CN113742844B - 基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法，包含：依据车辆动力学性能要求，优化主动车轮定位悬架的K&C特性，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度，以得到主动车轮定位控制优化设计模块；优化悬架硬点、衬套特性和主动车轮定位控制的执行器布置位置，优化主动车轮定位控制的执行器结构参数和匹配，以得到主动车轮悬架结构优化设计模块；基于主动车轮定位控制优化设计模块以及主动车轮悬架结构优化设计模块，建立车辆动力学控制与悬架结构设计协同优化构架。本发明将主动车轮定位的控制边界引入悬架设计阶段，明确了主动车轮定位参数的约束边界，实现主动车轮定位悬架的精益设计，优化车辆动力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及车辆优化设计技术领域，具体地说，涉及一种基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法及装置。
背景技术
悬架关系到车辆的所有动力学性能，是车辆底盘的核心。车辆的纵-侧-垂向的动力学性能相互耦合，垂向作动的可控悬架可有效改善车辆动力学性能，但其无法对车辆侧向、纵向动力学进行直接调整，存在性能局限。车辆的新四化要求其动力学控制更为精准和敏捷，对悬架提出了更高的要求。如何进一步拓展悬架及车辆动力学性能是亟须解决的问题。
目前，现有技术中的悬架大都为垂向作动的可控悬架，其直接对车辆垂向性能，平顺性起到调节作用，对于侧向、纵向的调节是通过间接的方法调节的。现在有学者提出了主动调节车轮定位参数的悬架，可以直接影响车辆的侧向性能，调节侧向力等。但是，目前该悬架及控制仍处于探索阶段，没有形成完整的设计过程。
因此，本发明提供了一种基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法及装置。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法，所述方法包含以下步骤：
步骤一：依据车辆动力学性能要求，优化主动车轮定位悬架的K&C特性，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度，以得到主动车轮定位控制优化设计模块；
步骤二：优化悬架硬点、衬套特性和主动车轮定位控制的执行器布置位置，优化主动车轮定位控制的执行器结构参数和匹配，以得到主动车轮悬架结构优化设计模块；
步骤三：基于所述主动车轮定位控制优化设计模块以及所述主动车轮悬架结构优化设计模块，建立车辆动力学控制与悬架结构设计协同优化构架。
根据本发明的一个实施例，所述步骤一中具体包含以下步骤：
设定初始悬架特性，建立整车级面向特性的仿真模型，建立车轮定位参数主动控制车辆模型，并设计车轮定位参数主动控制器。
根据本发明的一个实施例，所述步骤一中具体包含以下步骤：
步骤a：建立操纵稳定性仿真工况，设计车辆操纵稳定性评价指标，对主动车轮定位悬架K&C特性进行优化，当满足所述车辆操纵稳定性评价指标时提取主动车轮定位悬架操纵稳定性边界；
步骤b：建立操控平顺性仿真工况，设计车辆操纵平顺性评价指标，对主动车轮定位悬架K&C特性进行优化，当满足所述车辆操纵平顺性评价指标时提取主动车轮定位悬架操纵平顺性边界；
步骤c：建立操控安全性仿真工况，设计车辆操纵安全性评价指标，对主动车轮定位悬架K&C特性进行优化，当满足所述车辆操纵安全性评价指标时提取主动车轮定位悬架操纵安全性边界。
根据本发明的一个实施例，所述步骤一中具体包含以下步骤：
建立整车性能评估复合工况，针对待优化车辆性能设计评价指标，优化主动车轮定位悬架K&C特性，直至满足所述待优化车辆性能设计评价指标，结合步骤a至步骤c，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度。
根据本发明的一个实施例，所述步骤一中具体包含以下步骤：
引入悬架结构设计实际悬架K&C特性和车轮定位参数特性，验证实际悬架特性，判定优化结束条件。
根据本发明的一个实施例，所述步骤二中具体包含以下步骤：
结合所述步骤一确定的理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度选定悬架构型；
通过灵敏度分析方法获取悬架硬点空间位置对车轮定位参数的影响因子；
针对选定的所述悬架构型，选取所控车轮定位参数影响因子高而对其他特定参数影响小的悬架硬点位置安装执行器。
