一種汽車電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽車液壓助力系統(tǒng)，特別是一種汽車電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代汽車大多數(shù)裝配助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以滿足人們不斷增長的對汽車操縱舒適性、輕便性的要求。傳統(tǒng)液壓助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由液壓栗、方向盤輸入軸、轉(zhuǎn)向控制閥、貯油罐、助力油缸等組成。采用發(fā)動機作為動力源，驅(qū)動液壓栗建立一定的壓力，再經(jīng)過轉(zhuǎn)向控制閥來調(diào)整流向助力油缸油液的壓力和流量，推動轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向。在車輛轉(zhuǎn)向過程中，轉(zhuǎn)向動作仍然由駕駛員完成，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油壓只對轉(zhuǎn)向起輔助增力作用，即利用油液的壓力幫助駕駛員完成轉(zhuǎn)向動作，使轉(zhuǎn)向輕便、省力。但是傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車輛行駛時不論車輛是否轉(zhuǎn)向，液壓油栗都在運轉(zhuǎn)，而且油栗轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成正比，能量消耗比較大；其次傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性不能隨車速的變化而按需調(diào)節(jié)，無法兼顧車輛低速時的轉(zhuǎn)向輕便性要求和高速時良好轉(zhuǎn)向路感要求。
[0003]為了克服傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于發(fā)動機驅(qū)動轉(zhuǎn)向油栗工作所帶來的不足，專利N0.5967253【美國】，電機驅(qū)動轉(zhuǎn)向油栗，通過控制電機來控制轉(zhuǎn)向助力。該專利使用了轉(zhuǎn)向負載傳感器、電機電流傳感器，根據(jù)轉(zhuǎn)向負載的大小來計算需要提供的助力大小，通過控制電機電流來提供足夠大的助力幫助駕駛員轉(zhuǎn)向。但它只是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，不考慮駕駛員的力輸入或角輸入，而且難以滿足車輛復(fù)雜轉(zhuǎn)向工況的要求。專利N0.7164978【美國】使用車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器，通過方向盤轉(zhuǎn)矩信號是否超過一預(yù)先設(shè)定的值，來判斷是否發(fā)生轉(zhuǎn)向，同時引入了駕駛員的輸入，駕駛員根據(jù)實際情況作出一定的反應(yīng)，控制系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的意圖控制電動機，這種控制策略構(gòu)成了一種閉環(huán)控制，相比以前的產(chǎn)品提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，但其手力波動相對較嚴(yán)重。專利W02007/028453【德國】為電機設(shè)置有一個確定的高功率級(C)和一個確定的低功率級(B)，以及一個附加功率級(A)，通過軟件對電機的運轉(zhuǎn)工況進行控制，尤其是調(diào)整轉(zhuǎn)速，選擇電機的功率級。如在某些行車狀況下并不需要液壓轉(zhuǎn)向助力，可以讓電機在所設(shè)的附加功率級(A級)中運行，此時，僅以極小的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而可以降低助力轉(zhuǎn)向裝置的平均能耗。200810019629.5【中國】提出了一種電機與轉(zhuǎn)向油栗是分體式的大客車電動液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制轉(zhuǎn)向的方法，控制器讀取車輛行駛速度信號、方向盤轉(zhuǎn)速信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和電動機電流信號，根據(jù)車輛行駛的工況(城區(qū)行駛工況、鄉(xiāng)村行駛工況、崎嶇道路行駛工況、高速公路行駛工況、駐車工況和停車工況)和不同轉(zhuǎn)向工況，對不同車速段，油栗輸出的油液流量隨方向盤轉(zhuǎn)速的變化分成兩段進行控制，但該方法中的車輛行駛的工況難以準(zhǔn)確判別。
[0004]上述專利都是從提高低速轉(zhuǎn)向輕便性和高速手感的角度出發(fā)，對電機進行分級控制，難以滿足目前人們對節(jié)能、操縱穩(wěn)定性及行駛安全性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)難題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在的缺點，提供一種汽車電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHP)的控制方法。在協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向輕便與轉(zhuǎn)向靈敏矛盾的前提下，減少能耗和提高汽車的操縱穩(wěn)定性，在滿足汽車低速轉(zhuǎn)向操縱輕便，高速轉(zhuǎn)向手感明顯、響應(yīng)快捷前提下，最大可能地節(jié)約能量。
