CN110949496B - 一种双油泵式混合动力电控转向***及其控制方法 - Google Patents

一种双油泵式混合动力电控转向***及其控制方法 Download PDF

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CN110949496B CN201911120619.5A CN201911120619A CN110949496B CN 110949496 B CN110949496 B CN 110949496B CN 201911120619 A CN201911120619 A CN 201911120619A CN 110949496 B CN110949496 B CN 110949496B
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Abstract

本发明公开了一种双油泵式混合动力电控转向***，包括机械子***、液压助力子***、电动助力子***和电控协调***；电控协调***中的转向域控制器根据电动助力子***和液压助力子***中的相关信息，电控协调***再分别控制电动助力子***和液压助力子***的工作，实现对混合动力电控转向***的综合控制；并基于本发明所提出的双油泵式混合动力电控转向***的控制方法，能够有效实现对双油泵式混合动力电控转向***的综合控制，提高车辆横向控制的安全性、容错性，并改善转向***在快速转向过程中的动态响应性能。

Description

一种双油泵式混合动力电控转向***及其控制方法
技术领域
本发明属于汽车转向***领域，具体涉及一种双油泵式混合动力电控转向***及其控制方法。
背景技术
为了实现商用车转向***主动转角、转矩控制，国内、外提出了一种将传统液压助力转向***(Hydraulic Power Steering System，简称HPS)和电动助力转向***(Electric Power Steering System，简称EPS)相结合的电液耦合式转向***。
在国外，电液耦合式转向***的相关研究较早。Volvo设计的动态转向***，在HPS输入轴的上方增加了电机，并通过电控技术实现了低速行驶中的精准、轻便转向，提高了高速行驶中车辆的方向稳定性。Bosch和ZF共同推出的电液复合式转向***Servotwin，在液压循环球转向器的基础上增加了电机和电控单元，在商用车上实现了类似于乘用车EPS的功能。
在国内，中国专利(CN104401388A)公开了一种智能电液转向***，相比于传统的商用车液压助力转向***增加了电动助力装置和智能控制器，实现了三种不同的工作模式：液压助力与电动助力同时工作模式、电动助力单独工作模式和液压助力单独工作模式，并可实现车辆行驶方向主动修正、车道保持等功能。中国专利(CN105416392B)公开了一种包含电动助力转向***和电控液压助力转向***的推杆式复合转向***，采用两个助力电机实现转向***主动控制，并可实现电动助力转向模式、电动液压助力转向模式以及混合助力转向模式。中国专利(CN109606465A)公开了一种高级自动驾驶用具备冗余电机的电液转向器，在液压助力转向***的结构基础上增加了双电机结构，提高转向***的容错及安全性能，同时通过控制***满足车辆驾驶员驾驶、辅助驾驶、无人驾驶的转向功能需求。
目前公开的新型电液耦合式转向***设计方案中，电动***提供助力矩较小，转向***仍主要依靠液压***克服转向阻力矩。商用车前轴载荷大，过分地依赖液压***将导致一旦液压油泵失效，车辆横向控制的有效性大大降低，驾驶安全受到严重威胁。此外，受到液压***单一液压油泵提供流量能力的影响，电液耦合式转向***在快速转向过程中的动态响应性能不佳，转向盘最大转动角速度受限。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双油泵式混合动力电控转向***及其控制方法，提高车辆横向控制的安全性、容错性，并改善转向***在快速转向过程中的动态响应性能。
本发明所采用的技术方案如下：
一种双油泵式混合动力电控转向***，包括机械子***、液压助力子***、电动助力子***和电控协调***。所述机械子***包括转向***前端杆系总成和转向***后端杆系总成，
所述液压助力子***包括循环球转向器总成，所述循环球转向器总成的输入端上端与转向***前端杆系总成相连，输入端下端与转阀总成连接。所述转阀总成的阀芯上设计有凹槽结构，转阀总成阀套上设计有凸台结构，通过凹槽结构和凸台结构配合构成助力矩耦合装置；所述转阀总成通过液压管路与液压泵总成串联。
所述电动助力子***包括减速机构和转矩/转角传感器总成；所述减速机构和转矩/转角传感器总成分别设置在转向***前端杆系总成上，所述减速机构连接助力电机；所述转矩/转角传感器总成和助力电机驱动器分别连接电控协调***；
所述电控协调***包括转向域控制器、双向DC-DC变换器和超级电容器；所述转向域控制器分别连接电动助力子***和液压助力子***，所述电控协调***分别控制电动助力子***和液压助力子***，实现对混合动力电控转向***的综合控制。