根据本发明的一个实施例，所述步骤二中具体包含以下步骤：
优化执行器空间安装位置和悬架硬点，降低所控车轮定位参数与其他参数的耦合程度，并提升执行器效能，直至满足初始悬架特性，建立初始主动车轮定位悬架模型。
根据本发明的一个实施例，所述步骤二中具体包含以下步骤：
获取所述步骤一确定的理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性零场特性及可调裕度，将理想车轮定位的控制边界作为结构设计的约束边界，悬架K&C特性零场特性及可调裕度作为优化目标，对所述初始主动车轮定位悬架模型进行再优化，输出满足所述优化目标时的悬架K&C特性和车轮定位参数特性。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种存储介质，其包含用于执行如上任一项所述的方法步骤的一系列指令。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化装置，执行如上任一项所述的方法，所述装置包含：
第一模块，其用于依据车辆动力学性能要求，优化主动车轮定位悬架的K&C特性，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度，以得到主动车轮定位控制优化设计模块；
第二模块，其用于优化悬架硬点、衬套特性和主动车轮定位控制的执行器布置位置，优化主动车轮定位控制的执行器结构参数和匹配，以得到主动车轮悬架结构优化设计模块；
第三模块，其用于基于所述主动车轮定位控制优化设计模块以及所述主动车轮悬架结构优化设计模块，建立车辆动力学控制与悬架结构设计协同优化构架。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
1)通过将主动车轮定位的控制边界引入悬架设计阶段，明确了主动车轮定位参数的约束边界，实现主动车轮定位悬架的精益设计，优化车辆动力学性能。
2)通过将主动车轮定位的控制边界及可调裕度引入悬架设计阶段，释放悬架硬点的空间约束，扩大悬架结构设计的可行域，拓展车辆动力学性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1显示了现有技术的悬架结构示意图；
图2显示了现有技术中的悬架特性关系图；
图3显示了根据本发明的一个实施例的基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法流程图；
图4显示了根据本发明的一个实施例的得到主动车轮定位控制优化设计模块的方法流程图；
图5显示了根据本发明的一个实施例的得到主动车轮悬架结构优化设计模块的方法流程图；
图6显示了根据本发明的一个实施例的建立车辆动力学控制与悬架结构设计协同优化构架的方法流程图；
图7显示了根据本发明的一个实施例的基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化装置结构框图；
图8显示了根据本发明的一个实施例的3自由度的简化模型；
图9显示了现有技术中的悬架特性曲线；以及
图10显示了传统悬架中的K&C特性曲线与主动车轮定位悬架中的K&C特性曲线对比图。
附图中，相同的部件使用相同的附图标记。另外，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细。
图1所示的是现有技术中悬架的结构(出自：Avesta Goodarzi,Ehsan Oloomi&Ebrahim Esmailzadeh(2011)Design and analysis of an intelligent controller foractive geometry suspension systems,Vehicle System Dynamics:InternationalJournal of Vehicle Mechanics and Mobility)，随着车轮的运动，悬架上的连杆，车轮的姿态发生变化，他们之间的关系是特性。这些特性就是图2所示的一些参数之间的关系。现有一些汽车方面的仿真模型如Carsim、VI-grade，便是利用这些特性来代替车辆的实际物理结构来进行整车的性能仿真。
需要明确的是，悬架K&C特性中，K代表英文Kinematices，即不考虑力和质量的运动，而只跟悬架连杆有关的车轮运动；C代表英文Compliance，也就是由于施加力导致的变形，跟悬架系统的弹簧、橡胶衬套以及零部件的变形有关的车轮运动。
