CN110674576B - 基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，通过创建模拟计算模型，并输入约束条件，重新制定了一套车轮定位参数，将轮毂电机分布式驱动方式对应的车轮定位参数与传统集中式驱动方式对应的车轮定位参数区别开，去除了不合理设计，为轮毂电机分布式电驱动车辆量身设计。此外，基于转向舵机能耗最小的优化策略和遗传迭代算法，对所车轮定位参数进行优化，实现满足约束条件下的能耗最优。通过对能耗最优的车轮定位参数进行检验，使得车轮定位参数在实际的车轮转动过程中是否具备稳定性。

Description

基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法

技术领域

本申请涉及车辆动力驱动技术领域，特别是涉及一种车轮定位参数的确定方法。

背景技术

传统车辆的驱动方式一般为集中式驱动。集中式驱动，是将发动机/电机置于车辆底盘，集中起来对四个车轮进行驱动。集中式驱动的传动顺序是发动机/电机-底盘-传动器-车轮。

近年来，轮毂电机分布式驱动取代传统的集中式驱动的情况越来越常见，成为研究热门。轮毂电机分布式驱动，指的是将电机分别集成在四个车胎的轮毂内，轮毂电机分布式驱动的传动顺序是电机-车胎。相对集中式驱动而言，以轮毂电机为动力源的轮毂电机分布式驱动形式优势较为明显，不但可以解放底盘空间、而且可以缩短传动链，提高机械效率，还可以调节整车中心位置，使得车辆重心更低，实现四轮独立转向。

车轮定位参数，代表了车辆的四轮、转向机构、前后车轴之间的安装具有的相对位置。车轮定位参数包括：车轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角、主销偏移距以及车轮前束。传统方案中的轮毂电机分布式驱动，仍然使用与集中式驱动对应的一套车轮定位参数。这会产生一个严重的问题：因传动原理不同导致传动部件损坏。由于轮毂电机分布式驱动与传统集中式驱动的传动原理不同，如果仍然使用与集中式驱动对应的一套车轮定位参数，会导致传动部件损坏。具体地，传统集中式驱动车辆是通过转向节传动，轮毂电机分布式驱动车辆是通过车胎内设置的转向舵机传动，如果不修改车轮定位参数，会对转向舵机造成负担，导致转向舵机损坏。

发明内容

基于此，有必要针对传统方案中基于轮毂电机分布式驱动方式构建的车辆，仍然使用与集中式驱动对应的车轮定位参数，导致车辆传动部件，即转向舵机损坏的问题，提供一种基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法。

本申请提供一种基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，包括：

获取待测车辆的悬架结构数据；所述待测车辆的悬架基于轮毂分布式驱动方式构建；

依据所述待测车辆的悬架结构数据，对所述待测车辆的悬架组成进行分析，获得所述待测车辆的悬架中车轮定位参数的约束条件；

创建模拟计算模型，将所述约束条件输入至模拟计算模型；

运行所述模拟计算模型，获取所述模拟计算模型输出的N个车轮定位参数组，所述N个车轮定位参数组满足所述约束条件；N为正整数；

每一个车轮定位参数组包括K个车轮定位参数；K为正整数；

基于所述待测车辆中转向舵机能耗最小的优化策略和遗传迭代算法，对所述N个车轮定位参数组进行优化，得出所述转向舵机能耗最小的车轮定位参数组，作为最优车轮定位参数组；

对所述最优车轮定位参数组中的K个最优车轮定位参数进行检验，判断K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中是否具备稳定性；

若所述K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中具备稳定性，则将所述K个最优车轮定位参数作为所述待测车辆的车轮定位参数。

本申请涉及一种基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，通过创建模拟计算模型，并输入约束条件，重新制定了一套车轮定位参数，将轮毂电机分布式驱动方式对应的车轮定位参数与传统集中式驱动方式对应的车轮定位参数区别开，去除了不合理设计，为轮毂电机分布式电驱动车辆量身设计。此外，基于转向舵机能耗最小的优化策略和遗传迭代算法，对所车轮定位参数进行优化，实现满足约束条件下的能耗最优。最后，通过对能耗最优的车轮定位参数进行检验，使得车轮定位参数在实际的车轮转动过程中是否具备稳定性。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法的流程示意图；

图2为本申请一实施例提供的待测车辆的悬架的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的待测车辆的悬架中车轮和主销的配合示意图；

图4为本申请一实施例提供的待测车辆的俯视图。

附图标记：

10 待测车辆的车轮

110 车轮中心面轴线

20 主销

210 主销轴线

30 地面法线

40 悬架连接点

50 地面垂线

60 第一中心轴线

70 第二中心轴线

θ₁ 主销内倾角

θ₂ 车轮外倾角

θ₃ 主销后倾角

θ₄ 车轮前束

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供一种基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法。

需要说明的是，本申请提供的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法不限制其应用领域与应用场景。可选地，本申请提供的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法应用于汽车研发阶段。

本申请提供一种基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法。本申请提供的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法并不限制其执行主体。可选地，所述基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法的执行主体可以为一种车轮定位参数计算装置。可选地，所述的执行主体可以为所述车轮定位参数计算装置中的处理器。

如图1所示，在本申请的一实施例中，所述基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，包括如下步骤S100至步骤S600：

