本發(fā)明涉及，尤其涉及一種基于細(xì)胞膜優(yōu)化算法的汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同時(shí)采用液壓助力和電動(dòng)助力為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力，既保留了液壓系統(tǒng)的優(yōu)良路感，又具有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向能耗較低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，兩套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)合也彌補(bǔ)了兩者助力范圍較小這一缺點(diǎn)，因此，在節(jié)能環(huán)保與駕駛感受的雙重要求下，汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將是未來客車、貨車的理想助力選擇。

但是，一方面，電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究正處于起步階段，轉(zhuǎn)向路感與轉(zhuǎn)向靈敏度的矛盾更多依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)來緩解，另一方面，復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的節(jié)能潛力仍有較大的挖掘空間，因此，需要對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜合性能的提高，因?yàn)閮?yōu)化涉及多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)鍵參數(shù)互有交叉，因此需要應(yīng)用多目標(biāo)優(yōu)化方法對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)有的多目標(biāo)優(yōu)化算法包括nsga-ii，多島遺傳算法等，在多目標(biāo)優(yōu)化領(lǐng)域得到很多應(yīng)用，如今，仿生智能算法隨著仿生學(xué)原理的研究，在優(yōu)化算法方面也取得很大突破，蛙跳算法，蟻群算法等為仿生算法在優(yōu)化領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，細(xì)胞膜優(yōu)化算法屬于仿生智能算法的一種，通過研究物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞膜的過程，將物質(zhì)通過細(xì)胞膜的特性應(yīng)用到優(yōu)化算法對(duì)優(yōu)化結(jié)果的篩選上，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化過程中的尋優(yōu)。但是現(xiàn)有的細(xì)胞膜優(yōu)化算法存在著收斂較慢，在前期容易陷入局部最優(yōu)解的缺點(diǎn)，在后期，隨著向最優(yōu)解的逼近，優(yōu)化效率降低。

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，提供一種基于細(xì)胞膜優(yōu)化算法的汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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：

基于細(xì)胞膜優(yōu)化算法的汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，所述汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包含控制模塊、機(jī)械傳動(dòng)模塊、電動(dòng)助力模塊以及電控液壓助力模塊；

所示機(jī)械傳動(dòng)模塊包含方向盤、轉(zhuǎn)向柱、循環(huán)球轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向橫拉桿、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、扭矩傳感器和車速傳感器；

所述轉(zhuǎn)向柱一端通過方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和所述方向盤固定相連，另一端和所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的一個(gè)輸入端相連；

所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器采用具有液壓功能的循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，其輸出端和所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的輸入端相連；

所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的兩個(gè)輸出端分別和汽車的兩個(gè)前輪相連；

所述扭矩傳感器在轉(zhuǎn)向柱上，用于獲取轉(zhuǎn)向管柱上的扭矩，并將其傳遞給所述控制模塊；

所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于獲得方向盤的轉(zhuǎn)角，并將其傳遞給所述控制模塊；

所述車速傳感器設(shè)置在汽車上，用于獲取汽車的車速，并將其傳遞給所述控制模塊；

所述電動(dòng)助力模塊包括弧形直線電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)，所述弧形直線電機(jī)的輸出端和所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的另一個(gè)輸入端通過所述減速機(jī)構(gòu)相連；

所述電控液壓助力模塊包含液壓罐、液壓泵、轉(zhuǎn)閥和液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

所述液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端和液壓泵的輸入端固定相連；

所述液壓泵的進(jìn)油端口和所述液壓罐的進(jìn)油管路相連、出油端口和所述轉(zhuǎn)閥的進(jìn)油口管道相連；

所述轉(zhuǎn)閥的出油口和所述液壓罐的回油管路相連、高壓出油口和所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的進(jìn)油口管道相連、低壓出油口和所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的出油口管道相連；

所述控制模塊分別與車速傳感器、扭矩傳感器、方向盤角位移傳感器、弧形直線電機(jī)、液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)電氣相連，用于根據(jù)接收到的車速信號(hào)、扭矩傳感器信號(hào)、方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)控制弧形直線電機(jī)、液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作；

所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器包含轉(zhuǎn)向搖臂、齒扇、轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母；

