專利名稱：重型運(yùn)輸車輛電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力扭矩確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最佳助力扭矩確定方法，更具體地說它涉及一種重型運(yùn)輸車輛電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動機(jī)最佳助力扭矩確定方法。

背景技術(shù)：
隨著汽車保有量地增加，能源、環(huán)保等問題逐漸成為汽車行業(yè)發(fā)展的主要障礙。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPSElectric Power Steering System)不同于傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPSHydraulic Power Steering System)和電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它不需要復(fù)雜的機(jī)械和液壓控制，具有節(jié)能、環(huán)保和改善汽車操縱性能等諸多優(yōu)點(diǎn)，受到許多學(xué)者的關(guān)注，成為現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞關(guān)鍵之一在于電動機(jī)的助力電流是否是理想的助力電流，在任何工況下都能夠保證良好的操縱手感。助力特性是指電動機(jī)助力隨汽車運(yùn)動狀況變化而相應(yīng)變化的特性。理想的助力特性應(yīng)該能充分協(xié)調(diào)好轉(zhuǎn)向輕便性與路感的關(guān)系，并且助力后的效果應(yīng)該與駕駛員手動轉(zhuǎn)向的感覺一致。在滿足轉(zhuǎn)向輕便性的條件下，如果助力特性在整個(gè)助力特性區(qū)域都不變化，那么就會造成在某些情況下駕駛員感覺來自路面的信息減少，會有車輛“發(fā)飄”的感覺。如果路感強(qiáng)度在整個(gè)助力特性區(qū)域都保持在很好的范圍之內(nèi)，那么駕駛員就會很容易地判定在此車況下轉(zhuǎn)向所需要的操縱力矩的大小。
現(xiàn)有的EPS系統(tǒng)最佳助力電流確定方法有多種，都是利用車輛速度V與駕駛員方向盤扭矩Td進(jìn)行計(jì)算的，可以表征為三種類型的曲線形式直線型助力特性曲線、折線型助力特性曲線和曲線型助力特性曲線。
直線型助力特性曲線如附圖1所示。其最佳助力電流可以用下列函數(shù)關(guān)系來表示。
式中，I為電動機(jī)的助力目標(biāo)電流；Imax為電動機(jī)的最大工作電流；Td為轉(zhuǎn)向盤輸入轉(zhuǎn)矩； K(V)為助力特性的梯度(助力系數(shù))，隨車速增加而減??；Td0為EPS系統(tǒng)開始助力的轉(zhuǎn)向盤輸入扭矩；Tdmax為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供最大助力時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。
折線型助力特性曲線如附圖2所示。該助力特性可以用下列函數(shù)關(guān)系來表示。
式中，K1(V)、K2(V)分別為助力特性曲線的梯度，隨著車速的增加而減小，在相同的速度區(qū)間隨著轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的增加而增加。
曲線型助力特性曲線如附圖3所示。該助力特性可以用下列函數(shù)關(guān)系來表示。
采用上述三種助力特性曲線的EPS系統(tǒng)中電動機(jī)的目標(biāo)電流是根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)向力矩所反映的地面轉(zhuǎn)向信息，結(jié)合車輛的行駛速度所在的區(qū)間段來進(jìn)行確定。在相同的速度區(qū)間段，不同車輛電動機(jī)的最大目標(biāo)電流固定不變、助力系數(shù)固定不變，這樣的助力策略對輕型車輛而言是能夠提供相對最佳的轉(zhuǎn)向助力。對重型運(yùn)輸車輛而言，空載和滿載駕駛員需要電動機(jī)提供的轉(zhuǎn)向助力是有很大差別的，重型運(yùn)輸車輛滿載行駛時(shí)即使速度較大也需要電動機(jī)的轉(zhuǎn)向助力。在車輛載荷發(fā)生很大變化情況下，上述三種電動機(jī)最佳電流確定方法不能改變電動機(jī)的助力系數(shù)K(V)來確定電動機(jī)的最佳助力電流，從而EPS在這種情況下就很難能提供理想的助力扭矩保證駕駛員轉(zhuǎn)向輕便和有良好的路感。


