuǎn)角；δ_r為后輪轉(zhuǎn)角；I_z為汽車質(zhì)量對(duì)z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

作為本發(fā)明一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟1)中所述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型為：

式中，J_h和B_h分別表示方向盤等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_h為方向盤轉(zhuǎn)角；K_s1為方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等效剛度；T_h為駕駛員作用在方向盤作用力；J_s和B_s分別表示轉(zhuǎn)向管柱和伺服電機(jī)定子部分等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_s為轉(zhuǎn)向輸入軸轉(zhuǎn)角；T_w為作用于汽車輪胎的阻力矩等效到轉(zhuǎn)向螺桿上的力矩；J_r和B_r分別表示轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_r為轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的轉(zhuǎn)角；K_s2為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子部分和轉(zhuǎn)向輸出軸的等效剛度；J_m和B_m分別表示助力電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_m為助力電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角；K_m為助力電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的等效剛度；G為助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)的減速比；T_m為助力電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；J_e和B_e分別表示轉(zhuǎn)向輸出軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_e為轉(zhuǎn)向輸出軸的轉(zhuǎn)角；m_r為齒條的等效質(zhì)量；b_r為齒條的等效阻尼系數(shù)；k_r為齒條的等效剛度；r_p為小齒輪半徑；F_δ為路面激勵(lì)。

作為本發(fā)明一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，汽車輪胎的特性為線性，d為輪距，n₂為轉(zhuǎn)向螺桿到前輪的傳動(dòng)比。

作為本發(fā)明一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟1)中所述的線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型為：

式中：J_eq和B_eq分別表示輪轂電機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_i(i＝1,2,3,4)分別為左前輪輪轂電機(jī)、右前輪輪轂電機(jī)、左后輪輪轂電機(jī)、右后輪輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)角；ΔT_st＝(T_t1-rF_x1)-(T_t2-rF_x2)+(T_t3-rF_x3)-(T_t4-rF_x4)；T_ti(i＝1,2,3,4)分別為左前輪輪轂電機(jī)、右前輪輪轂電機(jī)、左后輪輪轂電機(jī)、右后輪輪轂電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；r為輪胎半徑；F_xi(i＝1,2,3,4)分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪和地面之間摩擦力。

作為本發(fā)明一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟2)中所述的復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型為：

式中，n₁為轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)的定子轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的比值；δ＝δ_f-δ_r。

作為本發(fā)明一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟3)中所述的轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度和轉(zhuǎn)向半徑比量化公式依次為：

轉(zhuǎn)向路感量化公式：

轉(zhuǎn)向靈敏度量化公式：

轉(zhuǎn)向半徑比量化公式：

式中：E₁(s),E₂(s),E₃(s)分別代表轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度和轉(zhuǎn)向半徑比量化公式；s為頻域信號(hào)；L＝a+b；

X₀＝n₁n₂K_s1+n₂K_s2+n₂k_rr_p²+G²K_m。

作為本發(fā)明一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述步驟4)中：

選取方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等效剛度K_s1、助力電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J_m和等效阻尼系數(shù)B_m、助力電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的等效剛度K_m、轉(zhuǎn)向輸出軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J_e和等效阻尼系數(shù)B_e、輪轂電機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J_eq和等效阻尼系數(shù)B_eq為優(yōu)化變量；

建立的多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

f(X)＝W₁f₁(X)+W₂f₂(X)+W₃f₃(X)

式中，W₁、W₂、W₃均為預(yù)先設(shè)定的權(quán)重系數(shù)；

設(shè)置約束條件為：轉(zhuǎn)向靈敏度量化公式的分母滿足勞斯判據(jù)、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等效剛度168＜K_s1＜312、助力電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.86＜J_m＜2.15、助力電機(jī)的等效阻尼系數(shù)0.36＜B_m＜1.78、助力電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的等效剛度127＜K_m＜218、轉(zhuǎn)向輸出軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.01＜J_e＜0.15、轉(zhuǎn)向輸出軸的等效阻尼系數(shù)0.25＜B_e＜0.62、輪轂電機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.24＜J_eq＜2.58、輪轂電機(jī)的等效阻尼系數(shù)0.65＜B_eq＜2.16。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1.在線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，存在機(jī)械連接，能夠確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性。

2.復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，能夠有效提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明優(yōu)化方法流程圖。

圖中，1-方向盤，2-轉(zhuǎn)向管柱，3-轉(zhuǎn)矩傳感器，4-轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)的定子部分，5-轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，6-助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)，7-轉(zhuǎn)向輸出軸，8-齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，9-助力電機(jī)，10-轉(zhuǎn)向控制ECU，11-車速傳感器，12-橫擺角速度傳感器，13-前軸，14-左前輪輪轂電機(jī)，15-右前輪輪轂電機(jī)，16-電機(jī)控制單元，17-左后輪輪轂電機(jī)，18-右后輪輪轂電機(jī)，19-后軸，20-左前輪輪速傳感器，21-右前輪輪速傳感器，22-左后輪輪速傳感器，23-右后輪輪速傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1所示，本發(fā)明開發(fā)了一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括方向盤1、轉(zhuǎn)向管柱2、轉(zhuǎn)矩傳感器3、轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)、助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)6、轉(zhuǎn)向輸出軸7、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器8、助力電機(jī)9、轉(zhuǎn)向控制ECU10、車速傳感器11、橫擺角速度傳感器12；所述線控四輪轉(zhuǎn)向包括前軸13、左前輪輪轂電機(jī)14、右前輪輪轂電機(jī)15、電機(jī)控制單元16、左后輪輪轂電機(jī)17、右后輪輪轂電機(jī)18、后軸19、左前輪輪速傳感器20、右前輪輪速傳感器21、左后輪輪速傳感器22和右后輪輪速傳感器23。