所述轉(zhuǎn)向螺桿一端和轉(zhuǎn)向柱的下端相連，轉(zhuǎn)向螺桿上的螺紋和所述轉(zhuǎn)向螺母上的螺紋嚙處設(shè)有循環(huán)的鋼珠鏈；

所述轉(zhuǎn)向螺母外側(cè)的齒輪與齒扇嚙合；

所述齒扇的軸心和轉(zhuǎn)向搖臂的一端相連，所述轉(zhuǎn)向搖臂的另一端和所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的輸入端相連；

所述多目標(biāo)優(yōu)化方法包含以下步驟：

步驟1)，建立電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、整車動(dòng)力學(xué)模型以及能耗模型，其中，所述電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型包括轉(zhuǎn)向盤模型、輸入輸出軸模型、液壓泵模型、循環(huán)球模型、電機(jī)模型、輪胎模型；

步驟2)，將汽車電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度以及轉(zhuǎn)向能耗作為電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度、轉(zhuǎn)向能耗這三個(gè)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化公式；

步驟3)，以轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度、轉(zhuǎn)向能耗作為優(yōu)化目標(biāo)，以轉(zhuǎn)向助力大小范圍和轉(zhuǎn)向靈敏度作為約束條件，以路面信息有效頻率范圍的頻域能量平均值作為轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度的優(yōu)化評(píng)價(jià)函數(shù)；

步驟4)，根據(jù)doe實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，將轉(zhuǎn)向螺桿中心距ra、齒扇節(jié)圓半徑rp、轉(zhuǎn)向柱剛度ks、弧形直線電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jm2、液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jm1、轉(zhuǎn)向螺母的有效面積ap、齒扇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jcs、液壓泵定子厚度b作為復(fù)合電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變量；

步驟5)，借助isight優(yōu)化軟件，采用改進(jìn)的細(xì)胞膜優(yōu)化算法對(duì)復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果得出最優(yōu)pareto解集，并選取最優(yōu)妥協(xié)解；

所述改進(jìn)的細(xì)胞膜優(yōu)化算法的具體步驟如下：

步驟a)，物質(zhì)類型劃分

根據(jù)函數(shù)適應(yīng)度水平，先將物質(zhì)進(jìn)行排序，取前ps比例的物質(zhì)為脂溶性物質(zhì)，排在后面的認(rèn)為是非脂溶性物質(zhì)；再將非脂溶性物質(zhì)根據(jù)物質(zhì)濃度高低劃分為兩類：高濃度非脂溶性物質(zhì)和低濃度非脂溶性物質(zhì)；

對(duì)于某物質(zhì)y，它所處的濃度定義為其鄰域范圍內(nèi)所包含的物質(zhì)數(shù)占總物質(zhì)數(shù)的百分比：

其中，con為該物質(zhì)周圍濃度，m為總物質(zhì)的數(shù)量，n表示xi中到y(tǒng)的距離小于r×(u-l)，其中，r為計(jì)算物質(zhì)濃度采用的半徑系數(shù)，u為解空間的上界值，l為解空間的下界值；

所有濃度的平均值meancon為：

若某非脂溶性物質(zhì)所處的濃度大于meancon，那么將該物質(zhì)劃分為高濃度非脂溶性物質(zhì)，否則將其劃分為低濃度非脂溶性物質(zhì)；

步驟b),脂溶性物質(zhì)擴(kuò)散

對(duì)于每個(gè)脂溶性物質(zhì)在以該物質(zhì)為中心、r^a為半徑的搜索區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)生成新的一個(gè)物質(zhì)并對(duì)超出搜索范圍的部分進(jìn)行修正；

若新物質(zhì)的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于則用替換

接著搜索半徑向量進(jìn)行收縮rnew^a＝r^a×u；

開始時(shí)搜索半徑向量r^a計(jì)算方法為：

其中，t為進(jìn)化設(shè)置最大代數(shù)，t為優(yōu)化當(dāng)前代數(shù),t的初始值為0；當(dāng)t較小時(shí)，s(t)≈1，搜索半徑相對(duì)較大，當(dāng)t較大時(shí)，s(t)≈0，搜索半徑相對(duì)較小，加快搜索速度；

搜索范圍的修正方法為：對(duì)于任意k，若則令若則令其中，uk為解空間的第k維上界值，lk解空間的第k維下界值；

步驟c)，高濃度非脂溶性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)