现有技术(202011606023.9)公开了一种基于双叉臂悬架的主动、半主动式外倾角电动调节装置，包括与车身相连的上叉臂、与车轮及下叉臂相连的转向节、与转向节和上叉臂相连的外倾角调节机构；外倾角调节机构包括与上叉臂的球销固连的支架、固设在支架上的步进电机和导向杆、通过轴承可旋转的支撑在支架上的传动轴，步进电机的输出轴为蜗杆，传动轴上设有丝杠段和与蜗杆啮合的蜗轮，转向节的顶端与丝杠段螺纹配合、上部与导向杆滑动配合、中部设有通孔、下部与下叉臂的球销固连，行车电脑能控制步进电机的转角进行外倾角的主动式调节，驾驶员能够手动设定步进电机的转角进行外倾角的半主动式调节。本发明能动态调节车辆外倾，操稳性能好，机构自锁、结构强度高、安全。
但是，现有技术(202011606023.9)对于侧向、纵向的调节是通过间接的方法调节的。虽然，现在有学者提出了主动调节车轮定位参数的悬架，可以直接影响车辆的侧向性能，调节侧向力等。但是，目前该悬架及控制仍处于探索阶段，没有形成完整的设计过程。
现有技术(202011606025.8)公开了一种基于麦弗逊悬架的主动、半主动式外倾角电动调节装置，包括与减振器及止推轴承相连的上支撑件、与车身和上支撑件相连的外倾角调节机构；外倾角调节机构包括固设在车身上的支架、固设在支架上的步进电机和导向杆、通过轴承可旋转的支撑在支架上的传动轴、滑块，步进电机的输出轴为蜗杆，传动轴上设有丝杠段和与蜗杆啮合的蜗轮，滑块的上部与丝杠段螺纹配合、中部与导向杆滑动配合、下部与上支撑件连接，行车电脑能控制步进电机的转角进行外倾角的主动式调节，驾驶员能够手动设定步进电机的转角进行外倾角的半主动式调节。本发明能动态调节车辆外倾，增加了车辆的操稳性能，具有机构自锁、高结构强度、防转安全的优点。
但是，现有技术(202011606025.8)对于侧向、纵向的调节是通过间接的方法调节的。虽然，现在有学者提出了主动调节车轮定位参数的悬架，可以直接影响车辆的侧向性能，调节侧向力等。但是，目前该悬架及控制仍处于探索阶段，没有形成完整的设计过程。
上述现有技术基本属于机构方面，即实现了通过机构主动调节外倾角的功能，无法达到实际控制使用的能力，本发明是给出如下结果的方法论：
1.本发明的主动车轮定位控制优化设计模块解决了面对实际的工况时，需要多大的外倾角，在多大的范围内调整，外倾角的实时控制，优化出的控制策略。
2.本发明的主动车轮悬架结构优化设计模块解决了指导此类机构的设计，即针对某一款产品，使用本发明的方法流程，可以给出各硬点的合理空间位置范围，合理的执行器的匹配，安装位置等，从而使得该机构能够满足实际的需求(主动车轮定位控制优化设计模块)。
3.本发明将控制与结构设计进行了联动、协同，即主动车轮定位控制优化设计模块进行车辆各类实际工况的仿真，给出理论上必须达到的主动车轮定位悬架的特性，主动车轮悬架结构优化设计模块计算实际的悬架机械结构的空间位置、连接，执行器(电机等)的功率尺寸匹配，在结构设计的时候已经考虑到了之后控制将面对的情况并指导了结构设计，是一个整体的仿真，是一个区别于上述现有技术纯机械设计的特点。
现有技术(C级车悬架KnC特性优化设计方法研究，吉林大学，吉林省211工程院校，985工程院校，教育部直属院校)以C级车的开发项目为依托，针对悬架系统的优化设计匹配方法进行了研究探讨。要进行悬架系统与整车性能的合理匹配，需要解决以下问题：整车性能的角度出发，如何确定理想的悬架KnC特性？从悬架结构的角度出发，如何设计悬架的结构以达到预期的KnC特性？本文围绕上述两个问题展开研究。首先，对车辆开发过程中悬架系统的优化匹配方法以及国内外现状做了回顾，同时阐述了本文选题的学术以及应用背景，介绍了本文的主要研究内容。其次，对于悬架系统的KnC特性做了概述和定性分析。对悬架的运动学和弹性运动学特性的产生机理及在动力学软件中的相应求解方法做了介绍，并定性分析了悬架的主要KnC特性对整车性能的影响。同时，介绍了测量悬架KnC特性的主要试验方法及设备。接下来，根据对标车的部件及整车参数，对其进行基于结构的悬架系统建模和基于特性的整车建模，通过悬架KnC特性试验及整车操稳、平顺性试验的实车试验数据，对悬架系统及整车的建模方法做了可行性验证，为后续悬架系统特性的优化匹配做了模型上的准备。
但是，现有技术(C级车悬架KnC特性优化设计方法研究，吉林大学，吉林省211工程院校，985工程院校，教育部直属院校)对于侧向、纵向的调节是通过间接的方法调节的。虽然，现在有学者提出了主动调节车轮定位参数的悬架，可以直接影响车辆的侧向性能，调节侧向力等。但是，目前该悬架及控制仍处于探索阶段，没有形成完整的设计过程。