發(fā)明內(nèi)容
針對上述基于車輛速度V與駕駛員方向盤扭矩Td計(jì)算EPS最佳助力電流的方法在應(yīng)用到重型運(yùn)輸車輛上所帶來的一系列問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的助力電流計(jì)算方法，使EPS應(yīng)用在重型運(yùn)輸車輛上時(shí)能夠提供最佳的助力扭矩。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種重型運(yùn)輸車輛EPS系統(tǒng)電動機(jī)最佳電流確定方法。其具體步驟如下 1、確定起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩 為了保護(hù)電動機(jī)，防止電動機(jī)的頻繁啟動，在不同的速度區(qū)間段設(shè)置起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩T0(v0)＝±1Nm、T1(v1)＝±1.5Nm、T2(v2)＝±2Nm。起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩隨著速度的增大而呈現(xiàn)階段性增大，目的是增強(qiáng)高速轉(zhuǎn)向時(shí)所追求的穩(wěn)定感。同時(shí)0≤Td＜Ti(Vi)(i＝0，1，2)區(qū)間EPS不起作用，也有利于提高EPS系統(tǒng)的節(jié)能效率。速度區(qū)間段v0＝0～10km/h、v1＝10～40km/h和v2≥40km/h。
2、確定初始助力系數(shù) 合理的EPS系統(tǒng)助力特性曲線的助力系數(shù)應(yīng)該根據(jù)車輛行駛狀況具有一定地變化，可以使低速轉(zhuǎn)向輕便、高速轉(zhuǎn)向兼顧路感保持和轉(zhuǎn)向輕便。
電動機(jī)初始助力比例系數(shù)VL(Vi)(i＝0，1，2)是根據(jù)車輛運(yùn)行狀況(車輛空載、車輛相關(guān)參數(shù))和助力效果來決定的。
利用求值。式中Td為方向盤力矩，iL為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比， FzQ為前軸靜態(tài)載荷，nv為輪胎拖距與主銷前指之和，v2/ρ為車輛轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的向心加速度，g＝9.8m/s2。
當(dāng)i＝0時(shí)(低速區(qū)間段)，dTd/d(v2/ρ)＝15～20n.m/g；當(dāng)i＝1時(shí)(中速區(qū)間段)，dTd/d(v2/ρ)＝20n.m/g；當(dāng)i＝2時(shí)(高速區(qū)間段)，dTd/d(v2/ρ)＝20～30n.m/g 3、確定電動機(jī)最大助力扭矩 EPS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，確定電動機(jī)最大助力扭矩是型號匹配問題。測量某種需要裝配EPS系統(tǒng)的車輛在最大載重、靜止?fàn)顟B(tài)下轉(zhuǎn)動方向盤的扭矩Tdtest。電動機(jī)的最大助力扭矩其中M′為最大載荷下整車質(zhì)量，m為空載時(shí)整車質(zhì)量。對裝配同一型號EPS系統(tǒng)的車輛而言，EPS系統(tǒng)所能提供的最大助力扭矩是相同的，不隨車輛的運(yùn)行速度、裝載質(zhì)量等的改變而發(fā)生變化。在助力特性曲線當(dāng)中規(guī)定電動機(jī)的最大助力扭矩，最主要的目的就是保護(hù)電動機(jī)(防止電動機(jī)燒壞)。
4、計(jì)算實(shí)際助力系數(shù) EPS系統(tǒng)工作時(shí)，根據(jù)車輛裝載重量、車輛速度和對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求(輕便性和路感)來調(diào)整EPS的實(shí)際助力系數(shù)為其中M為實(shí)際整車質(zhì)量，m為空載時(shí)整車質(zhì)量，round()為求整函數(shù)。