所述轉(zhuǎn)向管柱2一端和汽車的方向盤1固定相連，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)和所述轉(zhuǎn)向輸出軸7的一端相連，其中，所述轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)包含定子部分4和轉(zhuǎn)子部分5，所述定子部分4與轉(zhuǎn)向管柱2固定連接，所述轉(zhuǎn)子部分5與轉(zhuǎn)向輸出軸7固定相連；所述轉(zhuǎn)矩傳感器3安裝在轉(zhuǎn)向管柱2上，用于獲取汽車方向盤1的轉(zhuǎn)矩；所述助力電機(jī)9通過(guò)助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)6安裝在轉(zhuǎn)向輸出軸7上，用于提供轉(zhuǎn)向助力；所述車速傳感器11、橫擺角速度傳感器12安裝在車身上，分別用于獲取汽車車速和汽車橫擺角速度。

所述前軸13兩端分別與汽車的左前輪、右前輪相連；所述左前輪輪轂電機(jī)14、右前輪輪轂電機(jī)15安裝在左前輪、右前輪上，分別用于驅(qū)動(dòng)汽車的左前輪、右前輪；所述后軸19兩端分別與汽車的左后輪、右后輪相連；所述左后輪輪轂電機(jī)17、右后輪輪轂電機(jī)18安裝在左后輪、右后輪上，分別用于驅(qū)動(dòng)汽車的左后輪、右后輪；所述左前輪輪速傳感器20、右前輪輪速傳感器21、左后輪輪速傳感器22、右后輪輪速傳感器23分別安裝在汽車的左前輪、右前輪、左后輪、右后輪上，分別用于獲取汽車左前輪、右前輪、左后輪、右后輪的輪速；所述齒輪齒條轉(zhuǎn)向器8設(shè)置在所述前軸13上，與轉(zhuǎn)向輸出軸7的另一端相連。

所述轉(zhuǎn)向控制ECU10分別與助力電機(jī)9、轉(zhuǎn)矩傳感器3、轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分5、車速傳感器11、橫擺角速度傳感器12、電機(jī)控制單元16電氣相連，用于根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器3、車速傳感器11、橫擺角速度傳感器12測(cè)得的轉(zhuǎn)矩、車速和橫擺角速度信息控制助力電機(jī)9、轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分5工作，計(jì)算左前輪輪轂電機(jī)14、右前輪輪轂電機(jī)15、左后輪輪轂電機(jī)17、右后輪輪轂電機(jī)18的力矩并產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號(hào)傳遞給所述電機(jī)控制單元16。

所述電機(jī)控制單元16分別與轉(zhuǎn)向控制ECU10、左前輪輪轂電機(jī)14、右前輪輪轂電機(jī)15、左后輪輪轂電機(jī)17、右后輪輪轂電機(jī)18、前輪輪速傳感器20、右前輪輪速傳感器21、左后輪輪速傳感器22、右后輪輪速傳感器23電氣相連，用于根據(jù)前輪輪速傳感器20、右前輪輪速傳感器21、左后輪輪速傳感器22、右后輪輪速傳感器23測(cè)得的車速信號(hào)和接收到的電流信號(hào)控制左前輪輪轂電機(jī)14、右前輪輪轂電機(jī)15、左后輪輪轂電機(jī)17、右后輪輪轂電機(jī)18工作。

如圖2所示，本發(fā)明還公布了一種復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化方法，具體包括以下步驟：

步驟1，建立整車二自由度模型、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型和線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型。

整車二自由度模型如下：

式中：k₁、k₂為前后輪側(cè)偏剛度；a為質(zhì)心到前軸軸距；b為質(zhì)心到后軸軸距；m為整車質(zhì)量；u為汽車速度；β為質(zhì)心側(cè)偏角；ω_r為橫擺角速度；δ_f為前輪轉(zhuǎn)角；δ_r為后輪轉(zhuǎn)角；I_z為汽車質(zhì)量對(duì)z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型為：