另外，现有技术(C级车悬架KnC特性优化设计方法研究，吉林大学，吉林省211工程院校，985工程院校，教育部直属院校)做的是被动悬架，即K&C特性优化后是一条曲线(如图10左侧)。而本发明中涉及到的主动车轮定位悬架是一个面(如图10右侧)，主动调节车轮定位参数如外倾角时，K&C特性曲线会变，因此实际运行中，本发明是在面内调整，才有零场特性(静止时的那条线)和调节裕度(能够调节的范围)，进一步地，本发明给出了如何确定调整这个面(如图10右侧)，和在什么工况下如何控制。需要说明的是，图10为示意图，不代表实际特性曲线。
上述现有技术多涉及到悬架的硬件结构，没有过多的涉及到车辆动力学性能扩展优化，本发明的目的在于基于悬架结构，可以主动调节车轮的定位参数，传统K&C特性发生了变化，本发明优化出理想的特性，这些特性指导悬架的结构设计，比如说告诉结构设计时的硬点位置(机械杆件的连接点)、空间布局等等。在优化特性时因为是有主动调节的，所以也会涉及到主动悬架的控制，然后优化特性，再通过优化结构设计实现特性，可以使得悬架/车辆的动力学性能更好。
图3显示了根据本发明的一个实施例的基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法流程图。
如图3所示，步骤S301为步骤一：依据车辆动力学性能要求，优化主动车轮定位悬架的K&C特性，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度，以得到主动车轮定位控制优化设计模块。
具体来说，设定初始悬架特性，建立主动车轮定位控制器，依据车辆动力学性能要求(包括但不限于操纵稳定性、平顺性、安全性)，优化悬架K&C特性，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度。
图4显示了根据本发明的一个实施例的得到主动车轮定位控制优化设计模块的方法流程图。
如图4所示，在步骤S401中，设定初始悬架特性，建立整车级面向特性的仿真模型，建立车轮定位参数主动控制车辆模型，并设计车轮定位参数主动控制器。
具体来说，初始悬架特性是指根据对标车(现有的一款车型/待改进的车型/上一车型)，在三维建模软件/专用的多体动力学分析软件(Adams)中通过设置硬点(悬架杆系与杆系，悬架与车身、轮胎等的空间连接位置)，将悬架的空间机械结构复现，然后在软件中可以进行虚拟的K&C特性仿真，得到K&C特性与对标车对比，通过调整硬点的空间位置(X、Y、Z)，再进行仿真，直到与对标车接近，或者达到设计师特殊的需求。
此处的初始悬架特性指K&C特性，主要包括：K特性是指车轮的姿态及主销的定位参数等随车轮跳动的变化，如：车轮外倾角随车轮跳动的变化、车轮前束角随车轮跳动的变化、主销内倾角及滑磨半径、主销后倾角与后倾拖距、侧倾中心、阿克曼转向关系、与驱动、制动有关的悬架特性、制动抗点头率。C特性是指在外力作用下车轮姿态及主销的定位参数等的变化，如：刚度特性分为几种，包括悬架的平顺性刚度、悬架垂直刚度及悬架的侧倾刚度、侧向力引起的前束角变化、纵向力引起的前束角变化、纵向力引起的轮心纵向位移变化等。
在一个实施例中，整车级面向特性的仿真模型一般需要包括转向系、发动机/电动机模型、悬架模型、轮胎模型、驾驶员模型等，是完全仿真车辆的动力学模型。
在一个实施例中，悬架的机械模型只仿真悬架作用的动力学模型，作为整车级面向特性的仿真模型的一个模块，通过变量输入输出的方式与整车级面向特性的仿真模型内的其他模块进行交互。
在一个实施例中，车轮定位参数主动控制车辆模型是整车模型的一种简化，一般来说，整车模型越精确就越复杂，其自由度就越多，如果控制算法直接用整车的模型来计算数据的话，现有技术中的算法跟不上，计算量过大，所以为了保证计算效率，在满足一定精度的前提下，大部分控制都是将车辆模型简化为如图8所示的3自由度的简化模型，利用简化模型计算出整车需要的输入量，如方向盘转角、制动力矩等等。
如图4所示，步骤S402为步骤a：建立操纵稳定性仿真工况，设计车辆操纵稳定性评价指标，对主动车轮定位悬架K&C特性进行优化，当满足车辆操纵稳定性评价指标时提取主动车轮定位悬架操纵稳定性边界。
如图4所示，步骤S403为步骤b：建立操控平顺性仿真工况，设计车辆操纵平顺性评价指标，对主动车轮定位悬架K&C特性进行优化，当满足车辆操纵平顺性评价指标时提取主动车轮定位悬架操纵平顺性边界。
如图4所示，步骤S404为步骤c：建立操控安全性仿真工况，设计车辆操纵安全性评价指标，对主动车轮定位悬架K&C特性进行优化，当满足车辆操纵安全性评价指标时提取主动车轮定位悬架操纵安全性边界。