5、確電動機(jī)實(shí)際助力扭矩 根據(jù)車輛實(shí)際行駛時(shí)的整車質(zhì)量M、車輛行駛速度V、駕駛員方向盤轉(zhuǎn)矩Td、車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)確定EPS系統(tǒng)電動機(jī)的最佳助力電流。

式中Td為方向盤轉(zhuǎn)矩；Ti(Vi)(i＝0，1，2)為不同速度區(qū)間段電動機(jī)的起始助力扭矩；VL(Vi)(i＝0，1，2)為電動機(jī)在不同速度區(qū)間電動機(jī)初始助力系數(shù)；m為空載時(shí)整車質(zhì)量；M為實(shí)際工況下整車質(zhì)量(通常表示為m的倍數(shù))；Tamax為電動機(jī)所能提供的最大助力扭矩；T總為不同車況下轉(zhuǎn)動方向盤的總力矩；round()為求整函數(shù)。其助力特性曲線如附圖4所示。
本發(fā)明的EPS系統(tǒng)助力電動機(jī)最佳助力電流確定方法適用于各種型號車輛，特別是重型運(yùn)輸車輛EPS系統(tǒng)，可以取得如下有益效果 1、由于根據(jù)車輛行駛速度設(shè)置了起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩，防止電動機(jī)的頻繁啟動保護(hù)了電動機(jī)，提高電動機(jī)的使用壽命。同時(shí)，由于高速行駛時(shí)電動機(jī)的起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩較高，提高了高速轉(zhuǎn)向時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向手感，使高速轉(zhuǎn)向手感穩(wěn)重。
2、該助力特性曲線根據(jù)整車質(zhì)量M、車輛行駛速度V、駕駛員方向盤轉(zhuǎn)矩Td、車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)合理調(diào)整EPS系統(tǒng)的助力系數(shù)，計(jì)算電動機(jī)最佳助力電流，避免重型運(yùn)輸車輛因?yàn)檩d荷的不同造成轉(zhuǎn)向手感的差異，使車輛在任何工況下轉(zhuǎn)向操作時(shí)都能達(dá)到轉(zhuǎn)向輕便和良好路感，提高車輛轉(zhuǎn)向操作的穩(wěn)定性和舒適性。



圖1為直線型助力特性曲線； 其中I為電動機(jī)的助力目標(biāo)電流；Imax為電動機(jī)的最大工作電流；Td為轉(zhuǎn)向盤輸入轉(zhuǎn)矩；Td0為EPS系統(tǒng)開始助力的轉(zhuǎn)向盤輸入扭矩；Tdmax為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供最大助力時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩；V為車輛行駛速度；Vmax為EPS系統(tǒng)工作的最高車輛速度上限。
圖2為折線型助力特性曲線； 其中I為電動機(jī)的助力目標(biāo)電流；Imax為電動機(jī)的最大工作電流；Td為轉(zhuǎn)向盤輸入轉(zhuǎn)矩；Td0為EPS系統(tǒng)開始助力的轉(zhuǎn)向盤輸入扭矩；Td1為EPS系統(tǒng)改變助力系數(shù)的轉(zhuǎn)向盤輸入扭矩；Tdmax為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供最大助力時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩；V為車輛行駛速度；Vmax為EPS系統(tǒng)工作的最高車輛速度上限。
圖3為曲線型助力特性曲線； 其中I為電動機(jī)的助力目標(biāo)電流；Imax為電動機(jī)的最大工作電流；Td為方向盤輸入轉(zhuǎn)矩；Td0為EPS系統(tǒng)開始助力的轉(zhuǎn)向盤輸入扭矩；Tdmax為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供最大助力時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩；V為車輛行駛速度；Vmax為EPS系統(tǒng)工作的最高車輛速度上限。