S100，获取待测车辆的悬架结构数据。所述待测车辆的悬架基于轮毂分布式驱动方式构建。

具体地，所述待测车辆的悬架的结构示意图如图2所示。图2显示的是某一个车轮对应的待测车辆的悬架的结构。针对不同待测车辆，虽然都是基于轮毂分布式驱动方式构建，但是悬架的结构也会产生区别。所述待测车辆的悬架结构数据包括次级悬架上横臂长度、次级悬架下横臂长度，待测车辆的车辆半径和侧偏角刚度的一种或多种。

S200，依据所述待测车辆的悬架结构数据，对所述待测车辆的悬架组成进行分析，获得所述待测车辆的悬架中车轮定位参数的约束条件。

具体地，为确定符合采用轮毂分布式驱动方式的待测车辆的车轮定位参数，需要获知能够使得待测车辆车轮稳定运行的约束条件。所述车辆定位参数需要满足所述约束条件，使得待测车辆车轮能够做稳定的转向运动。所述约束条件可以为一个，也可以为多个。

S300，创建模拟计算模型，将所述约束条件输入至模拟计算模型。

具体地，所述模拟计算模型的种类可以不做限制。可选地，所述模拟计算模型为MATLAB模型。

S400，运行所述模拟计算模型，获取所述模拟计算模型输出的N个车轮定位参数组，且所述N个车轮定位参数组满足所述约束条件。N为正整数。每一个车轮定位参数组包括K个车轮定位参数。K为正整数。

具体地，通过运行加载了所述约束条件的模拟计算模型，可以获取N个车轮定位参数组。所述N个车轮定位参数组均满足所述约束条件。N的数值和K的数值都可以由研发人员预先设定。可选地，N为100。

S500，基于所述待测车辆中转向舵机能耗最小的优化策略和遗传迭代算法，对所述N个车轮定位参数组进行优化，得出所述转向舵机能耗最小的车轮定位参数组，作为最优车轮定位参数组。

具体地，遗传迭代算法是运用了达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的模拟计算方法，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。所述待测车辆基于轮毂分布式驱动方式构建，所述待测车辆中核心的传动部件为转向舵机。每一个待测车辆车轮中均设置有至少一个转向舵机。为了寻求转向舵机能耗最小，需要对N个车轮定位参数组进行优化，将N个车轮定位参数组中的转向舵机能耗最小的“优良个体”保留，并对“优良个体”进行优化，最终得到转向舵机能耗最小的车轮定位参数组，作为最优车轮定位参数组。

S600，对所述最优车轮定位参数组中的K个最优车轮定位参数进行检验，判断K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中是否具备稳定性。

具体地，通过上述步骤S100至步骤S500，只是通过施加约束条件和模拟计算，得到的理论上可以使得待测车辆车轮能够做稳定的转向运动的K个最优车轮定位参数。然而，在实际的车轮转动过程中，无从得知其真实的稳定性。因此，通过所述步骤S600的稳定性验证，可以判断K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中是否具备稳定性。

若所述K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中具备稳定性，则将所述K个最优车轮定位参数作为所述待测车辆的车轮定位参数。

具体地，若所述K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中不具备稳定性，则返回所述步骤S500，重新进行参数优化步骤，直至最终得出的K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中具备稳定性。

本实施例中，通过创建模拟计算模型，并输入约束条件，重新制定了一套车轮定位参数，将轮毂电机分布式驱动方式对应的车轮定位参数与传统集中式驱动方式对应的车轮定位参数区别开，去除了不合理设计，为轮毂电机分布式电驱动车辆量身设计。此外，基于转向舵机能耗最小的优化策略和遗传迭代算法，对所车轮定位参数进行优化，实现满足约束条件下的能耗最优。最后，通过对能耗最优的车轮定位参数进行检验，使得车轮定位参数满足实际情况。

在本申请的一实施例中，K为4。所述车轮定位参数组包括车轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角和车轮前束，共4个车轮定位参数。

具体地，请参见图2，所述车轮外倾角θ₂为，车轮中心面轴线110与地面法线30的夹角。在车辆工程领域内，一般以悬架连接点为参考点，当车轮上端向外倾斜(向远离所述悬架连接点的方向倾斜)时，车轮外倾角θ₂为正值，当车轮上端向内倾斜(向靠近所述悬架连接点的方向倾斜)时，车轮外倾角θ₂为负值。图2中的车轮外倾角θ₂为负值。

请继续参见图2，所述主销内倾角θ₁为，主销轴线210与地面法线30的夹角。在车辆工程领域内，一般以悬架连接点40为参考点，当主销上端向内倾斜(向靠近所述悬架连接点的方向倾斜)时，主销内倾角θ₁为正值。当车轮上端向外倾斜(向远离所述悬架连接点的方向倾斜)时，主销内倾角θ₁为负值。图2中的主销内倾角θ₁为正值。

请参见图3和图4，所述待测车辆包括互相垂直的第一中心轴线60和第二中心轴线70。所述第一中心轴线60的延伸方向与所述待测车辆的前进方向平行。所述第二中心轴线的70延伸方向与所述待测车辆的前进方向垂直。所述主销后倾角θ₃为，主销轴线210与地面垂线50在所述待测车辆纵向平面内的夹角。在车辆工程领域内，一般以第二中心轴线70为参考线。当主销上端向靠近第二中心轴线70的方向倾斜时，主销后倾角θ₃为正值。当主销上端向远离第二中心轴线70的方向倾斜时，主销后倾角θ₃为负值。因此，图3中的车轮如果是待测车辆的前轮，则图3中的主销后倾角θ₃为正值。图3中的车轮如果是待测车辆的后轮，则图3中的主销后倾角θ₃为负值。