式中：J_h和B_h分別表示方向盤等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_h為方向盤轉(zhuǎn)角；K_s1為方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等效剛度；T_h為駕駛員作用在方向盤作用力；J_s和B_s分別表示轉(zhuǎn)向管柱和伺服電機(jī)定子部分等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_s為轉(zhuǎn)向輸入軸轉(zhuǎn)角；T_w為作用于輪胎的阻力矩等效到轉(zhuǎn)向螺桿上的力矩，假設(shè)輪胎特性為線性，則d為輪距；n₂為轉(zhuǎn)向螺桿到前輪的傳動(dòng)比；J_r和B_r分別表示轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_r為轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的轉(zhuǎn)角；K_s2為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子部分和轉(zhuǎn)向輸出軸的等效剛度；J_m和B_m分別表示助力電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_m為助力電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角；K_m為助力電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的等效剛度；G為助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)的減速比；T_m為助力電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；J_e和B_e分別表示轉(zhuǎn)向輸出軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_e為轉(zhuǎn)向輸出軸的轉(zhuǎn)角；m_r為齒條的等效質(zhì)量；b_r為齒條的等效阻尼系數(shù)；k_r為齒條的等效剛度；r_p為小齒輪半徑；F_δ為路面激勵(lì)。

線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型為：

式中：J_eq和B_eq分別表示輪轂電機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效阻尼系數(shù)；θ_i(i＝1,2,3,4)分別為左前輪輪轂電機(jī)、右前輪輪轂電機(jī)、左后輪輪轂電機(jī)、右后輪輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)角；ΔT_st＝(T_t1-rF_x1)-(T_t2-rF_x2)+(T_t3-rF_x3)-(T_t4-rF_x4)；T_ti(i＝1,2,3,4)分別為左前輪輪轂電機(jī)、右前輪輪轂電機(jī)、左后輪輪轂電機(jī)、右后輪輪轂電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；r為輪胎半徑；F_xi(i＝1,2,3,4)分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪和地面之間摩擦力。

步驟2，基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型和線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型，建立復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型；

式中：n₁為轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)的定子轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的比值；δ＝δ_f-δ_r。

步驟3，基于整車二自由度模型、復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型依次推導(dǎo)復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度和轉(zhuǎn)向半徑比量化公式：

首先推導(dǎo)轉(zhuǎn)向路感量化公式：

其次推導(dǎo)轉(zhuǎn)向靈敏度量化公式：

由汽車二自由度模型可以得到橫擺角速度與前后輪轉(zhuǎn)角差的關(guān)系：

由復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型可以得到前后輪轉(zhuǎn)角差與方向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)系：

由上面兩個(gè)關(guān)系可以得到轉(zhuǎn)向靈敏度量化公式：

最后推導(dǎo)轉(zhuǎn)向半徑比量化公式：

在前后輪轉(zhuǎn)角一定的條件下，令車速極低、側(cè)向加速度接近零時(shí)的轉(zhuǎn)向半徑為R₀，此時(shí)

在車速u且有一定側(cè)向加速度時(shí)的轉(zhuǎn)向半徑為R，此時(shí)

則轉(zhuǎn)向半徑比為：

式中：E₁(s),E₂(s),E₃(s)分別代表轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度和轉(zhuǎn)向半徑比量化公式；s為頻域信號(hào)；L＝a+b；

X₀＝n₁n₂K_s1+n₂K_s2+n₂k_rr_p²+G²K_m。

步驟4，選取優(yōu)化變量、建立多目標(biāo)優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)、設(shè)置約束條件，建立復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型；

1選取方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等效剛度K_s1、助力電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J_m和等效阻尼系數(shù)B_m、助力電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的等效剛度K_m、轉(zhuǎn)向輸出軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J_e和等效阻尼系數(shù)B_e、輪轂電機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J_eq和等效阻尼系數(shù)B_eq為優(yōu)化變量。

2建立的多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

f(X)＝W₁f₁(X)+W₂f₂(X)+W₃f₃(X)

式中：W₁、W₂、W₃均為預(yù)先設(shè)定的權(quán)重系數(shù)。

3在優(yōu)化過(guò)程中，設(shè)置如下約束條件：轉(zhuǎn)向靈敏度量化公式的分母滿足勞斯判據(jù)、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等效剛度168＜K_s1＜312、助力電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.86＜J_m＜2.15、助力電機(jī)的等效阻尼系數(shù)0.36＜B_m＜1.78、助力電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的等效剛度127＜K_m＜218、轉(zhuǎn)向輸出軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.01＜J_e＜0.15、轉(zhuǎn)向輸出軸的等效阻尼系數(shù)0.25＜B_e＜0.62、輪轂電機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.24＜J_eq＜2.58和、輪轂電機(jī)的等效阻尼系數(shù)0.65＜B_eq＜2.16。

步驟5，基于復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用模擬退火算法，對(duì)復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

Step1，初始化溫度T，初始化解集X，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值f(X)；

Step2，隨機(jī)產(chǎn)生一組解X'，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)f(X')；

Step3，計(jì)算增量Δf＝f(X')-f(X)；

Step4，若Δf＜0，則以目前X'為新的當(dāng)前解，或者以概率exp(-Δf/T)＞rand(0,1)接受X'為新的當(dāng)前解；

Step5，若滿足迭代次數(shù)且滿足終止條件，則結(jié)束運(yùn)算，返回最優(yōu)值；

Step6，若不滿足迭代次數(shù)，則返回至step2；

Step7，若滿足迭代次數(shù)，但是不滿足終止條件，則降低當(dāng)前溫度T，返回至step2。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解-具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅-本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。