令每個(gè)高濃度非脂溶性物質(zhì)存在載體的概率為p1，若rand[0,1]≤p1，則該物質(zhì)可以協(xié)助擴(kuò)散，從高濃度側(cè)運(yùn)動(dòng)到低濃度側(cè)，并令新位置為局部搜索中心否則令原位為局部搜索中心；

接著，該物質(zhì)會(huì)進(jìn)行k次的局部搜索運(yùn)動(dòng)，在此之前，需要初始化搜索半徑向量

搜索后，記錄k個(gè)物質(zhì)中的最優(yōu)物質(zhì)若則代替否則替換

步驟d)，低濃度非脂溶性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)

令每個(gè)低濃度非脂溶性物質(zhì)存在載體的概率為p2；

令低濃度非脂溶性物質(zhì)的能量均處于[0,1]內(nèi)，且按線性分布；

首先計(jì)算每個(gè)低濃度非脂溶性物質(zhì)的函數(shù)值再將這些函數(shù)值進(jìn)行從小到大排序；

函數(shù)值最小的物質(zhì)其能量eⁱ為emin，函數(shù)值最大的物質(zhì)其能量eⁱ為emax，其他物質(zhì)的能量eⁱ介于emin與emax之間，并按照排序的順序線性計(jì)算，其中，emin與emax為[0,1]內(nèi)的常數(shù)，在這里emin取為0，emax取為1；

如果某物質(zhì)存在載體和足夠的能量，那么它可以進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸，從低濃度側(cè)到高濃度側(cè)，并令新位置為局部搜索中心否則令原位為局部搜索中心；

低濃度非脂溶性物質(zhì)主動(dòng)運(yùn)輸后的新位置

接著，初始化搜索半徑

然后，在以為中心和以r^c為半徑的搜索區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)運(yùn)動(dòng)k次，并對(duì)它們的范圍進(jìn)行修正；

記錄k個(gè)物質(zhì)中的最優(yōu)物質(zhì)

若則代替否則替換

步驟e)，更新物質(zhì)

將脂溶性物質(zhì)、高濃度非脂溶性物質(zhì)和低濃度非脂溶性物質(zhì)組成的新物質(zhì)群替換舊物質(zhì)群xⁱ(i＝1，…，m)。

步驟f)，判斷優(yōu)化是否終止

若t<t，則對(duì)t進(jìn)行加1操作，并修正搜索半徑r^a、r^b、r^c，返回步驟a)并進(jìn)入迭代，若t＝t，則對(duì)解集進(jìn)行排序，形成pareto解集，給出優(yōu)化解，優(yōu)化結(jié)束。

作為本發(fā)明基于細(xì)胞膜優(yōu)化算法的汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟2)中所述轉(zhuǎn)向路感的量化公式為：

式中，ra為循環(huán)球轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)向螺桿中心距，rp為循環(huán)球轉(zhuǎn)向器中齒扇節(jié)圓半徑，ks為轉(zhuǎn)向柱剛度；th(s)是轉(zhuǎn)向盤輸入轉(zhuǎn)矩，tr(s)是轉(zhuǎn)向柱輸出軸的阻力轉(zhuǎn)矩，s是laplace算子；

θr是轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)角，je是減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向螺桿的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，jm2為弧形直線電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，n2為車輪轉(zhuǎn)角與循環(huán)球轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)角之比，ne2為轉(zhuǎn)向螺桿角度與弧形直線電機(jī)轉(zhuǎn)角之比，jm1為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ne1為螺桿角度與液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)角之比，ra為螺桿力的中心距，ap為轉(zhuǎn)向螺母的有效面積，q為液壓泵排量，bm2為弧形直線電機(jī)的等效粘性阻尼系數(shù)，bm1為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的等效粘性阻尼系數(shù)，ρ為液壓油密度，n為轉(zhuǎn)閥閥口數(shù)，p為轉(zhuǎn)向螺桿螺距，cq為流量系數(shù)，a1為轉(zhuǎn)閥閥口間隙的油流量面積，ka為弧形直線電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，k為弧形直線電機(jī)助力系數(shù)，nm2為弧形直線電機(jī)傳動(dòng)比，nm1為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)比，mlm為轉(zhuǎn)向螺母等效質(zhì)量，jcs為齒扇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，b為液壓泵定子厚度，r2為液壓泵定子長軸半徑，r1為液壓泵定子短軸半徑，z為液壓泵葉片數(shù)，t為液壓泵葉片厚度；blm、bcs分別為轉(zhuǎn)向螺母、齒扇的粘性系數(shù)，θcs為齒扇轉(zhuǎn)角，tcs為齒扇轉(zhuǎn)矩，tp為轉(zhuǎn)向阻力矩在搖臂軸上的等效力矩。

