CN109969255B - 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 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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
技术领域
本发明属于汽车转向系统技术领域，具体涉及一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统及其多目标优化方法。
背景技术
磁流变液是一种新型液体材料，当附加在磁流变液上的磁场发生变化时，其表观粘度将随着磁场的改变而改变，从而使得磁流变液可以在流体和类固体之间进行可逆的转变，同时其还具有可控性好、磁导率高、无污染、低能耗等优点。由于磁流变液能根据附加磁场在短时间内产生强大的阻尼力，可以实现传递力矩和改变阻尼的功能，目前在汽车悬架系统、传动系统、制动系统都得到了广泛应用。在汽车转向系统领域，磁流变液目前也有少量应用，例如中国专利申请号为CN201610913543.1，专利名称为“一种车辆转向控制系统”提出了一种汽车转向控制系统利用了磁流变液设计新型离合器，提升了汽车驾驶模式切换时的安全和可靠性；中国专利申请号为CN201110185746.0，专利名称为“线控转向汽车路感模拟执行装置”利用磁流变液阻尼器作为主要的路感模拟执行机构，并通过磁流变液阻尼器控制回正速度，保证方向盘的平稳；中国专利申请号为CN201420522322.8，专利名称为“一种复合式转向横拉杆”公开了一种复合式转向横拉杆，利用磁流变液的物理特性，在汽车爆胎时控制磁流变液黏度从而锁死横拉杆，减小了爆胎带来的危害。
根据磁流变液一系列优秀的特性，在汽车转向系统中其还具有较大的应用空间和价值。电液转向助力系统是一种较新颖的转向助力系统，其结合了电动助力转向系统和电控液压转向助力系统的优点，具有低能耗、经济性好、响应快、助力力矩较大、高速路感较好等优点。但是现有的电液转向系统仍采用传统的液压助力机构，整个系统能耗较高，且结构较为复杂、不便于安装与维护、制造和维修成本也相应的增加、路感与灵敏度之间不够协调。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供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，解决了传统转向系统中存在的能量浪费较大的问题，本发明利用磁流变液的物理性能实现助力作用，大大简化了系统的结构，同时提高了高速时转向路感的可控性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统，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；
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、左转向节及左侧车轮、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。
进一步地，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，用于获取车速信号；所述的方向盘角位移传感器安装在方向盘上，用于获得汽车转向时驾驶员输入的方向盘转角信号；所述的位移传感器安装在转向横拉杆上，用于获得转向横拉杆输出的位移信号。
进一步地，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。
进一步地，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。
进一步地，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。
本发明的系统，转向时，驾驶员输入的转矩依次带动方向盘、转向轴转动；助力控制模块(ECU)根据各传感器采集到的信号，输出助力电机控制信号控制助力电机进行助力，助力电机输出的电磁转矩经助力电机减速机构作用在转向轴上，实现第一级转向助力；转向轴带动循环球转向器的转向螺杆运动，转向螺杆推动转向螺母齿条沿轴向运动，转向螺母齿条通过齿扇驱动转向摇臂往复摇动；助力控制模块通过输出励磁线圈控制信号改变励磁线圈中电流大小，调整产生的磁场大小，进而控制磁流变液材料的特性，改变其在励磁线圈和电极板形成的相互垂直的电场中受到的洛伦兹力的大小，洛伦兹力施加在转向螺母齿条上，实现第二级助力效果。
本发明还提出了一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统的优化方法，基于上述系统，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。
进一步地，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。
进一步地，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。
进一步地，所述步骤4.3中的计算采用如下公式：
Figure BDA0001927246540000041
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。
进一步地，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：
Figure BDA0001927246540000042
Figure BDA0001927246540000043
