[发明专利]一种基于粒子群算法的车辆动力学平衡点求解方法

说明书

本发明公开了一种基于粒子群算法的车辆动力学平衡点求解方法，建立车辆三自由度平面运动微分方程；基于相空间的方法求解车辆三自由度平面运动微分方程，得到三自由度车辆动力学仿真模型的相空间轨迹线图；分析三自由度车辆动力学仿真模型的相空间轨迹线图确定平衡点的解空间；初始化粒子群优化算法的参数；构建粒子群优化算法的适应度函数；基于粒子群算法，在平衡点的解空间内求解得到系统平衡点。本发明利用粒子群算法在全局解空间范围内搜索符合目标函数的平衡点，解决了传统的数值优化算法无法快速、准确的找到系统真正的平衡点问题。

技术领域

本发明涉及车辆非线性动力学分析领域，具体是一种基于粒子群算法的车辆动力学平衡点求解方法。

背景技术

为了便于掌握汽车操纵稳定性的基本特征，经典操纵稳定性理论建立了包括侧向运动和横摆运动的二自由度车辆模型。其分析前提是不考虑车辆的纵向运动(车速恒定)，并假设轮胎只在线性区域工作(小侧偏角)，即轮胎侧向力与轮胎侧偏角只是简单的线性关系。这对于分析车辆在低速或高速小转角转向带来极大便利，但是没有考虑当车辆处在高速、紧急转向的过程中，车辆转向盘转角会很大的实际情况。首先，轮胎的侧偏角不再处于线性区域内，轮胎的侧向力与侧偏角会呈现出强烈的非线性特征，轮胎处在饱和状态，车辆非常容易失稳；其次，车辆的纵向运动与侧向运动和橫摆运动之间会产生耦合反应，在车辆纵向速度急速变化的同时，侧向速度和橫摆角速度也会快速变化，这更是加快了车辆系统的失稳。基于上述原因，为了对车辆进行准确的稳定性分析，就必须考虑包括纵向速度在内的汽车三自由度(纵向、横摆和侧向运动)平面运动微分方程，根据非线性动力学分析方法对车辆稳定性进行更加准确的研究。

系统平衡点及其周围的动力学特性可以判断非线性系统的稳定性，所以求解平衡点在非线性动力学分析中的地位就非常重要。而使用传统的数值优化算法在求解非线性系统平衡点的过程中需要不同形式的辅助信息(可微、连续等)，且存在求解结果强烈依赖于初始值和容易陷入局部最优解等缺点，导致无法获得真正的系统平衡点。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提出了一种基于粒子群算法的车辆动力学平衡点求解方法，该方法基于对车辆系统动力学的相空间分析，在获得平衡点存在的解空间之后，利用粒子群算法在全局解空间范围内搜索符合目标函数的平衡点，解决了传统的数值优化算法无法快速、准确的找到系统真正的平衡点问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于粒子群算法的车辆动力学平衡点求解方法，包括以下步骤：

步骤1，建立车辆三自由度平面运动微分方程；

步骤2，基于相空间的方法求解车辆三自由度平面运动微分方程，得到三自由度车辆动力学仿真模型的相空间轨迹线图；

步骤3，分析三自由度车辆动力学仿真模型的相空间轨迹线图确定平衡点的解空间；

步骤4，初始化粒子群优化算法的参数；

步骤5，构建粒子群优化算法的适应度函数；

步骤6，基于粒子群算法，在平衡点的解空间内求解得到系统平衡点。

进一步，确定平衡点的解空间的方法为：将得到的相空间轨迹线图投影到v_y_ω平面，根据v_y_ω平面图上轨迹线的走向确定平衡点所在位置；进而确定平衡点在相空间上的解空间。

进一步，所述平衡点包括稳定平衡点和不稳定平衡点；

进一步，所述粒子群优化算法表示为：