CN104965945A - 电动汽车减振方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车减振方法，特征是：电动汽车的前、后电池组与车架之间均通过弹簧和阻尼器连接，弹簧和阻尼器参数的优化利用Matlab编程实现，步骤如下：1)给出电动汽车半车模型的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；2)构造目标函数，求取目标函数对弹簧和阻尼器参数的偏导函数表达式；3)给出弹簧和阻尼器参数的初值，计算此时目标函数s的值，记为s_a；4)给出搜索步长，计算迭代后弹簧和阻尼器的参数值以及此时目标函数s的值，记为s_b；5)若s_a≥s_b，则令s_a＝s_b，返回步骤4)继续循环，否则结束循环，得到弹簧和阻尼器的优化参数值。本发明用优化选择的弹簧和阻尼器连接车架和电池组，为电动汽车车身减振，减振效果优良。

Description

电动汽车减振方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车减振方法，更确切地说是一种利用动力吸振器思想提高车身减振效果的电动汽车方法。

背景技术

近年来，电动汽车技术快速发展，需求量和产量都日益增加，人们对电动汽车的乘坐舒适性要求也越来越高，这就要求提高电动汽车的减振效果。为提高电动汽车的减振效果，目前已有的技术方案主要是：设置电动汽车驱动电机的悬置装置或是电磁悬架来优化电动汽车的减振效果，提高电动汽车的乘坐舒适性；但是，由于驱动电机要与传动系统相连，故用其来吸收电动汽车车身的振动有一定的限制，而电磁悬架要增加很大的质量，这就影响了电动汽车动力性等性能。可见已有的电动汽车减振方法或是减振效果不够理想，或是虽有较好的减振效果但降低了其他性能，因此电动汽车减振方法还有待于进一步改进。

动力吸振器是较为常用的减振手段之一，但是利用动力吸振器来减振需要一定的附加质量，而为汽车减振需要的附加质量是非常大的。在电动汽车上增加很大的附加质量会使得电动汽车的动力性等其它性能变差，也与汽车轻量化的发展趋势背道而驰。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、在不过多增加汽车质量的前提下提高车身减振效果的电动汽车减振方法。其技术方案为：

一种电动汽车减振方法，其特征在于：电动汽车的前端电池组的底部与电动汽车车架之间通过前端弹簧和前端阻尼器连接，后端电池组的底部与电动汽车车架之间通过后端弹簧和后端阻尼器连接，前端弹簧、后端弹簧、前端阻尼器和后端阻尼器的参数的优化利用Matlab编程实现，具体实施步骤如下：

1)给出电动汽车半车模型的质量矩阵M、阻尼矩阵C和刚度矩阵K，具体如下：

$M=\left[\begin{array}{cccccc}{m}_{tf}& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& m_{tr}& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& m_c& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& I_c& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& m_{vf}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& m_{vr}\end{array}\right]$

其中m_tf和m_tr分别是电动汽车两个前轮和两个后轮的质量，m_c是电动汽车车身质量，I_c是电动汽车车身对于质心的转动惯量，m_vf和m_vr分别是前端电池组和后端电池组的质量；

$C=\left[\begin{array}{cccccc}{c}_{sf}& 0& -c_{sf}& -1_f{c}_{sf}& 0& 0\\ 0& c_{sr}& -c_{sr}& -1_r{c}_{sr}& 0& 0\\ -c_{sf}& -c_{sr}& (c_{sf}+c_{sr}+c_{vf}+c_{vr})/2& 0& -c_{vf}& -c_{vr}\\ -1_f{c}_{sf}& -1_r{c}_{sr}& 0& \left(1_f\right(c_{sf}+c_{vf})+1_r(c_{sr}+c_{vr}\left)\right)/2& -1_f{c}_{vf}& -1_r{c}_{vr}\\ 0& 0& -c_{vf}& -1_f{c}_{vf}& c_{vf}& 0\\ 0& 0& -c_{vr}& -1_r{c}_{vr}& 0& c_{vr}\end{array}\right]$

其中c_sf和c_sr分别是电动汽车前、后悬架的阻尼器系数，l_f和l_r分别是电动汽车前桥、后桥与质心的水平距离，以上四个参数均为电动汽车的固定参数，c_vf是待优化的前端阻尼器的参数，c_vr是待优化的后端阻尼器的参数；