如图4所示，在步骤S405中，建立整车性能评估复合工况，针对待优化车辆性能设计评价指标，优化主动车轮定位悬架K&C特性，直至满足车辆待优化的车辆性能目标，结合步骤a至步骤c，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度。
具体来说，步骤c中的安全是必须保证的边界，步骤a的操稳以及步骤b的平顺是可以调整的区域，通过步骤a至步骤c得到操纵稳定性边界、操纵平顺性边界以及操纵安全性边界之后，悬架的K&C特性就可以在这个范围内优化出好的特性曲线。此外，这里的边界是主动车轮定位不起作用情况下得到的约束边界，悬架的特性不能动态变化。
具体来说，所指的整车性能评估复合工况是对主动车轮定位介入情况下，针对实车存在的复杂的工况，即既要保证安全性，同时兼顾安全性和平顺性，悬架的上述特性不再是如图9所示的的特定线型，它可以在所约束的区域内通过主动车轮定位控制动态改变，由于它可以变化，不再是如图9所示的一个工况出来一条线，才会存在零场特性和可调裕度。
在一个实施例中，待优化车辆性能设计评价指标根据不同的需求可以进行确定，可以是车辆操纵稳定性进一步提高，具体表现可能是转弯时车身的质心侧偏角更小(车横向的晃动小)，比较激烈的工况下(差路面高车速)车能更稳定，不失控，极限工况下车辆仍能受控制。
如图4所示，在步骤S406中，待得到主动车轮悬架结构优化设计模块后，引入悬架结构设计实际悬架K&C特性和车轮定位参数特性，验证实际悬架特性，判定优化结束条件。
具体来说，车轮定位参数特性，就是车轮的外倾角、前束角，车轮的空间姿态随轮跳的变化趋势，其实是K特性中的一种。引入的特性是结构优化模块给的，需要做一个循环和验证。结构优化出来的是实际的悬架结构，验证就是对比实际的悬架结构和执行器能不能满足控制优化的需求。
如图3所示，步骤S302为步骤二：优化悬架硬点、衬套特性和主动车轮定位控制的执行器布置位置，优化主动车轮定位控制的执行器结构参数和匹配，以得到主动车轮悬架结构优化设计模块。
步骤二是建立主动车轮悬架结构优化设计模块，根据步骤一结果进行悬架结构参数的优化设计，确定悬架的构型和结构参数、主动车轮定位控制执行器的布置及匹配。
具体来说，依据步骤一所确定的悬架K&C特性的零场特性及整车设计要求，确定悬架构型；建立面向结构悬架多体动力学模型，进行悬架硬点的灵敏度分析，优化悬架硬点、衬套特性和主动车轮定位控制的执行器布置位置；依据步骤一所确定的理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性零场特性及可调裕度，优化主动车轮定位控制的执行器结构参数和匹配。
图5显示了根据本发明的一个实施例的得到主动车轮悬架结构优化设计模块的方法流程图。
如图5所示，在步骤S501中，结合确定的理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度选定悬架构型。
如图5所示，在步骤S502中，通过灵敏度分析方法获取悬架硬点空间位置对车轮定位参数的影响因子。
如图5所示，在步骤S503中，针对选定的悬架构型，选取所控车轮定位参数影响因子高而对其他特定参数影响小的悬架硬点位置安装执行器。
具体来说，其他特定参数指其他的车轮定位参数或者K特性参数，举例来说：如果要主动调整车轮的外倾角，在不希望改变外倾角的时候，前束角也随之发生很大的变化，这叫降低他们耦合。
如图5所示，在步骤S504中，优化执行器空间安装位置和悬架硬点，降低所控车轮定位参数与其他参数的耦合程度，并提升执行器效能，直至满足初始悬架特性，建立初始主动车轮定位悬架模型。
具体来说，先确定结构优化的初始的模型，根据步骤一确定的一些特性，建立主动车轮定位悬架的结构模型，然后可以对车轮定位参数进行主动调整的这样一个机械的模型，然后步骤二在这个基础上优化得到机械的结构的合理空间位置和执行器匹配等等。
具体来说，悬架硬点是悬架各种机械结构的连接点，执行器也是连接在这个硬点上，执行器本身是一种电动或者电液驱动机构，需要一定的空间，悬架的空间位置有限，因此，如何布置执行器的安装，就需要执行器的安装点和安装的空间。
如图5所示，在步骤S505中，获取确定的理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性零场特性及可调裕度，将理想车轮定位的控制边界作为结构设计的约束边界，悬架K&C特性零场特性及可调裕度作为优化目标，对初始主动车轮定位悬架模型进行再优化，输出满足优化目标时的悬架K&C特性和车轮定位参数特性。