进一步地，所述4.1和4.4步骤中Pbest表示的个体最优位置对应优化变量的向量空间为为：
Figure BDA0001927246540000044
进一步地，所述4.3和4.4步骤中Gbest表示的粒子的历史全局最优位置对应优化变量的向量空间为：
Figure BDA0001927246540000045
本发明的有益效果：
本发明与现有的电液复合转向系统相比，采用了磁流变液助力模块，大大简化了系统结构，解决了传统液压助力模块中的路感与灵敏度问题，同时利用磁流变液的物理特性有效提高了路感的可控性能。
本发明利用磁流变液与励磁线圈和电极板的结合代替了复杂的液压机构，产生相似助力效果的同时提高了系统的可靠性和可控性。
本发明的优化方法考虑了电液转向系统的多目标耦合，采用小生境多目标粒子群算法，同时对电液转向系统的转向路感、转向灵敏度和能耗进行优化，能够得到综合性能较好的优化结果。
附图说明
图1为本发明系统的原理结构框图；
图2为本发明循环球转向器的A-A剖面图；
图3为本发明优化方法流程图；
图4为本发明所用算法流程图；
图中：1-方向盘，2-转角传感器，3-转向轴，4-转矩传感器，5-助力电机减速机构，6-助力电机，7-循环球转向器，8-励磁线圈，9-导液管，10-转向螺杆，11-转向螺母齿条，12-电极板，13-左侧车轮，14-左转向节，15-左转向节臂，16-左梯形臂，17-转向横拉杆，18-循环球转向器壳体，19-转向直拉杆，20-转向摇臂，21-齿扇，22-位移传感器，23-循环钢球，24-磁流变液空腔，25-磁流变液材料，26-位移信号，27-励磁线圈控制信号，28-助力电机控制信号，29-转矩信号，30-方向盘转角信号，31-车速信号，32-右侧车轮，33-右转向节，34-右梯形臂，35右转向节臂。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1、图2所示，本发明的一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统，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(ECU)。
所述的机械传动模块包括方向盘1、转向轴3、循环球转向器7、转向摇臂20、转向直拉杆19、转向横拉杆17、左转向节臂15、左梯形臂16、左转向节14及左侧车轮13、右转向节臂35、右梯形臂34、右转向节33、右侧车轮32；
所述转向轴3的上端与方向盘1相连，下端与循环球转向器7输入端连接；所述循环球转向器7包括转向螺杆10、转向螺母齿条11、循环球转向器壳体18、齿扇21以及循环钢球23，其中循环钢球23放置于转向螺母齿条11与转向螺杆10之间的密闭管路内；循环球转向器7的输出端通过齿扇21与转向摇臂20的一端连接，转向摇臂20的另一端通过转向直拉杆19和左转向节臂15相连，带动左转向节14和左侧车轮13偏转；左转向节臂15经左梯形臂16与转向横拉杆17的一端相连；转向横拉杆17的另一端与右梯形臂34相连，右梯形臂34经右转向节臂35与右转向节33相连，右转向节33带动右侧车轮32转向；
其中，所述的循环球转向器为长方体；其中，转向螺母齿条11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9相互连通。
此外，所述的循环球转向器壳体18包围转向螺杆10、转向螺母齿条11、循环钢球23和齿扇21。
所述的电动助力模块包括助力电机6和助力电机减速机构5，所述的助力电机减速机构5的输入端与助力电机6相连，所述助力电机减速机构5的输出端与转向轴3相连；
所述的磁流变液助力模块包括磁流变液空腔24、磁流变液材料25、励磁线圈8、电极板12；
所述的磁流变液材料25置于循环球转向器7内的磁流变液空腔24；所述的励磁线圈8置于循环球转向器壳体18的外部，励磁线圈8通电产生的磁场方向与电极板12通电形成的电场方向相互垂直；
所述的助力控制模块(ECU)的输入端与转矩传感器4、车速传感器、方向盘角位移传感器2、位移传感器22相连，输出端分别与助力电机6、励磁线圈8和电极板12相连。
其中，所述的转矩传感器4安装在转向轴3上，通过转向轴3获取驾驶员输入的转矩并将转矩信号29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，用于获取车速信号31；所述的方向盘角位移传感器2安装在方向盘1上，用于获得汽车转向时驾驶员输入的方向盘转角信号30；所述的位移传感器22安装在转向横拉杆17上，用于获得转向横拉杆输出的位移信号26。
其中，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。
其中，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。
本发明的系统，转向时，驾驶员输入的转矩依次带动方向盘、转向轴转动；助力控制模块根据各传感器采集到的信号，输出助力电机控制信号28控制助力电机进行助力，助力电机输出的电磁转矩经助力电机减速机构作用在转向轴上，实现第一级转向助力；转向轴带动循环球转向器的转向螺杆运动，转向螺杆推动转向螺母齿条沿轴向运动，转向螺母齿条通过齿扇驱动转向摇臂往复摇动；助力控制模块通过输出励磁线圈控制信号27改变励磁线圈中电流大小，调整产生的磁场大小，进而控制磁流变液材料的特性，改变其在励磁线圈和电极板形成的相互垂直的电场中受到的洛伦兹力的大小，洛伦兹力施加在转向螺母齿条上，实现第二级助力效果。