$K=\left[\begin{array}{cccccc}{k}_{tf}-k_{sf}& 0& -k_{sf}& -1_f{c}_{sf}& 0& 0\\ 0& k_{tr}-k_{sr}& -k_{sr}& -1_r{c}_{sr}& 0& 0\\ -k_{sf}& -k_{sr}& (k_{sf}+k_{sr}+k_{vf}+k_{vr})/2& 0& -k_{vf}& -k_{vr}\\ -1_f{k}_{sf}& -1_r{k}_{sr}& 0& \left(1_f\right(k_{sf}+k_{vf})+1_r(k_{sr}+k_{vr}\left)\right)/2& -1_f{k}_{vf}& -1_r{k}_{vr}\\ 0& 0& -k_{vf}& -1_f{k}_{vf}& k_{vf}& 0\\ 0& 0& -k_{vr}& -1_r{k}_{vr}& 0& k_{vr}\end{array}\right]$

其中k_tf和k_tr分别是电动汽车前、后轮胎的等效刚度，k_sf和k_sr分别是是电动汽车前、后悬架的刚度，k_vf是待优化的前端弹簧的参数，k_vr是待优化的后端弹簧的参数；

2)构造目标函数，求取目标函数对于步骤1)中的四个待优化减振参数的偏导函数表达式，具体的指令如下：

w＝6.5；

B＝K+i*w*C-w*w*M；

F＝[1 1 0 0 0 0]'；

X＝inv(B)*F；

s＝0.7*X(3)+0.3*X(4)；          ％目标函数％

s₁＝diff(s,k_vf)；               ％目标函数对于k_vf的偏导函数％

s₂＝diff(s,c_vf)；               ％目标函数对于c_vf的偏导函数％

s₃＝diff(s,k_vr)；               ％目标函数对于k_vr的偏导函数％

s₄＝diff(s,c_vr)；               ％目标函数对于c_vr的偏导函数％

3)给出步骤1)中四个待优化的参数k_vf、c_vf、k_vr和c_vr的初值，计算此时目标函数s的值，记为s_a，具体指令为：

s_a＝abs(eval(s))；

4)给出迭代算法的搜索步长h，计算迭代后的四个变量k_vf、c_vf、k_vr和c_vr的值，并计算此时目标函数s的值，记为s_b，具体指令为：

k_vf＝k_vf+abs(s₁)*h；

c_vf＝c_vf+abs(s₂)*h；

k_vr＝k_vr+abs(s₃)*h；

c_vr＝c_vr+abs(s₄)*h；

s_b＝abs(eval(s))；

5)比较s_a和s_b值的大小：若s_a≥s_b，则令s_a＝s_b，返回步骤4)继续循环；若s_a<s_b，结束循环，此时步骤4)中k_vf、c_vf、k_vr和c_vr的值即为所求弹簧和阻尼器的参数。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

(1)利用动力吸振器思想，用弹簧和阻尼器连接电动汽车车架和电池组，以电池组为调谐质量为电动汽车车身减振，在没有过多增加电动汽车上质量的前提下，提高了车身的减振效果；

(2)利用最优化方法，设计出最优的弹簧刚度参数和阻尼器参数，使得电动汽车车身减振效果达到最理想的状态；

附图说明

图1为电动汽车结构示意图。

图2为本发明电池组悬置前、后车身位移的时域响应曲线图；

图3为本发明电池组悬置前、后车身加速度的时域响应曲线图；

图中：1、车架  2、前端电池组  3、前端弹簧  4、前端阻尼器  5、后端电池组  6、后端弹簧  7、后端阻尼器   A、电池组悬置前车身位移的时域响应曲线   B、电池组悬置后车身位移的时域响应曲线  C、电池组悬置前车身加速度的时域响应曲线  D、电池组悬置后车身加速度的时域响应曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明：电动汽车车身质量m_c＝640Kg，车身对于质心的转动惯量I_c＝1200Kg·m²，质心与前桥距离l_f＝1.3m，质心与后桥距离l_r＝1.5m，前悬架刚度k_sf＝34000N/m，前悬架阻尼系数c_sf＝3000N·s/m，后悬架刚度k_sr＝28000N/m，后悬架阻尼系数c_sr＝3000N·s/m，前轮质量m_tf＝80Kg，后轮质量m_tr＝80Kg，前轮等效刚度k_tf＝350000N/m，后轮等效刚度k_tr＝350000N/m，前端电池组质量m_vf＝340Kg，后端电池组质量m_vr＝120Kg。前端电池组2的底部与车架1之间通过前端弹簧3和前端阻尼器4连接，后端电池组5的底部与车架1之间通过后端弹簧6和后端阻尼器7连接，其中前端电池组2的质心与前桥垂直方向对齐，后端电池组5的质心与后桥垂直方向对齐，前端弹簧3、后端弹簧6、前端阻尼器4和后端阻尼器7参数的优化利用Matlab编程实现，具体实施步骤如下：