作為本發(fā)明基于細(xì)胞膜優(yōu)化算法的汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟2)中所述轉(zhuǎn)向靈敏度量化公式為：

式中：

q6＝b4x2

q5＝b4y2+b3x2

q4＝b4z2+b3y2+b2x2

其中，

a2＝-ixzlβyδ+ixzlδyβ-ixnβyδ+ixnδyβ+mulpnδ+mshlβnδ-mshlδnβ

a1＝lpnβyδ-lpnδyβ-mulδnφ+mulφnδ+mshunδyφ-mshunφyδ

a0＝-lβnφyδ+lβnδyφ-lδnβyφ+lδnφyβ+lφnβyδ-lφnδyβ

b1＝izlβyφ-izlφyβ+ixznβyφ-ixznφyβ-lpnβyr+lpnryβ

+mulpnβ-mulφnr+mulrnφ+mshunφyr-mshunryφ

b0＝lβnφyr-lβnryφ-lφnβyr+lφnryβ+lrnβyφ-lrnφyβ

-mulβnφ+mulφnβ+mshunβyφ-mshunφyβ

f3＝i²xzyδ-ixizyδ-mshizlδ-mshixznδ

f1＝-izlδyφ+izlφyδ-ixznδyφ+ixznφyδ+lpnδyr-lpnryδ-mulpnδ

f0＝-lδnφyr+lδnryφ+lφnδyr-lφnryδ-lrnδyφ+lrnφyδ

+mulδnφ-mulφnδ+mshunφyδ-mshunδyφ

nβ＝-a(k1+k2)+b(k3+k4)

nφ＝-ae1(k1+k2)+be2(k3+k4)

nδ＝a(k1+k2)；

yβ＝-(k1+k2+k3+k4)

yφ＝-(k1+k2)e1-(k3+k4)e2

yδ＝k1+k2；

lβ＝-(k1+k2+k3+k4)h

lθ＝-[(c21-c22)a+(c23-c24)b]d

lδ＝(k1+k2)h

lp＝-(d21+d22+d23+d24)d²

le＝-[(d21-d22)a+(d23-d24)b]d

θh(s)為經(jīng)拉普拉斯變換后的方向盤轉(zhuǎn)角，ωr(s)為經(jīng)拉普拉斯變換后的橫擺角速度，n為輸出軸到前輪的傳動(dòng)比，a為汽車質(zhì)心到前軸距離，u為汽車車速，d為車輛1/2輪距，e1為側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)，k1、k2分別為汽車左前輪和右前輪的側(cè)偏剛度；h為汽車的側(cè)傾力臂；m為汽車的整車質(zhì)量；ms為汽車的簧載質(zhì)量；ix為汽車的懸掛質(zhì)量對(duì)x軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；iy為汽車的懸掛質(zhì)量對(duì)y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；iz為汽車的懸掛質(zhì)量對(duì)z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ixz為汽車的懸掛質(zhì)量對(duì)x，z軸的慣性積；e1為汽車的前側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)；e2為汽車的后側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)；ca1為汽車的前懸架橫向穩(wěn)定桿角剛度；ca2為汽車的后懸架橫向穩(wěn)定桿角剛度；c21、c22分別為汽車的左前懸架剛度和右前懸架剛度；c23、c24分別為汽車的左后懸架剛度和右后懸架剛度；d21、d22分別為汽車的左前懸架阻尼系數(shù)和右前懸架阻尼系數(shù)；d23、d24分別為汽車的左后懸架阻尼系數(shù)和右后懸架阻尼系數(shù)。

作為本發(fā)明基于細(xì)胞膜優(yōu)化算法的汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟2)中所述轉(zhuǎn)向能耗的量化公式為：