参照图3所示，本发明还提出了一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统的优化方法，基于上述系统，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；
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；
其中，电液转向系统模型为：
Figure BDA0001927246540000071
式中，θm、Jm、Bm、Tm分别为助力电机的转角、转动惯量、阻尼系数、输出助力转矩，LA1UA1、IA1、RA1分别为助力电机电枢的电感系数、电压、电流、电阻，KT1、Ka、ω1分别为助力电机的电压感应系数、比例系数、角速度，Jlg为转向螺杆的转动惯量，θlg为转向螺杆转角,Blg为转向螺杆的粘性阻尼系数，TS为转矩传感器测得的转矩值,Fb为转向螺杆的轴向工作载荷，ra为螺杆力的中心距，mlm为转向螺母的质量，xm为转向螺母齿条的位移，Blm为转向螺母齿条的粘性阻系数，Flm为螺母齿条轴向力，Tcs为齿扇转矩，rw为齿扇节圆半径，Bcs为齿扇的粘性阻尼系数，θcs为齿扇转角，Tp为等效转向阻力矩，Jc为齿扇的转动惯量，FMRF为磁流变液模块所提供的助力；
整车动力学模型为：
Figure BDA0001927246540000072
轮胎模型为：
Figure BDA0001927246540000073
式中，Iz为汽车质量对z轴的转动惯量，ωr为横摆角速度，φ为车身侧倾角，Nr、Nβ、Nφ、Nδ分别为单位横摆角速度、单位质心侧偏角、单位侧倾角速度、单位前轮转角对z轴的力矩，u为纵向速度，m为整车质量，Ix为悬挂质量对x轴的转动惯量，β为质心侧偏角，α为前轮侧偏角，δ为前轮转向角，Ixz为悬挂质量对x、z轴的惯性积，d为轮距，GP为螺杆到前轮传动比，h为悬挂质心至侧倾轴线的距离，Lp、Lφ分别为单位侧倾角速度、单位侧倾角对x轴的外力矩，Yr、Yβ、Yφ、Yδ分别为单位横摆角速度、单位整车侧偏角、单位侧倾角、单位前轮转角引起的地面侧向反作用力，k1为前轮侧偏刚度，E1为弧度因子。
(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；
所述的电液转向系统多目标优化模型为：
Figure BDA0001927246540000081
式中，f1(X)为转向系统能耗，f2(X)为转向路感，g1(X)为转向助力范围，g2(X)为转向灵敏度。
(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；
参照图4所示，所述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。
其中，所述步骤4.3中的计算采用如下公式：
Figure BDA0001927246540000091
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。
其中，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：
Figure BDA0001927246540000092
Figure BDA0001927246540000093
其中，所述4.1和4.4步骤中Pbest表示的个体最优位置对应优化变量的向量空间为为：
Figure BDA0001927246540000094
其中，所述4.3和4.4步骤中Gbest表示的粒子的历史全局最优位置对应优化变量的向量空间为：
Figure BDA0001927246540000095
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

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；
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；
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。
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。
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。
4.一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3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。
5.根据权利要求4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。
6.根据权利要求4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。
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，所述步骤4.3中的计算采用如下公式：
Figure FDA0004173746750000031
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。
8.根据权利要求4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：
Figure FDA0004173746750000032
Figure FDA0004173746750000033
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