圖4為基于車輛速度、車輛載荷和方向盤轉(zhuǎn)矩的助力特性曲線； 其中，m為車輛空載時(shí)整車質(zhì)量；1.5m為裝載后的整車質(zhì)量是車輛空載時(shí)整車質(zhì)量的1.5倍；2.5m為裝載后的整車質(zhì)量是車輛空載時(shí)整車質(zhì)量的2.5倍。起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩T0(v0)＝±1Nm、T1(v1)＝±1.5Nm、T2(v2)＝±2Nm；速度區(qū)間段v0＝0～10km/h、v1＝10～40km/h和v2≥40km/h；Tamax為電動機(jī)的最大助力扭矩；Td為方向盤轉(zhuǎn)矩。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。如圖4所示，本發(fā)明的重型運(yùn)輸車輛電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性曲線圖。
首先，為了保護(hù)電動機(jī)防止電動機(jī)的頻繁啟動，在不同的速度區(qū)間段設(shè)置起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩T0＝±1Nm、T1＝±1.5Nm、T2＝±2Nm。起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩隨著速度的增大而呈現(xiàn)階段性增大，目的是增強(qiáng)高速轉(zhuǎn)向時(shí)所追求的穩(wěn)定感。同時(shí)0≤Td＜Ti(Vi)(i＝0，1，2)區(qū)間EPS不起作用，也有利于提高EPS系統(tǒng)的節(jié)能效率。
其次，確定電動機(jī)在各個(gè)工況下的最大助力扭矩。對裝配同一型號EPS的車輛而言，EPS系統(tǒng)所能提供的最大助力扭矩是相同的，不隨車輛的運(yùn)行速度、裝載質(zhì)量等的改變而發(fā)生變化。在助力特性曲線當(dāng)中規(guī)定電動機(jī)的最大助力扭矩，最主要的目的就是保護(hù)電動機(jī)(防止電動機(jī)燒壞)?？紤]到重型運(yùn)輸車輛在空載和滿載兩種車況下，相同速度區(qū)間內(nèi)其轉(zhuǎn)向阻力矩相差較大，為了保證重載車輛高速也能轉(zhuǎn)向輕便并且保持良好的路感，電動機(jī)根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)向力矩進(jìn)行合理比例的助力，而沒有降低EPS系統(tǒng)在高速區(qū)間的最大助力扭矩，電動機(jī)的最大助力扭矩在所有速度區(qū)間都是相等的。
第三步，電動機(jī)初始助力比例系數(shù)VL(Vi)(i＝0，1，2)是根據(jù)車輛運(yùn)行工況狀況、和助力效果來決定的。
根據(jù)求值，Td方向盤力矩；iL轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比；FzQ前軸靜態(tài)載荷；nv輪胎拖距與主銷前指之和；v2/ρ為車輛轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的向心加速度；g＝9.8m/s2。
為了保證轉(zhuǎn)向輕便性和保持適當(dāng)?shù)穆犯?，?dāng)i＝0時(shí)(低速區(qū)間段)，dTd/d(v2/ρ)＝15～20n.m/g；當(dāng)i＝1時(shí)(中速區(qū)間段)，dTd/d(v2/ρ)＝20n.m/g；當(dāng)i＝2時(shí)(高速區(qū)間段)，dTd/d(v2/ρ)＝20～30n.m/g。
EPS系統(tǒng)工作時(shí)，根據(jù)車輛實(shí)際行駛時(shí)的整車質(zhì)量M調(diào)整EPS的實(shí)際助力系數(shù)為 最后，計(jì)算助力電動機(jī)的最佳助力扭矩。
假如車輛行駛速度為v＝20km/h，整車空載質(zhì)量為1500Kg，實(shí)際行駛時(shí)6000Kg，方向盤力矩Td＝4N.m。如圖4所示，(1)在中速區(qū)間段，確定起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩T1＝±1.5Nm。(2)確定該類車型最大助力扭矩Tamax。(3)計(jì)算初始助力系數(shù)VL(V1)＝1.304。(4)計(jì)算實(shí)際助力系數(shù)VL(V1)＝5.216。(5)電動機(jī)的最佳助力扭矩Ta＝13.04N.m。
權(quán)利要求