式中，eloss為系統(tǒng)總能耗功率，pecu-loss為ecu消耗功率，pm1-loss液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)損耗功率，pm2-loss為弧形直線電機(jī)損耗功率，pv-loss轉(zhuǎn)閥損耗功率，pp-loss為液壓泵損耗功率，ua為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作有效電壓，ia為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流，us為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源電壓，relec為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)非電樞電流上的電阻，qs為液壓泵流量，pe為弧形直線電機(jī)的功率。

作為本發(fā)明基于細(xì)胞膜優(yōu)化算法的汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟3)中所述路面信息有效頻率范圍為0到40hz；

路感的評(píng)價(jià)函數(shù)為：

靈敏度的評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

復(fù)合電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)為：

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.本發(fā)明提出的電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，以提升轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜合性能為目標(biāo)，通過提高轉(zhuǎn)向路感以提升駕駛員駕駛感受，在一定范圍內(nèi)優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)靈敏度以提高轉(zhuǎn)向安全性，同時(shí)，降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能量損耗以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，尤其是新型復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)，提供方法、理論指導(dǎo)。

2.本發(fā)明提出的改進(jìn)的細(xì)胞膜優(yōu)化算法，將算法的尋優(yōu)范圍與優(yōu)化代數(shù)相結(jié)合，在優(yōu)化代數(shù)較小時(shí)，搜索范圍較大，有利于找到更優(yōu)的下一代個(gè)體，在優(yōu)化代數(shù)較大時(shí)，搜索范圍縮小，有利于提高搜索效率，提高算法的收斂能力，相比于普通的細(xì)胞膜優(yōu)化算法，其算法的尋優(yōu)能力得到顯著提升。

附圖說明

圖1為電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化方法流程圖；

圖2為改進(jìn)的細(xì)胞膜優(yōu)化算法流程圖。

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)說明：

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于細(xì)胞膜優(yōu)化算法的汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法，所述汽車復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包含控制模塊、機(jī)械傳動(dòng)模塊、電動(dòng)助力模塊以及電控液壓助力模塊；

所示機(jī)械傳動(dòng)模塊包含方向盤、轉(zhuǎn)向柱、循環(huán)球轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向橫拉桿、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、扭矩傳感器和車速傳感器；

所述轉(zhuǎn)向柱一端通過方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和所述方向盤固定相連，另一端和所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的一個(gè)輸入端相連；

所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器采用具有液壓功能的循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，其輸出端和所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的輸入端相連；

所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的兩個(gè)輸出端分別和汽車的兩個(gè)前輪相連；

所述扭矩傳感器在轉(zhuǎn)向柱上，用于獲取轉(zhuǎn)向管柱上的扭矩，并將其傳遞給所述控制模塊；

所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于獲得方向盤的轉(zhuǎn)角，并將其傳遞給所述控制模塊；

所述車速傳感器設(shè)置在汽車上，用于獲取汽車的車速，并將其傳遞給所述控制模塊；

所述電動(dòng)助力模塊包括弧形直線電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)，所述弧形直線電機(jī)的輸出端和所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的另一個(gè)輸入端通過所述減速機(jī)構(gòu)相連；

所述電控液壓助力模塊包含液壓罐、液壓泵、轉(zhuǎn)閥和液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

所述液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端和液壓泵的輸入端固定相連；

所述液壓泵的進(jìn)油端口和所述液壓罐的進(jìn)油管路相連、出油端口和所述轉(zhuǎn)閥的進(jìn)油口管道相連；

所述轉(zhuǎn)閥的出油口和所述液壓罐的回油管路相連、高壓出油口和所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的進(jìn)油口管道相連、低壓出油口和所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的出油口管道相連；

所述控制模塊分別與車速傳感器、扭矩傳感器、方向盤角位移傳感器、弧形直線電機(jī)、液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)電氣相連，用于根據(jù)接收到的車速信號(hào)、扭矩傳感器信號(hào)、方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)控制弧形直線電機(jī)、液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作；

所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器包含轉(zhuǎn)向搖臂、齒扇、轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母；

所述轉(zhuǎn)向螺桿一端和轉(zhuǎn)向柱的下端相連，轉(zhuǎn)向螺桿上的螺紋和所述轉(zhuǎn)向螺母上的螺紋嚙處設(shè)有循環(huán)的鋼珠鏈；

所述轉(zhuǎn)向螺母外側(cè)的齒輪與齒扇嚙合；

所述齒扇的軸心和轉(zhuǎn)向搖臂的一端相連，所述轉(zhuǎn)向搖臂的另一端和所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的輸入端相連；