请参见图4，车轮前束θ₄为，车轮中心面轴线110与车辆前进方向的夹角。当车轮中心面轴线110向靠近所述第一中心轴线60的方向偏移时，车轮前θ₄为正值。当车辆中心面轴线100向远离所述第一中心轴线60的方向偏移时，车辆前束θ₄为负值。图4中的车轮前束θ₄为正值。

可选地，所述车轮定位参数组还包括主销偏移距，所述主销偏移距可以由上述车轮外倾角θ₂、主销内倾角θ₁、主销后倾角θ₃和车轮前束θ₄计算得出。

本实施例中，通过设置车轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角和车轮前束作为所述车轮定位参数，实现了对车轮定位参数的全面概括，车轮转向运动的状态取决于车轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角和车轮前束，这四个参数具有代表性。

在本申请的一实施例中，所述车轮定位参数的约束条件至少包括第一约束条件、第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件。

所述第一约束条件为，所述车轮外倾角不小于负5度且不大于正5度。所述第二约束条件为，所述待测车辆的车轮转向角为90度时，所述待测车辆的悬架不产生结构干涉。所述第三约束条件为，所述主销内倾角不小于正15度。所述第四约束条件为，所述待测车辆的车轮转向角为90度时，所述待测车辆的悬架中悬架连接点的跳动幅值不大于5厘米。

具体地，基于轮毂分布式驱动方式构建的待测车辆是具有独立转向的功能。针对于车轮外倾角，对于可以独立转向的待测车辆而言，首先，由于驱动和转向解耦，因此路面产生的侧向力并不会影响到车轮前进的驱动力。其次，由于转向时左右轮不再耦合，可以通过实时调节转向舵机的角度来实现直线行驶的稳定性。传统车辆中为正值的车轮外倾角带来的优势不再存在。

可选地，所述车轮外倾角不小于负5度且小于0度。待测车辆中的转向舵机是最频繁使用且负载较大的仪器，因此整体设计应当使得转向舵机的工作压力适当减小，这就要求车轮需要具有为负值的车轮外倾角。研究表明，车轮具有正的外倾角会使得车轮能够发出的最大侧向力减小，这样需要旋转同等角度所需要转向舵机提供的力矩就会增大，不利于转向。由于四个车轮都参与了转向，因此四个车轮的转向外倾角都应当设定为负值，然而在行驶过程中若发生侧倾，后轮的中心面角度变化更大，因此后轮的外倾角的绝对值更大。虽然车轮外倾角设定为负值，但是车轮外倾角的绝对值不宜太大。考虑到车轮磨损的影响，车轮外倾角绝对值越大，车轮内、外侧磨损的程度差异就越大。因此设定所述车轮外倾角不小于负5度。可选地，所述第一约束条件为，所述车轮外倾角不小于负5度且不大于正5度。

针对于主销内倾角，主销内倾角的存在可以给车轮转向施加一个回正力矩，增加行驶的稳定性。待测汽车采用轮毂分布式驱动，所有的重力都将由四个车轮的主销承担，主销内倾角过大，会导致悬架悬臂中的弯矩过大，容易发生折断等失效。因此，主销内倾角不宜过大。此外，在行驶过程中，由于路面激励的随机性，会产生许多的侧向力以及侧向位移，悬架与车身的接触点会有一个阶跃的角位移输入，一旦角位移输入与原本的主销内倾角之和为负数，则车轮的地面约束与重力载荷会使得悬架中产生巨大的剪力与剪切力矩，极易发生折断失效。主销内倾角设置为正值。可选地，所述第三约束条件为，所述主销内倾角不小于正15度。

所述第二约束条件为，所述待测车辆的车轮转向角为90度时，所述待测车辆的悬架不产生结构干涉。所述结构干涉指的是，所述待测车辆的悬架中的各个传动杆和/或转动块互相之间不发生碰撞。如果所述待测车辆的车轮转向角为90度时，所述待测车辆的悬架中的各个传动杆和/或转动块互相之间发生碰撞，则所述待测车辆车轮必然失衡，进而导致待测车辆行驶稳定性大大降低，容易产生交通事故。

所述第四约束条件为，所述待测车辆的车轮转向角为90度时，所述待测车辆的悬架中悬架连接点的跳动幅值不大于5厘米。控制所述待测车辆的悬架中悬架连接点的跳动幅值的大小，也是为了保证待测车辆行驶稳定性足够高，不产生颠簸。

本实施例中，通过设置第一约束条件、第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件，使得输出的车轮定位参数组中的车辆定位参数，应用于待测车辆车轮时，能够使得待测车辆车轮做稳定的转向运动。

在本申请的一实施例中，在满足所述约束条件的每一个车轮定位参数组中，所述主销后倾角和所述车轮前束均为0。

具体地，主销后倾角的主要作用是改变车轮拖距从而改变地面侧向力对转向的回正力矩。所述回正力矩在汽车以高、中速行驶、且以较小的转向轮转角转向时对车轮的影响较大。在传统集中式驱动汽车中，由于前轮负荷较轻，车轮拖距较小，为提供足够的回正力矩，往往采用较大的主销后倾角。然而本方案中的待测车辆采用独立转向，四个车轮的转角分别由四个转向舵机进行控制，因此如果设置过大的主销后倾角，则会导致车轮转向时转向舵机需要提供的转向力矩较大，加重其工作载荷，从而加快舵机的损耗。而正如上文所述，转向舵机是本方案中需要着重保护的核心部件，因此主销后倾角不宜过大。