在一个实施例中，悬架K&C特性和车轮定位参数特性KC包含外倾特性和前束特性。
如图3所示，步骤S303为步骤三：基于主动车轮定位控制优化设计模块以及主动车轮悬架结构优化设计模块，建立车辆动力学控制与悬架结构设计协同优化构架。
结合图3、图4、图5以及图6来说，本发明通过构建车辆动力学控制与悬架结构设计协同优化框架，将车轮定位的控制边界引入悬架结构优化，并通过两者的协同优化扩展车辆动力学性能，主要包括主动车轮定位控制优化设计模块以及主动车轮悬架结构优化设计模块，综合两个模块，完成车辆动力学控制与悬架结构设计的协同优化。
其中，主动车轮定位控制优化设计模块将车辆动力学性能目标分解到各子系统，确定理想的车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度，为悬架结构设计优化模块提供优化目标和车轮定位参数约束边界；主动车轮悬架结构优化设计模块进行悬架结构参数的优化设计，确定悬架的构型和结构参数、主动车轮定位控制执行器的布置及匹配。
本发明提供的基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法及装置还可以配合一种计算机可读取的存储介质，存储介质上存储有计算机程序，执行计算机程序以运行基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法。计算机程序能够运行计算机指令，计算机指令包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。
计算机可读取的存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需要说明的是，计算机可读取的存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读取的存储介质不包括电载波信号和电信信号。
图7显示了根据本发明的一个实施例的基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化装置结构框图。
如图7所示，基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化装置结构框图700包含第一模块701、第二模块702以及第三模块703。
第一模块701用于依据车辆动力学性能要求，优化主动车轮定位悬架的K&C特性，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度，以得到主动车轮定位控制优化设计模块。
第二模块702用于优化悬架硬点、衬套特性和主动车轮定位控制的执行器布置位置，优化主动车轮定位控制的执行器结构参数和匹配，以得到主动车轮悬架结构优化设计模块。
第三模块703用于基于主动车轮定位控制优化设计模块以及主动车轮悬架结构优化设计模块，建立车辆动力学控制与悬架结构设计协同优化构架。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
1)通过将主动车轮定位的控制边界引入悬架设计阶段，明确了主动车轮定位参数的约束边界，实现主动车轮定位悬架的精益设计，优化车辆动力学性能。
2)通过将主动车轮定位的控制边界及可调裕度引入悬架设计阶段，释放悬架硬点的空间约束，扩大悬架结构设计的可行域，拓展车辆动力学性能。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (7)
1.一种基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
步骤一：依据车辆动力学性能要求，优化主动车轮定位悬架的K&C特性，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度，以得到主动车轮定位控制优化设计模块；
步骤二：优化悬架硬点、衬套特性和主动车轮定位控制的执行器布置位置，优化主动车轮定位控制的执行器结构参数和匹配，以得到主动车轮悬架结构优化设计模块；
步骤三：基于所述主动车轮定位控制优化设计模块以及所述主动车轮悬架结构优化设计模块，建立车辆动力学控制与悬架结构设计协同优化构架；