1)给出电动汽车半车模型的质量矩阵M、阻尼矩阵C和刚度矩阵K，具体如下：

$M=\left[\begin{array}{cccccc}80& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 80& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 640& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1200& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 240& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 120\end{array}\right]$

$C=\left[\begin{array}{cccccc}3000& 0& -3000& -3900& 0& 0\\ 0& 3000& -3000& -4500& 0& 0\\ -3000& -3000& (c_{vf}+c_{vr})/2+3000& 0& -c_{vf}& -c_{vr}\\ -3900& -4500& 0& (1.3c_{vf}+1.5c_{vr})& -1.3v_{vf}& -0.5c_{vr}\\ 0& 0& -c_{vf}& -1.3c_{vf}& c_{vf}& 0\\ 0& 0& -c_{vr}& -1.5c_{vr}& 0& c_{vr}\end{array}\right]$

其中c_vf是待优化的前端阻尼器4的参数，c_vr是待优化的后端阻尼器7的参数；

$K=\left[\begin{array}{cccccc}316000& 0& -34000& -44200& 0& 0\\ 0& 322000& -28000& -42000& 0& 0\\ -3400& -28000& (k_{vf}+k_{vr})/2+31000& 0& -k_{vf}& -k_{vr}\\ -44200& -42000& 0& (1.3k_{vf}+1.5k_{vr})/2+43100& -1.3k_{vf}& -0.5k_{vr}\\ 0& 0& -k_{vf}& -1.3k_{vf}& k_{vf}& 0\\ 0& 0& -k_{vr}& -1.5k_{vr}& 0& k_{vr}\end{array}\right]$

其中k_vf是待优化的前端弹簧3的参数，k_vr是待优化的后端弹簧6的参数。

2)构造目标函数，求取目标函数对于步骤1)中的四个待优化减振参数的偏导函数表达式，具体的指令如下：

w＝6.5；

B＝K+i*w*C-w*w*M；

F＝[1 1 0 0 0 0]'；

X＝inv(B)*F；

s＝0.7*X(3)+0.3*X(4)；         ％目标函数％

s₁＝diff(s,k_vf)；              ％目标函数对于k_vf的偏导函数％

s₂＝diff(s,c_vf)；               ％目标函数对于c_vf的偏导函数％

s₃＝diff(s,k_vr)；               ％目标函数对于k_vr的偏导函数％

s₄＝diff(s,c_vr)；               ％目标函数对于c_vr的偏导函数％

3)给出四个待优化的电池悬置参数k_vf、c_vf、k_vr、c_vr的初值，具体为k_vf＝8000N/m,c_vf＝700N·s/m,k_vr＝5000N/m,c_vr＝400N·s/m，计算此时目标函数s的值，记为s_a，具体指令为：

s_a＝abs(eval(s))；

4)给出迭代算法的搜索步长h＝10⁶，计算迭代后的四个变量k_vf、c_vf、k_vr、c_vr的值，并计算此时目标函数s的值，记为s_b，具体指令为：

k_vf＝k_vf+abs(s₁)*h；

c_vf＝c_vf+abs(s₂)*h；

k_vr＝k_vr+abs(s₃)*h；

c_vr＝c_vr+abs(s₄)*h；

s_b＝abs(eval(s))；

5)比较s_a和s_b值的大小：若s_a≥s_b，则令s_a＝s_b，返回步骤4)继续循环；若s_a<s_b，结束循环，输出此时4)中k_vf、c_vf、k_vr、c_vr的值即为所求弹簧和阻尼器的参数。

在MATLAB中编写程序得到优化结果是：k_vf＝12067N/m，c_vf＝1523N·s/m，k_vr＝8077N/m，c_vr＝1569N·s/m，适当圆整后四个参数值分别取为：k_vf＝12000N/m，c_vf＝1500N·s/m，k_vr＝8000N/m，c_vr＝1500N·s/m。

得出上述4个参数后，根据参数选定前端弹簧3、前端阻尼器4、后端弹簧6、后端阻尼器7，对应安装在前端电池组2、后端电池组5与车架1之间，比较电池组悬置前、后车身位移的时域响应曲线图以及车身加速度的时域响应曲线图，可以看出利用本发明所述的方法，电动汽车车身的减振效果有明显的提高。

Claims (1)

1.一种电动汽车减振方法，其特征在于：电动汽车的前端电池组(2)的底部与车架(1)之间通过前端弹簧(3)和前端阻尼器(4)连接，后端电池组(5)的底部与车架(1)之间通过后端弹簧(6)和后端阻尼器(7)连接，前端弹簧(3)、后端弹簧(6)、前端阻尼器(4)和后端阻尼器(7)的参数的优化利用Matlab编程实现，具体实施步骤如下：