然而另一方面，车轮拖距如果为负值，则回正力矩转变为转向力矩，悬架系统不稳定，因此还是要设置车轮拖距为正值。由于采用了子午线车轮，因此本身地面给予车轮的侧向力等效作用点就是在车轮中心偏后的位置，因此当主销后倾角为0时，车轮拖距为一个较小的正值，最为适宜。

综合考虑直线行驶的稳定性以及转向舵机的工作寿命，设置主销后倾角为0。

关于主销偏置距，若主销偏置距若为负，则会增大转向时的阻力矩，增加舵机损耗。而主销偏置距为正时，则不利于其维持直线行驶，同时主销偏置距的尺度一般不超过车轮接地印记的宽度的一半，因为再增大主销偏置距的大小也不会再减小停车转向阻力，反而会增大其地面冲击对转向舵机的影响。因此，主销偏置距设置为约等于0。

关于车轮前束，车轮前束与主销偏移距相匹配，保证行驶时车轮能够保持彼此平行。一般来说，驱动轮不设置车轮前束，由于本申请设置的主销偏移距约等于0，且为轮毂分布式驱动，因此设置车轮前束为0。

本实施例中，通过设置所述主销后倾角和所述车轮前束均为0，可以使得车轮定位参数组中的多个车轮定位参数更符合轮毂分布式驱动方式的设计，从而使得输出的车轮定位参数组中的车辆定位参数，应用于待测车辆车轮时，能够使得待测车辆车轮做稳定的转向运动。

通过上述内容，所述主销后倾角和所述车轮前束均为0。所述车轮定位参数组仅包括车轮外倾角和主销内倾角两个具有数值的车轮定位参数。

在本申请的一实施例中，所述步骤S500包括如下步骤S510至步骤S540：

S510，创建与所述待测车辆对应的车辆仿真模型。

具体地，具体地，所述整车仿真模型为虚拟仿真模型，用于模拟所述待测车辆的行驶过程。

S520，获取预设试验工况，将所述预设试验工况输入至所述车辆仿真模型。所述预设试验工况包括所述待测车辆在不同车轮转速下，不同车轮转向角的转向执行次数。

具体地，所述预设试验工况由研发人员预先编制。所述预设试验工况可以表示为预设试验工况数据表，如表1所示。

表1-预设试验工况数据表

转向角(度)	10	20	30	50	70	90
							车轮转速(km/h)	50	40	30	20	10	5
次数(次)	20	15	10	7	5	2

如表1所示，在不同车轮转速下，不同的车轮转向角，具有不同的转向执行次数。例如，在50km/h的速度下，待测车辆的车轮转向10度共有10次。在40km/h的速度下，待测车辆的车轮转向20度共有15次。

S530，基于所述车辆仿真模型、转向舵机能耗最小的优化策略和遗传迭代算法，对所述N个车轮定位参数组进行i次优化。i为正整数。

具体地，可以将所述预设试验工况数据表输入至所述车辆仿真模型，得到不同车轮定位参数组对应的车辆工况数据。进一步地，基于不同车轮定位参数组对应的车辆工况数据、转向舵机能耗最小的优化策略和遗传迭代算法，对所述N个车轮定位参数组进行i次优化。

S540，将经历i次优化后车轮定位参数组中，所述转向舵机能耗最小的车轮定位参数组，作为最优车轮定位参数组。

本实施例中，通过所述车辆仿真模型对所述待测车辆的预设试验工况进行模拟，可以得出采用不同车轮定位参数组所对应的转向舵机的能耗数据。进一步地，通过转向舵机能耗最小的优化策略和遗传迭代算法，可以实现输出能耗最优的车辆定位参数的组合。

在本申请的一实施例中，所述步骤S530包括如下步骤S531至步骤S539：

S531，将N个车轮定位参数组作为N个优化前参数组。

具体地，从步骤S531开始，开始执行第一次优化步骤。N可以为100。

S532，基于所述车辆仿真模型，计算N个优化前参数组各自对应的转向舵机能耗值。

具体地，针对每一个优化前参数组，计算一次转向舵机能耗值。

S533，对N个优化前参数组各自对应的转向舵机能耗值依照从小到大的顺序排序。进一步地，选取转向舵机能耗值排列在最前列的的M个优化前参数组，作为优化前样本参数组。M为正整数。

将每一个优化前样本参数组对应的转向舵机能耗值，作为优化前样本转向舵机能耗值。

具体地，M的取值也有研发人员设定。可选地，N为100，M为25。举例说明，从100个优化前参数组中选取25个转向舵机能耗值最小的优化前参数组，作为25个优化前样本参数组。