[0006]由于轉(zhuǎn)向盤操縱力、轉(zhuǎn)向路感、EHPS系統(tǒng)的能量消耗與電機油栗子系統(tǒng)的能量供給方式緊密關(guān)聯(lián)，EHPS系統(tǒng)的能量供給控制必須保證在無轉(zhuǎn)向操作時，在保證車輛行駛安全性條件下，保持電機油栗子系統(tǒng)處于適當(dāng)?shù)牡却隣顟B(tài)，以節(jié)約能量；在轉(zhuǎn)向操作時，根據(jù)汽車實際行駛工況，實現(xiàn)低速時轉(zhuǎn)向操縱輕便，高速時轉(zhuǎn)向手感明顯、響應(yīng)快捷，并以能量消耗最低為目標(biāo)，提出不同行駛工況下全助力水平和無助力水平之間過渡模式以及確定電機油栗子系統(tǒng)等待狀態(tài)到不同助力水平之間的過渡過程的響應(yīng)時間和方式。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，依次包括如下步驟:
(1)、控制器采集車速信號和方向盤轉(zhuǎn)角速度信號，根據(jù)駕駛員所偏好的方向盤力矩與側(cè)向加速度和車速變化曲線、由車輛參數(shù)、EHPS系統(tǒng)參數(shù)所確定的助力特性曲線來確定油栗驅(qū)動電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值；
(2)、采用外速度控制環(huán)和內(nèi)電流控制環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制器對油栗驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速進行自適應(yīng)模糊PID控制；控制器將確定的電機目標(biāo)轉(zhuǎn)速值與測得的電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速進行比較，得到轉(zhuǎn)速誤差信號，經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，獲相應(yīng)的電流參考值；該電流參考值與檢測的實際電機相電流信號進行比較，誤差值經(jīng)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，控制器計算得到合適PWM信號，以控制電機各相位的電流導(dǎo)通及調(diào)節(jié)占空比，通過控制功率管的開閉順序和導(dǎo)通時間，改變電機定子繞組兩端平均電壓和繞組導(dǎo)通順序，從而實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速的控制。
[0008]上述步驟(1)中電機目標(biāo)轉(zhuǎn)速的確定采用曲線型助力特性曲線，該曲線的設(shè)計包括駕駛員所偏好的方向盤力矩的確定、車輛參數(shù)、EHPS系統(tǒng)參數(shù)所決定的最低能量消耗和車輛的操縱穩(wěn)定性的確定兩部分。
[0009]上述步驟(1)中，在車輛直線行駛時，油栗驅(qū)動電機等待工況的轉(zhuǎn)速按照根據(jù)滿足車輛的行駛安全性要求確定的最低轉(zhuǎn)速與車輛行駛車速的非線性關(guān)系變化。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具備的優(yōu)點是:控制器通過控制電機電流來控制電機的轉(zhuǎn)速，從而控制液壓栗的排量，以滿足轉(zhuǎn)向操縱輕便性、轉(zhuǎn)向手感、車輛的操縱穩(wěn)定性以及能量消耗低的要求?？刂破鞑杉囁傩盘柡头较虮P轉(zhuǎn)角速度信號，根據(jù)駕駛員所偏好的方向盤力矩與側(cè)向加速度和車速變化曲線(圖2)、由車輛參數(shù)、EHPS系統(tǒng)參數(shù)所確定的助力特性曲線(圖3)來確定電機目標(biāo)轉(zhuǎn)速值。通過建立轉(zhuǎn)速外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制器對油栗驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速進行自適應(yīng)模糊PID控制，通過控制油栗驅(qū)動電機目標(biāo)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對液壓栗的輸出流量進行控制，以滿足轉(zhuǎn)向特性、車輛的操縱穩(wěn)定性、節(jié)約能耗的要求。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明電機目標(biāo)轉(zhuǎn)速的確定與控制過程示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)向力矩隨側(cè)向加速度和車速變化的特性圖；
圖3是本發(fā)明電機轉(zhuǎn)速與車速、方向盤轉(zhuǎn)角速度變化的特性圖。
【具體實施方式】