1.重型運(yùn)輸車輛電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力扭矩確定方法，其特征是確定步驟如下
(1)確定起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩
在不同的速度區(qū)間段設(shè)置起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩T0(v0)＝±1Nm、T1(v1)＝±1.5Nm、T2(v2)＝±2Nm；起速度區(qū)間段v0＝0～10km/h、v1＝10～40km/h和v2≥40km/h；
(2)確定初始助力系數(shù)
電動機(jī)初始助力比例系數(shù)VL(Vi)(i＝0，1，2)是根據(jù)車輛運(yùn)行狀況和助力效果來決定的；利用求值；式中Td為方向盤力矩，iL為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比，F(xiàn)zQ為前軸靜態(tài)載荷，nv為輪胎拖距與主銷前指之和，v2/ρ為車輛轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的向心加速度，g＝9.8m/s2；
當(dāng)i＝0時(shí)即低速區(qū)間段，dTd/d(v2/ρ)＝15～20n.m/g；當(dāng)i＝1時(shí)即中速區(qū)間段)dTd/d(v2/ρ)＝20n.m/g；當(dāng)i＝2時(shí)即高速區(qū)間段，dTd/d(v2/ρ)＝20～30n.m/g；
(3)確定電動機(jī)最大助力扭矩
電動機(jī)的最大助力扭矩其中M′為最大載荷下整車質(zhì)量，m為空載時(shí)整車質(zhì)量；
(4)計(jì)算實(shí)際助力系數(shù)
EPS的實(shí)際助力系數(shù)為
其中M為實(shí)際整車質(zhì)量，m為空載時(shí)整車質(zhì)量，round()為求整函數(shù)；
(5)確定電動機(jī)實(shí)際助力扭矩
式中Td為方向盤轉(zhuǎn)矩；Ti(Vi)(i＝0，1，2)為不同速度區(qū)間段電動機(jī)的起始助力扭矩；VL(Vi)(i＝0，1，2)為電動機(jī)在不同速度區(qū)間電動機(jī)初始助力系數(shù)；m為空載時(shí)整車質(zhì)量；M為實(shí)際工況下整車質(zhì)量(通常表示為m的倍數(shù))；Tamax為電動機(jī)所能提供的最大助力扭矩；T總為不同車況下轉(zhuǎn)動方向盤的總力矩；round()為求整函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車輛電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最佳助力扭矩確定方法，其首先確定起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩，在不同的速度區(qū)間段設(shè)置起始助力方向盤轉(zhuǎn)矩T0(v0)＝±1Nm、T1(v1)＝±1.5Nm、T2(v2)＝±2Nm。二是電動機(jī)初始助力比例系數(shù)VL(Vi)(i＝0，1，2)是根據(jù)車輛運(yùn)行狀況(車輛空載、車輛相關(guān)參數(shù))和助力效果來決定的。三是確定電動機(jī)最大助力扭矩，測量某種需要裝配EPS系統(tǒng)的車輛在最大載重、靜止?fàn)顟B(tài)下轉(zhuǎn)動方向盤的扭矩Tdtest。四是根據(jù)車輛裝載重量、車輛速度和對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求(輕便性和路感)來調(diào)整EPS的實(shí)際助力系數(shù)為round(M/m)·VL(Vi)。五是根據(jù)車輛實(shí)際行駛時(shí)的整車質(zhì)量M、車輛行駛速度V、駕駛員方向盤轉(zhuǎn)矩Td、車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)確定EPS系統(tǒng)電動機(jī)的最佳助力電流。
文檔編號G01M17/06GK101339096SQ20071019007
公開日2009年1月7日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者龍 陳, 袁朝春, 江浩斌, 可 李, 汪若塵 申請人:江蘇大學(xué)