S534，基于所述M个优化前样本参数组，采用遗传迭代算法生成N个优化后参数组。

具体地，基于M个优化前样本参数组，生成个优化后参数组的方式有很多种。可选地，可以选取转向舵机能耗值大小相邻的两个优化前样本参数组，作为第一优化前样本参数组和第二优化前样本参数组。选取所述第一优化前样本参数组中的第一车轮外倾角，和第二优化前样本参数组中的第二车轮外倾角，取二者的平均值，得到第三车轮外倾角。同理，选取所述第一优化前样本参数组中的第一主销内倾角，和第二优化前样本参数组中的第二主销内倾角，取二者的平均值，得到第三主销内倾角。将第三车轮外倾角和第三主销内倾角组合，就可以形成一个优化后参数组。类似的，也可以不取第一车轮外倾角和第二车轮外倾角的平均值，取二者之和的三分之一值，二者之和的四分之一值，也是可行的。

S535，计算N个优化后参数组各自对应的优化后转向舵机能耗值。进一步地，从N个优化后转向舵机能耗值中，选取一个最小优化后转向舵机能耗值。

具体地，可以理解，到步骤S535，已经完成了第一次优化。

S536，从M个优化前样本转向舵机能耗值中，选取一个最小优化前样本转向舵机能耗值，并依据公式1计算第i次优化后的优化率：

其中，λ_i为第i次优化后的优化率。E_{con_(i+1)}为第i次优化的最小优化后转向舵机能耗值。E_{con_i}为第i次优化的最小优化前样本转向舵机能耗值。i为正整数。

具体地，如果是第一次优化，i取1。通过执行步骤S535，得到了第1次优化的最小优化后转向舵机能耗值。通过执行步骤S536，可以得到第1次优化的最小优化前样本转向舵机能耗值。因此，可以计算第1次优化后的优化率。

S537，判断所述第i次优化后的优化率是否小于预设优化率。

具体地，优化率可以理解为，经历第1次优化后，优化后参数组相对于优化前样本参数组，转向舵机能耗值的变化率。

S538，若所述第i次优化后的优化率小于所述预设优化率，则将最小优化后转向舵机能耗值对应的优化后参数组，作为最优车轮定位参数组。

具体地，若所述第i次优化后的优化率小于所述预设优化率，则表明，经历本次优化后，转向舵机能耗值变化不明显，没有必要再进行优化。可以将最小优化后转向舵机能耗值对应的优化后参数组，作为最优车轮定位参数组。

可选地，所述预设优化率为0.1％。

S539，若所述第i次优化后的优化率大于或等于所述预设优化率，则将N个优化后参数组作为第i+1次优化的优化前参数组，返回步骤S532，继续执行优化步骤。

具体地，若所述第i次优化后的优化率大于或等于所述预设优化率，则表明，经历本次优化后，转向舵机能耗值变化较为明显，有必要再进行一次优化。因此，以优化后的N个优化后参数组作为第i+1次优化的优化前参数组，返回步骤S532继续优化。

本实施例中，通过遗传迭代方法，以转向舵机能耗最低为目的，实现对N个车轮定位参数组的不断优化，从而实现满足约束条件下的能耗最优。

在本申请的一实施例中，所述计算N个优化前数组/优化后参数组各自对应的转向舵机能耗值的步骤包括：

S710，选取一个优化前数组/优化后参数组，将所述优化前数组/优化后参数组输入至所述车辆仿真模型，构建仿真待测车辆。

具体地，步骤S710至步骤S740介绍具体的转向舵机能耗值的计算方法。所述步骤S532中，所述步骤S535中，都涉及到了转向动机能耗值的计算，其计算方法均为步骤S710至步骤S740中的转向舵机能耗值的计算方法。

S720，启动所述车辆仿真模型，以使所述仿真待测车辆模拟所述待测车辆在预设时间段内的车辆行驶过程，输出所述待测车辆的车辆工况数据。

具体地，所述车辆工况数据可以包括所述待测车辆中，驱动车轮驱动轴的驱动电机(以下简称为“驱动电机”)的额定功率，所述驱动电机的传动比等等。

S730，依据所述待测车辆的悬架结构数据和所述车辆工况数据，计算与所述优化前数组/优化后参数组对应的转向舵机能耗值。

S740，反复执行步骤S710至步骤S730N次，计算得出N个优化前数组/优化后参数组各自对应的转向舵机能耗值。

具体地，需要对每一个优化前数组/优化后参数组执行一次所述步骤S710至所述步骤S730。

本实施例中，通过设置车辆仿真模型，可以模拟所述待测车辆在预设时间段内的车辆行驶过程，进而得到所述待测车辆的车辆工况数据。依据所述待测车辆的悬架结构数据和所述车辆工况数据，可以实现与所述优化前数组/优化后参数组对应的转向舵机能耗值的计算，整个流程操作简便。

在本申请的一实施例中，所述步骤S730包括如下步骤S731至步骤S734：

S731，依据所述待测车辆的悬架结构数据和所述车辆工况数据，计算在每一个车轮转速和车辆转向角下的车轮转向所需转矩T_{need_i}。

具体地，所述步骤S731包括：

S731a，获取所述预设试验工况数据表中的一组车轮转速和车轮转向角。

S731b，获取所述优化前数组/优化后参数组中的主销内倾角和车轮外倾角。

S731c，依据公式5.1计算在所述车轮转向角下，主销在车辆平面中与地面的夹角，以及侧向力：

其中，θ′_i为计算在所述车轮转向角下，主销在车辆平面中与地面的夹角。θ₁为所述优化前数组/优化后参数组中的主销内倾角。τ_i为车轮转向角。F_{Y_i}为侧向力。ω_i为车轮车轮转速。r_t为待测车辆的车轮半径。