1)给出电动汽车半车模型的质量矩阵M、阻尼矩阵C和刚度矩阵K，具体如下：

$M=\left[\begin{array}{cccccc}{m}_{tf}& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& m_{tr}& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& m_c& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& I_c& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& m_{vf}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& m_{vr}\end{array}\right]$

其中m_tf和m_tr分别是电动汽车两个前轮和两个后轮的质量，m_c是电动汽车车身质量，I_c是电动汽车车身对于质心的转动惯量，m_vf和m_vr分别是前端电池组和后端电池组的质量；

$C=\left[\begin{array}{cccccc}{c}_{sf}& 0& -c_{sf}& -l_f{c}_{sf}& 0& 0\\ 0& c_{sr}& -c_{sr}& -l_r{c}_{sr}& 0& 0\\ -c_{sf}& -c_{sr}& \left(c_{sf}+c_{sr}+c_{vf}+c_{vr}\right)/2& 0& -c_{vf}& -c_{vr}\\ -l_f{c}_{sf}& -l_r{c}_{sr}& 0& \left(l_f\left(c_{sf}+c_{vf}\right)+l_r\left(c_{sr}+c_{vr}\right)\right)/2& -l_f{c}_{vf}& -l_r{c}_{vr}\\ 0& 0& -c_{vf}& -l_f{c}_{vf}& c_{vf}& 0\\ 0& 0& -c_{vr}& -l_r{c}_{vr}& 0& c_{vr}\end{array}\right]$

其中c_sf和c_sr分别是电动汽车前、后悬架的阻尼器系数，l_f和l_r分别是电动汽车前桥、后桥与质心的水平距离，以上四个参数均为电动汽车的固定参数，c_vf是待优化的前端阻尼器(4)的参数，c_vr是待优化的后端阻尼器(7)的参数；

$K=\left[\begin{array}{cccccc}{k}_{tf}-k_{sf}& 0& -k_{sf}& -l_f{k}_{sf}& 0& 0\\ 0& k_{tr}-k_{sr}& -k_{sr}& -l_r{k}_{sr}& 0& 0\\ -k_{sf}& -k_{sr}& \left(k_{sf}+k_{sr}+k_{vf}+k_{vr}\right)/2& 0& -k_{vf}& -k_{vr}\\ -l_f{c}_{sf}& -l_r{c}_{sr}& 0& \left(l_f\left(k_{sf}+k_{vf}\right)+l_r\left(k_{sr}+k_{vr}\right)\right)/2& -l_f{k}_{vf}& -l_r{k}_{vr}\\ 0& 0& -k_{vf}& -l_f{k}_{vf}& k_{vf}& 0\\ 0& 0& -k_{vr}& -l_r{k}_{vr}& 0& k_{vr}\end{array}\right]$

其中k_tf和k_tr分别是电动汽车前、后轮胎的等效刚度，k_sf和k_sr分别是是电动汽车前、后悬架的刚度，k_vf是待优化的前端弹簧(3)的参数，k_vr是待优化的后端弹簧(6)的参数；

2)构造目标函数，求取目标函数对于步骤1)中的四个待优化减振参数的偏导函数表达式，具体的指令如下：

w＝6.5；

B＝K+i*w*C-w*w*M；

F＝[1 1 0 0 0 0]'；

X＝inv(B)*F；

s＝0.7*X(3)+0.3*X(4)； ％目标函数％

s₁＝diff(s,k_vf)；       ％目标函数对于k_vf的偏导函数％

s₂＝diff(s,c_vf)；       ％目标函数对于c_vf的偏导函数％

s₃＝diff(s,k_vr)；       ％目标函数对于k_vr的偏导函数％

s₄＝diff(s,c_vr)；       ％目标函数对于c_vr的偏导函数％

3)给出步骤1)中四个待优化的参数k_vf、c_vf、k_vr和c_vr的初值，计算此时目标函数s的值，记为s_a，具体指令为：

s_a＝abs(eval(s))；

4)给出迭代算法的搜索步长h，计算迭代后的四个变量k_vf、c_vf、k_vr和c_vr的值，并计算此时目标函数s的值，记为s_b，具体指令为：

k_vf＝k_vf+abs(s₁)*h；

c_vf＝c_vf+abs(s₂)*h；

k_vr＝k_vr+abs(s₃)*h；

c_vr＝c_vr+abs(s₄)*h；

s_b＝abs(eval(s))；

5)比较s_a和s_b值的大小：若s_a≥s_b，则令s_a＝s_b，返回步骤4)继续循环；若s_a<s_b，结束循环，此时步骤4)中k_vf、c_vf、k_vr和c_vr的值即为所求弹簧和阻尼器的参数。