其特征在于，所述多目標(biāo)優(yōu)化方法包含以下步驟：

步驟1)，建立電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、整車動(dòng)力學(xué)模型以及能耗模型，其中，所述電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型包括轉(zhuǎn)向盤模型、輸入輸出軸模型、液壓泵模型、循環(huán)球模型、電機(jī)模型、輪胎模型；

步驟2)，將汽車電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度以及轉(zhuǎn)向能耗作為電控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度、轉(zhuǎn)向能耗這三個(gè)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化公式；

步驟3)，以轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度、轉(zhuǎn)向能耗作為優(yōu)化目標(biāo)，以轉(zhuǎn)向助力大小范圍和轉(zhuǎn)向靈敏度作為約束條件，以路面信息有效頻率范圍的頻域能量平均值作為轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度的優(yōu)化評(píng)價(jià)函數(shù)；

步驟4)，根據(jù)doe實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，將轉(zhuǎn)向螺桿中心距ra、齒扇節(jié)圓半徑rp、轉(zhuǎn)向柱剛度ks、弧形直線電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jm2、液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jm1、轉(zhuǎn)向螺母的有效面積ap、齒扇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jcs、液壓泵定子厚度b作為復(fù)合電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變量；

步驟5)，借助isight優(yōu)化軟件，采用改進(jìn)的細(xì)胞膜優(yōu)化算法對(duì)復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果得出最優(yōu)pareto解集，并選取最優(yōu)妥協(xié)解；

所述改進(jìn)的細(xì)胞膜優(yōu)化算法的具體步驟如下：

步驟a)，物質(zhì)類型劃分

根據(jù)函數(shù)適應(yīng)度水平，先將物質(zhì)進(jìn)行排序，取前ps比例的物質(zhì)為脂溶性物質(zhì)，排在后面的認(rèn)為是非脂溶性物質(zhì)；再將非脂溶性物質(zhì)根據(jù)物質(zhì)濃度高低劃分為兩類：高濃度非脂溶性物質(zhì)和低濃度非脂溶性物質(zhì)；

對(duì)于某物質(zhì)y，它所處的濃度定義為其鄰域范圍內(nèi)所包含的物質(zhì)數(shù)占總物質(zhì)數(shù)的百分比：

其中，con為該物質(zhì)周圍濃度，m為總物質(zhì)的數(shù)量，n表示xi中到y(tǒng)的距離小于r×(u-l)，其中，r為計(jì)算物質(zhì)濃度采用的半徑系數(shù)，u為解空間的上界值，l為解空間的下界值；

所有濃度的平均值meancon為：

若某非脂溶性物質(zhì)所處的濃度大于meancon，那么將該物質(zhì)劃分為高濃度非脂溶性物質(zhì)，否則將其劃分為低濃度非脂溶性物質(zhì)；

步驟b),脂溶性物質(zhì)擴(kuò)散

對(duì)于每個(gè)脂溶性物質(zhì)在以該物質(zhì)為中心、r^a為半徑的搜索區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)生成新的一個(gè)物質(zhì)并對(duì)超出搜索范圍的部分進(jìn)行修正；

若新物質(zhì)的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于則用替換

接著搜索半徑向量進(jìn)行收縮rnew^a＝r^a×u；

開始時(shí)搜索半徑向量r^a計(jì)算方法為：

其中，t為進(jìn)化設(shè)置最大代數(shù)，t為優(yōu)化當(dāng)前代數(shù),t的初始值為0；當(dāng)t較小時(shí)，s(t)≈1，搜索半徑相對(duì)較大，當(dāng)t較大時(shí)，s(t)≈0，搜索半徑相對(duì)較小，加快搜索速度；

搜索范圍的修正方法為：對(duì)于任意k，若則令若則令其中，uk為解空間的第k維上界值，lk解空間的第k維下界值；

步驟c)，高濃度非脂溶性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)

令每個(gè)高濃度非脂溶性物質(zhì)存在載體的概率為p1，若rand[0,1]≤p1，則該物質(zhì)可以協(xié)助擴(kuò)散，從高濃度側(cè)運(yùn)動(dòng)到低濃度側(cè)，并令新位置為局部搜索中心否則令原位為局部搜索中心；