S732d，获取车轮侧偏刚度，依据公式5.1中计算得出的侧向力、车辆侧偏刚度和公式5.2，计算车轮侧偏角：

其中，k为车轮侧偏刚度。F_{Y_i}为侧向力。α_i为车轮侧偏角。

S731e，获取印记面积，即车轮与地面接触的面积，依据所述印记面积、所述车轮侧偏角和公式5.3计算车辆初始拖距长度：

其中，d_i为车胎初始拖距长度。A_i为印记面积。α_i为车轮侧偏角。

S731f，依据公式5.4计算回正力矩：

T_{Z_i}＝F_y-i×d_i×cosθ′_i 公式5.4

其中，T_Z-i为回正力矩，d_i为车胎初始拖距长度。θ′_i为在所述车轮转向角下，主销在车辆平面中与地面的夹角。F_{Y_i}为侧向力。

S731g，依据公式5.5计算主销偏置距：

e_t＝L_s-r_ttanθ₁-r_ttanθ₂ 公式5.5

其中，e_t为主销偏置距。L_s为悬架臂长度。r_t为待测车辆的车轮半径。θ₁为所述优化前数组/优化后参数组中的主销内倾角。θ₂为所述优化前数组/优化后参数组中的车轮外倾角。

S731h，获取所述驱动电机的额定功率、所述驱动电机的传动比，依据公式5.6计算纵向力矩。

其中，T_{t_i}为纵向力矩。W_m为所述驱动电机的额定功率。n₀为所述驱动电机的传动比。r_t为所述待测车辆的车轮半径。e_t为主销偏置距。

S731i，依据公式5.7计算在每一个车轮转速和车辆转向角下的车轮转向所需转矩T_{need_i}：

T_{need_i}＝T_{Z_i}+T_{t_i} 公式5.7

其中，为在每一个车轮转速和车辆转向角下的车轮转向所需转矩。T_Z-i为回正力矩。T_{t_i}为纵向力矩。

S732，依据所述待测车辆的悬架结构数据中的转向舵机效率MAP图，获取在每一个车轮转速和车辆转向角下的转向舵机效率η_i。

具体地，在所述步骤S100中，在获取所述待测车辆的悬架数据时，所述悬架结构数据包括所述转向舵机效率MAP图。

S733，依据在每一个车轮转速和车辆转向角下的转向舵机效率η_i和车轮转向所需转矩T_{need_i}，以及公式2计算在每一个车轮转速和车辆转向角下的转向舵机提供的转矩T_{real_i}：

其中，T_{real_i}为在每一个车轮转速和车辆转向角下的转向舵机提供的转矩。T_{need_i}为在每一个车轮转速和车辆转向角下的车轮转向所需转矩。η_i为在每一个车轮转速和车辆转向角下的转向舵机效率。

具体地，由于转向舵机的效率的存在，T_{real_i}的数值大于T_{need_i}的数值。

S734，依据公式3计算与所述优化前数组/优化后参数组对应的转向舵机能耗值：

E_con＝∑T_{real_j}×τ_j 公式3

其中，E_con为与所述优化前数组/优化后参数组对应的转向舵机能耗。T_{real_j}为在每一个车轮转速和车辆转向角下的转向舵机提供的转矩。τ_j为每一个车轮转向角。

具体地，j的数值由所述预设试验工况中车轮转向角与车轮转速的数据组的数量决定。如表1所示，共有6组车轮转向角与车轮转速的数据组。因此，以表1为预设试验工况的实施例中，j取6。

本实施例中，通过上述若干公式，可以计算与所述优化前数组/优化后参数组对应的转向舵机能耗值，计算量小，计算过程简便。

在本申请的一实施例中，所述步骤S600包括如下步骤S611至步骤S613：

S611，依据公式4计算实际主销偏置距；

其中。e₀为实际主销偏置距。r_t为所述待测车辆的车轮半径。θ₁为所述最优车轮定位参数组中的最优主销内倾角。θ₂为所述最优车轮定位参数组中的最优车轮内倾角。L_c为次级悬架上横臂的长度。L_d为次级悬架下横臂的长度。

S612，判断所述实际主销偏置距是否小于预设主销偏置距。

S613，若所述实际主销偏置距小于所述预设主销偏置距，则确定最优车轮定位参数组通过主销偏置距稳定性检验。

具体地，本实施例为主销偏置距的检验。前述内容已经提及到，主销偏置距设置为约等于0，较为契合轮毂分布式驱动。所述预设主销偏置距可以设置为约等于0的数值。可选地，所述预设主销偏置距可以为20毫米。