所述步骤二中具体包含以下步骤：结合所述步骤一确定的理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度选定悬架构型；通过灵敏度分析方法获取悬架硬点空间位置对车轮定位参数的影响因子；针对选定的所述悬架构型，选取所控车轮定位参数影响因子高而对其他特定参数影响小的悬架硬点位置安装执行器；优化执行器空间安装位置和悬架硬点，降低所控车轮定位参数与其他参数的耦合程度，并提升执行器效能，直至满足初始悬架特性，建立初始主动车轮定位悬架模型；获取所述步骤一确定的理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性零场特性及可调裕度，将理想车轮定位的控制边界作为结构设计的约束边界，悬架K&C特性零场特性及可调裕度作为优化目标，对所述初始主动车轮定位悬架模型进行再优化，输出满足所述优化目标时的悬架K&C特性和车轮定位参数特性。
2.如权利要求1所述的基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法，其特征在于，所述步骤一中具体包含以下步骤：
设定初始悬架特性，建立整车级面向特性的仿真模型，建立车轮定位参数主动控制车辆模型，并设计车轮定位参数主动控制器。
3.如权利要求1所述的基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法，其特征在于，所述步骤一中具体包含以下步骤：
步骤a：建立操纵稳定性仿真工况，设计车辆操纵稳定性评价指标，对主动车轮定位悬架K&C特性进行优化，当满足所述车辆操纵稳定性评价指标时提取主动车轮定位悬架操纵稳定性边界；
步骤b：建立操控平顺性仿真工况，设计车辆操纵平顺性评价指标，对主动车轮定位悬架K&C特性进行优化，当满足所述车辆操纵平顺性评价指标时提取主动车轮定位悬架操纵平顺性边界；
步骤c：建立操控安全性仿真工况，设计车辆操纵安全性评价指标，对主动车轮定位悬架K&C特性进行优化，当满足所述车辆操纵安全性评价指标时提取主动车轮定位悬架操纵安全性边界。
4.如权利要求3所述的基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法，其特征在于，所述步骤一中具体包含以下步骤：
建立整车性能评估复合工况，针对待优化车辆性能设计评价指标，优化主动车轮定位悬架K&C特性，直至满足所述待优化车辆性能设计评价指标，结合步骤a至步骤c，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度。
5.如权利要求1所述的基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化方法，其特征在于，所述步骤一中具体包含以下步骤：
待得到所述主动车轮悬架结构优化设计模块后，引入悬架结构设计实际悬架K&C特性和车轮定位参数特性，验证实际悬架特性，判定优化结束条件。
6.一种存储介质，其特征在于，其包含用于执行如权利要求1-5中任一项所述的方法的一系列指令。
7.一种基于主动车轮定位的车辆动力学性能扩展优化装置，其特征在于，执行如权利要求1-5中任一项所述的方法，所述装置包含：
第一模块，其用于依据车辆动力学性能要求，优化主动车轮定位悬架的K&C特性，确定理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度，以得到主动车轮定位控制优化设计模块；
第二模块，其用于优化悬架硬点、衬套特性和主动车轮定位控制的执行器布置位置，优化主动车轮定位控制的执行器结构参数和匹配，以得到主动车轮悬架结构优化设计模块；
第三模块，其用于基于所述主动车轮定位控制优化设计模块以及所述主动车轮悬架结构优化设计模块，建立车辆动力学控制与悬架结构设计协同优化构架；
所述第二模块执行以下步骤：结合所述第一模块确定的理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性的零场特性及可调裕度选定悬架构型；通过灵敏度分析方法获取悬架硬点空间位置对车轮定位参数的影响因子；针对选定的所述悬架构型，选取所控车轮定位参数影响因子高而对其他特定参数影响小的悬架硬点位置安装执行器；优化执行器空间安装位置和悬架硬点，降低所控车轮定位参数与其他参数的耦合程度，并提升执行器效能，直至满足初始悬架特性，建立初始主动车轮定位悬架模型；获取所述第一模块确定的理想车轮定位的控制边界和悬架K&C特性零场特性及可调裕度，将理想车轮定位的控制边界作为结构设计的约束边界，悬架K&C特性零场特性及可调裕度作为优化目标，对所述初始主动车轮定位悬架模型进行再优化，输出满足所述优化目标时的悬架K&C特性和车轮定位参数特性。
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