接著，該物質(zhì)會(huì)進(jìn)行k次的局部搜索運(yùn)動(dòng)，在此之前，需要初始化搜索半徑向量

搜索后，記錄k個(gè)物質(zhì)中的最優(yōu)物質(zhì)若則代替否則替換

步驟d)，低濃度非脂溶性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)

令每個(gè)低濃度非脂溶性物質(zhì)存在載體的概率為p2；

令低濃度非脂溶性物質(zhì)的能量均處于[0,1]內(nèi)，且按線性分布；

首先計(jì)算每個(gè)低濃度非脂溶性物質(zhì)的函數(shù)值再將這些函數(shù)值進(jìn)行從小到大排序；

函數(shù)值最小的物質(zhì)其能量eⁱ為emin，函數(shù)值最大的物質(zhì)其能量eⁱ為emax，其他物質(zhì)的能量eⁱ介于emin與emax之間，并按照排序的順序線性計(jì)算，其中，emin與emax為[0,1]內(nèi)的常數(shù)，在這里emin取為0，emax取為1；

如果某物質(zhì)存在載體和足夠的能量，那么它可以進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸，從低濃度側(cè)到高濃度側(cè)，并令新位置為局部搜索中心否則令原位為局部搜索中心；

低濃度非脂溶性物質(zhì)主動(dòng)運(yùn)輸后的新位置

接著，初始化搜索半徑

然后，在以為中心和以r^c為半徑的搜索區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)運(yùn)動(dòng)k次，并對(duì)它們的范圍進(jìn)行修正；

記錄k個(gè)物質(zhì)中的最優(yōu)物質(zhì)

若則代替否則替換

步驟e)，更新物質(zhì)

將脂溶性物質(zhì)、高濃度非脂溶性物質(zhì)和低濃度非脂溶性物質(zhì)組成的新物質(zhì)群替換舊物質(zhì)群xⁱ(i＝1，…，m)。

步驟f)，判斷優(yōu)化是否終止

若t<t，則對(duì)t進(jìn)行加1操作，并修正搜索半徑r^a、r^b、r^c，返回步驟a)并進(jìn)入迭代，若t＝t，則對(duì)解集進(jìn)行排序，形成pareto解集，給出優(yōu)化解，優(yōu)化結(jié)束。

步驟2)中所述轉(zhuǎn)向路感的量化公式為：

式中，ra為循環(huán)球轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)向螺桿中心距，rp為循環(huán)球轉(zhuǎn)向器中齒扇節(jié)圓半徑，ks為轉(zhuǎn)向柱剛度；th(s)是轉(zhuǎn)向盤輸入轉(zhuǎn)矩，tr(s)是轉(zhuǎn)向柱輸出軸的阻力轉(zhuǎn)矩，s是laplace算子；

θr是轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)角，je是減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向螺桿的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，jm2為弧形直線電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，n2為車輪轉(zhuǎn)角與循環(huán)球轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)角之比，ne2為轉(zhuǎn)向螺桿角度與弧形直線電機(jī)轉(zhuǎn)角之比，jm1為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ne1為螺桿角度與液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)角之比，ra為螺桿力的中心距，ap為轉(zhuǎn)向螺母的有效面積，q為液壓泵排量，bm2為弧形直線電機(jī)的等效粘性阻尼系數(shù)，bm1為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的等效粘性阻尼系數(shù)，ρ為液壓油密度，n為轉(zhuǎn)閥閥口數(shù)，p為轉(zhuǎn)向螺桿螺距，cq為流量系數(shù)，a1為轉(zhuǎn)閥閥口間隙的油流量面積，ka為弧形直線電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，k為弧形直線電機(jī)助力系數(shù)，nm2為弧形直線電機(jī)傳動(dòng)比，nm1為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)比，mlm為轉(zhuǎn)向螺母等效質(zhì)量，jcs為齒扇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，b為液壓泵定子厚度，r2為液壓泵定子長軸半徑，r1為液壓泵定子短軸半徑，z為液壓泵葉片數(shù)，t為液壓泵葉片厚度；blm、bcs分別為轉(zhuǎn)向螺母、齒扇的粘性系數(shù)，θcs為齒扇轉(zhuǎn)角，tcs為齒扇轉(zhuǎn)矩，tp為轉(zhuǎn)向阻力矩在搖臂軸上的等效力矩。