举例说明，若通过上述步骤计算得出的实际主销偏置距为11毫米，小于预设主销偏置距20毫米，则认为所述最优车轮定位参数组通过主销偏置距稳定性检验。

本实施例中，通过依据最优车辆定位参数组计算实际主销偏置距，并将实际主销偏置距与预设主销偏置距对比，实现了主销偏置距稳定性的检验。

在本申请的一实施例中，所述步骤S600还包括如下步骤S621至步骤S624：

S621，将所述最优车轮定位参数组输入至所述车辆仿真模型，生成仿真待测车辆。

S622，在所述车辆仿真模型中，将所述仿真待测车辆的车辆转向角调整为90度，获取车辆转向角为90度时对应的车轮外倾角。

S623，判断车辆转向角为90度时对应的车轮外倾角是否小于0度。

S624，若所述车辆转向角为90度时对应的车轮外倾角小于0度，则确定最优车轮定位参数组通过车轮外倾角稳定性检验。

具体地，所述车辆仿真模型与所述步骤S510中的车辆仿真模型可以相同。前述内容已经提及，车轮运动过程中，需要具有始终为负值的车轮外倾角。

本实施例中，通过判断车辆转向角为90度时对应的车轮外倾角是否小于0度，实现车轮外倾角的稳定性检验。

在本申请的一实施例中，所述步骤S600还包括如下步骤S631至步骤S634：

S631，将所述最优车轮定位参数组输入至所述车辆仿真模型，构建仿真待测车辆。

S632，在所述车辆仿真模型中，将所述仿真待测车辆的车辆转向角调整为90度，获取车辆转向角为90度时悬架连接点的跳动幅值。

S633，判断车辆转向角为90度时对应的悬架连接点的跳动幅值是否小于预设跳动幅值。

S634，若车辆转向角为90度时对应的悬架连接点的跳动幅值小于预设跳动幅值，则确定最优车轮定位参数组通过悬架连接点跳动稳定性检验。

具体地，前述内容已经提及，控制所述待测车辆的悬架中悬架连接点的跳动幅值的大小，是为了保证待测车辆行驶稳定性足够高，不产生颠簸。如图2所述，悬架连接点就是图2中的部件40。

本实施例中，通过判断车辆转向角为90度时对应的悬架连接点的跳动幅值是否小于预设跳动幅值，实现悬架连接点跳动稳定性检验。

在本申请的一实施例中，所述步骤S600还包括：

S640，当最优车轮定位参数组同时通过主销偏置距稳定性检验、车轮外倾角稳定性检验和悬架连接点跳动稳定性检验时，确定所述K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中具备稳定性，并将所述K个最优车轮定位参数作为所述待测车辆的车轮定位参数。

本实施例中，最后，通过对能耗最优的车轮定位参数进行检验，使得车轮定位参数在实际的车轮转动过程中是否具备稳定性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，其特征在于，包括：

S100，获取待测车辆的悬架结构数据；所述待测车辆的悬架基于轮毂分布式驱动方式构建；

S200，依据所述待测车辆的悬架结构数据，对所述待测车辆的悬架组成进行分析，获得所述待测车辆的悬架中车轮定位参数的约束条件；

S300，创建模拟计算模型，将所述约束条件输入至所述模拟计算模型；

S400，运行所述模拟计算模型，获取所述模拟计算模型输出的N个车轮定位参数组，所述N个车轮定位参数组满足所述约束条件；N为正整数；

每一个车轮定位参数组包括K个车轮定位参数；K为正整数；

S500，基于所述待测车辆中转向舵机能耗最小的优化策略和遗传迭代算法，对所述N个车轮定位参数组进行优化，得出所述转向舵机能耗最小的车轮定位参数组，作为最优车轮定位参数组；

S600，对所述最优车轮定位参数组中的K个最优车轮定位参数进行检验，判断所述K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中是否具备稳定性；

若所述K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中具备稳定性，则将所述K个最优车轮定位参数作为所述待测车辆的车轮定位参数；所述S500包括：

S510，创建与所述待测车辆对应的车辆仿真模型；

S520，获取预设试验工况，将所述预设试验工况输入至所述车辆仿真模型；所述预设试验工况包括所述待测车辆在不同车轮转速下，不同车轮转向角的转向执行次数；

S530，基于所述车辆仿真模型、转向舵机能耗最小的优化策略和遗传迭代算法，对所述N个车轮定位参数组进行i次优化；i为正整数；

S540，将经历i次优化后的所述N个车轮定位参数组中，所述转向舵机能耗最小的车轮定位参数组，作为最优车轮定位参数组，所述步骤S530包括：

S531，将所述N个车轮定位参数组作为N个优化前参数组；

S532，基于所述车辆仿真模型，计算所述N个优化前参数组各自对应的转向舵机能耗值；

S533，对所述N个优化前参数组各自对应的转向舵机能耗值依照从小到大的顺序排序，选取所述转向舵机能耗值排列在最前列的M个所述优化前参数组，作为优化前样本参数组；M为正整数；

将每一个优化前样本参数组对应的转向舵机能耗值，作为优化前样本转向舵机能耗值，对应有M个优化前样本转向舵机能耗值；

S534，基于所述M个优化前样本参数组，采用遗传迭代算法生成N个优化后参数组；

S535，计算所述N个优化后参数组各自对应的优化后转向舵机能耗值，从所述N个优化后转向舵机能耗值中，选取一个最小优化后转向舵机能耗值；

S536，从所述M个优化前样本转向舵机能耗值中，选取一个最小优化前样本转向舵机能耗值，并依据公式1计算第i次优化后的优化率；

； 公式1；

其中，

为第i次优化后的优化率，

为第i次优化的最小优化后转向舵机能耗 值，

为第i次优化的最小优化前样本转向舵机能耗值，i为正整数；

S537，判断所述第i次优化后的优化率是否小于预设优化率；

S538，若所述第i次优化后的优化率小于所述预设优化率，则将最小优化后转向舵机能耗值对应的优化后参数组，作为最优车轮定位参数组；

S539，若所述第i次优化后的优化率大于或等于所述预设优化率，则将N个优化后参数组作为第i+1次优化的优化前参数组，返回步骤S532，继续执行优化步骤。

2.根据权利要求1所述的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，其特征在于，K为4，所述车轮定位参数组包括车轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角和车轮前束，共4个车轮定位参数。