所述轉(zhuǎn)向靈敏度量化公式為：

式中：

q6＝b4x2

q5＝b4y2+b3x2

q4＝b4z2+b3y2+b2x2

其中，

a2＝-ixzlβyδ+ixzlδyβ-ixnβyδ+ixnδyβ+mulpnδ+mshlβnδ-mshlδnβ

a1＝lpnβyδ-lpnδyβ-mulδnφ+mulφnδ+mshunδyφ-mshunφyδ

a0＝-lβnφyδ+lβnδyφ-lδnβyφ+lδnφyβ+lφnβyδ-lφnδyβ

b1＝izlβyφ-izlφyβ+ixznβyφ-ixznφyβ-lpnβyr+lpnryβ

+mulpnβ-mulφnr+mulrnφ+mshunφyr-mshunryφ

b0＝lβnφyr-lβnryφ-lφnβyr+lφnryβ+lrnβyφ-lrnφyβ

-mulβnφ+mulφnβ+mshunβyφ-mshunφyβ

f3＝i²xzyδ-ixizyδ-mshizlδ-mshixznδ

f1＝-izlδyφ+izlφyδ-ixznδyφ+ixznφyδ+lpnδyr-lpnryδ-mulpnδ

f0＝-lδnφyr+lδnryφ+lφnδyr-lφnryδ-lrnδyφ+lrnφyδ

+mulδnφ-mulφnδ+mshunφyδ-mshunδyφ

nβ＝-a(k1+k2)+b(k3+k4)

nφ＝-ae1(k1+k2)+be2(k3+k4)

nδ＝a(k1+k2)；

yβ＝-(k1+k2+k3+k4)

yφ＝-(k1+k2)e1-(k3+k4)e2

yδ＝k1+k2；

lβ＝-(k1+k2+k3+k4)h

lθ＝-[(c21-c22)a+(c23-c24)b]d

lδ＝(k1+k2)h

lp＝-(d21+d22+d23+d24)d²

le＝-[(d21-d22)a+(d23-d24)b]d

θh(s)為經(jīng)拉普拉斯變換后的方向盤轉(zhuǎn)角，ωr(s)為經(jīng)拉普拉斯變換后的橫擺角速度，n為輸出軸到前輪的傳動(dòng)比，a為汽車質(zhì)心到前軸距離，u為汽車車速，d為車輛1/2輪距，e1為側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)，k1、k2分別為汽車左前輪和右前輪的側(cè)偏剛度；h為汽車的側(cè)傾力臂；m為汽車的整車質(zhì)量；ms為汽車的簧載質(zhì)量；ix為汽車的懸掛質(zhì)量對(duì)x軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；iy為汽車的懸掛質(zhì)量對(duì)y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；iz為汽車的懸掛質(zhì)量對(duì)z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ixz為汽車的懸掛質(zhì)量對(duì)x，z軸的慣性積；e1為汽車的前側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)；e2為汽車的后側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)；ca1為汽車的前懸架橫向穩(wěn)定桿角剛度；ca2為汽車的后懸架橫向穩(wěn)定桿角剛度；c21、c22分別為汽車的左前懸架剛度和右前懸架剛度；c23、c24分別為汽車的左后懸架剛度和右后懸架剛度；d21、d22分別為汽車的左前懸架阻尼系數(shù)和右前懸架阻尼系數(shù)；d23、d24分別為汽車的左后懸架阻尼系數(shù)和右后懸架阻尼系數(shù)。

所述轉(zhuǎn)向能耗的量化公式為：

式中，eloss為系統(tǒng)總能耗功率，pecu-loss為ecu消耗功率，pm1-loss液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)損耗功率，pm2-loss為弧形直線電機(jī)損耗功率，pv-loss轉(zhuǎn)閥損耗功率，pp-loss為液壓泵損耗功率，ua為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作有效電壓，ia為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流，us為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源電壓，relec為液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)非電樞電流上的電阻，qs為液壓泵流量，pe為弧形直線電機(jī)的功率。

步驟3)中所述路面信息有效頻率范圍為0到40hz；

路感的評(píng)價(jià)函數(shù)為：

靈敏度的評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

復(fù)合電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)為：

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(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)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)語應(yīng)該被理解為具有與現(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)用理想化或過于正式的含義來解釋。

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)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(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)。