3.根据权利要求2所述的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，其特征在于，所述车轮定位参数的约束条件至少包括第一约束条件、第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件；

所述第一约束条件为，所述车轮外倾角不小于负5度且不大于正5度；

所述第二约束条件为，所述待测车辆的车轮转向角为90度时，所述待测车辆的悬架不产生结构干涉；

所述第三约束条件为，所述主销内倾角不小于正15度；

所述第四约束条件为，所述待测车辆的车轮转向角为90度时，所述待测车辆的悬架中悬架连接点的跳动幅值不大于5厘米。

4.根据权利要求3所述的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，其特征在于，在满足所述约束条件的每一个车轮定位参数组中，所述主销后倾角和所述车轮前束均为0。

5.根据权利要求1所述的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，其特征在于，所述计算N个优化前数组/优化后参数组各自对应的转向舵机能耗值的步骤包括：

S710，选取一个优化前数组/优化后参数组，将所述优化前数组/优化后参数组输入至所述车辆仿真模型，构建仿真待测车辆；

S720，启动所述车辆仿真模型，以使所述仿真待测车辆模拟所述待测车辆在预设时间段内的车辆行驶过程，输出所述待测车辆的车辆工况数据；

S730，依据所述待测车辆的悬架结构数据和所述车辆工况数据，计算与所述优化前数组/优化后参数组对应的转向舵机能耗值；

S740，反复执行步骤S710至步骤S730N次，计算得出N个优化前数组/优化后参数组各自对应的转向舵机能耗值。

6.根据权利要求5所述的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，其特征在于，所述步骤S730包括：

S731，依据所述待测车辆的悬架结构数据和所述车辆工况数据，计算在每一个车轮转 速和车辆转向角下的车轮转向所需转矩

；

S732，依据所述待测车辆的悬架结构数据中的转向舵机效率MAP图，获取在每一个车轮 转速和车辆转向角下的转向舵机效率

；

S733，依据在每一个车轮转速和车辆转向角下的转向舵机效率

和车轮转向所需转矩

，以及公式2计算在每一个车轮转速和车辆转向角下的转向舵机提供的转矩

；

公式2；

其中，

为在每一个车轮转速和车辆转向角下的转向舵机提供的转矩，

为 在每一个车轮转速和车辆转向角下的车轮转向所需转矩，

为在每一个车轮转速和车辆转 向角下的转向舵机效率；

S734，依据公式3计算与所述优化前数组/优化后参数组对应的转向舵机能耗值；

； 公式3；

其中，

为与所述优化前数组/优化后参数组对应的转向舵机能耗，

为在每一 个车轮转速和车辆转向角下的转向舵机提供的转矩，

为每一个车轮转向角。

7.根据权利要求6所述的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，其特征在于，所述步骤S600包括：

S611，依据公式4计算实际主销偏置距；

； 公式4；

其中，

为实际主销偏置距，

为所述待测车辆的车轮半径，

为所述最优车轮定位参 数组中的最优主销内倾角，

为所述最优车轮定位参数组中的最优车轮内倾角，

为次级 悬架上横臂的长度，

为次级悬架下横臂的长度；

S612，判断所述实际主销偏置距是否小于预设主销偏置距；

S613，若所述实际主销偏置距小于所述预设主销偏置距，则确定最优车轮定位参数组通过主销偏置距稳定性检验。

8.根据权利要求7所述的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，其特征在于，所述步骤S600还包括：

S621，将所述最优车轮定位参数组输入至所述车辆仿真模型，生成仿真待测车辆；

S622，在所述车辆仿真模型中，将所述仿真待测车辆的车辆转向角调整为90度，获取车辆转向角为90度时对应的车轮外倾角；

S623，判断车辆转向角为90度时对应的车轮外倾角是否小于0度；

S624，若所述车辆转向角为90度时对应的车轮外倾角小于0度，则确定最优车轮定位参数组通过车轮外倾角稳定性检验。

9.根据权利要求8所述的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，其特征在于，所述步骤S600还包括：

S631，将所述最优车轮定位参数组输入至所述车辆仿真模型，构建仿真待测车辆；

S632，在所述车辆仿真模型中，将所述仿真待测车辆的车辆转向角调整为90度，获取车辆转向角为90度时悬架连接点的跳动幅值；

S633，判断车辆转向角为90度时对应的悬架连接点的跳动幅值是否小于预设跳动幅值；

S634，若车辆转向角为90度时对应的悬架连接点的跳动幅值小于预设跳动幅值，则确定最优车轮定位参数组通过悬架连接点跳动稳定性检验。

10.根据权利要求9所述的基于轮毂分布式驱动方式的车轮定位参数的确定方法，其特征在于，所述步骤S600还包括：

S640，当最优车轮定位参数组同时通过主销偏置距稳定性检验、车轮外倾角稳定性检验和悬架连接点跳动稳定性检验时，确定所述K个最优车轮定位参数在实际的车轮转动过程中具备稳定性，并将所述K个最优车轮定位参数作为所述待测车辆的车轮定位参数。

Images