进一步，所述液压泵总成包括相互并联的第一液压泵总成和第二液压泵总成，所述第一液压泵总成包括液压泵和油箱；第二液压泵总成包括串联的开关式电磁阀和电动液压泵；限压阀与电动液压泵并联，所述电动液压泵的输入轴连接液压泵驱动电机，液压泵驱动电机依次连接驱动电机驱动器和转向域控制器。
一种双油泵式混合动力电控转向***的控制方法，包括以下步骤：
步骤1，采集助力电机实时工作电流Im，估算助力电机理想工作电流Imd。
步骤2，根据助力电机实时工作电流Im和理想工作电流Imd判断第一液压泵总成中液压泵工作状态；
步骤3，根据液压泵工作状态，转向域控制器控制驱动电机驱动器和开关式电磁阀，调节液压***流量；
步骤4，估算双油泵式混合动力电控转向***的工作总电流Isys；
步骤5，根据工作总电流Isys，进一步估算整车理想***工作电流Igd；
步骤6，计算超级电容器的SOC；
步骤7：根据超级电容器的SOC和整车理想***工作电流Igd，转向域控制器决策超级电容器工作状态及工作电流，进而实现对双油泵式混合动力电控转向***进行转向控制。
进一步，采集所述助力电机实时工作电流Im，并估算所述理想工作电流Imd的方法为：
步骤1.1，通过助力电机驱动器中的电流采样电路采集实时工作电流Im，并将实时工作电流Im实时传输至转向域控制器；
步骤1.2，转向域控制器根据车辆当前车速v、转向盘转角θSW，通过助力电机理想工作电流函数F(θSW,v)计算助力电机理想工作电流Imd。
进一步，助力电机理想工作电流函数F(θSW,v)建立方法为：
步骤1.2.1，在仿真软件中分别搭建双油泵式混合动力电控转向***模型和构建车辆动力学模型；并建立该两种模型的联合仿真模型；
步骤1.2.2，在不同的车速v和转向盘转角θSW下，调整联合仿真模型中助力电机的工作电流Ims，使得转向盘转矩达到驾驶员偏好转向盘转矩Tpr，根据车速v、转向盘转角θSW和助力电机14工作电流Ims的对应关系，并建立三维查表函数Ims＝f(θSW,v)；
步骤1.2.3，根据测量的转向盘转角θSW和转向盘角速度
Figure GDA0002974463520000031
信号，计算转向盘转角转动加速度
Figure GDA0002974463520000032
步骤1.2.4，考虑到转向***惯量和阻尼，对三维查表函数Ims＝f(θSW,v)进行补偿，第一补偿电流的具体计算方法为：
Figure GDA0002974463520000033
步骤1.2.5，考虑到无转向盘输入力矩的自动驾驶工况，对三维查表函数Ims＝f(θSW,v)进行补偿，第二补偿电流具体计算方法为：
Figure GDA0002974463520000034
其中，Js1为转向盘总成、转向上管柱、转向中间轴的等效转动惯量；Bs1为转向盘总成、转向上管柱、转向中间轴的等效阻尼系数；Js2为转向下管柱的等效转动惯量；Bs2为转向下管柱的等效阻尼系数；G为减速机构传动比；ηg为减速机构传递效率；Km为助力电机电磁转矩系数；N1为惯量补偿系数，当转向盘输入力矩为0时，N1取1；当转向盘输入力矩不为0时，N1取0；N2为转矩补偿系数，当转向盘输入力矩为0时，N2取1；当转向盘输入力矩不为0时，N2取0。
步骤1.2.6，最终得到助力电机理想工作电流函数为：F(θSW,v)＝f(θSW,v)+Ims *+Ims **。
步骤1.2.7，助力电机的理想工作电流为：Imd＝Nth·F(θSW,v)，其中，Nth为电流安全系数。
进一步，所述液压泵工作状态的判断方法为：若Im＞Imd，判断第一液压泵总成中液压泵失效；若Im≤Imd，判断第一液压泵总成中液压泵正常工作。
进一步，所述步骤3的控制过程为：
步骤3.1，若液压泵失效，则开关式电磁阀导通，驱动电机驱动器使得液压泵驱动电机的目标工作转速n2target为最大工作转速n2max。
步骤3.2，若液压泵正常工作，通过以下步骤控制开关式电磁阀和液压泵驱动电机：
步骤3.2.1，估算液压助力子***液压油流量需求
Figure GDA0002974463520000041
其中，
Figure GDA0002974463520000042
为转向盘角速度；P为螺杆导程；dh为液压缸直径；N为流量安全系数；
步骤3.2.2，若流量需求qd＜a1·q1max，则保持开关式电磁阀断开，同时液压泵驱动电机目标工作转速n2target为0，a1为流量系数常数，q1max为液压泵设计最大流量；
步骤3.2.3，若流量需求a1·q1max≤qd＜a2·q1max，则保持开关式电磁阀断开，同时液压泵驱动电机目标工作转速n2target为n2idle，n2idle计算方法为：
Figure GDA0002974463520000043
a2为流量系数常数，且满足0＜a1＜a2＜1；q0为电动液压泵排量；
步骤3.2.4，若流量需求qd≥a2·q1max，则开关式电磁阀导通，液压泵驱动电机目标工作转速n2target计算方法为：
Figure GDA0002974463520000044
N*为理想流量安全系数。
进一步，所述工作总电流Isys的估算方法为：Isys＝Ihmd+Imd，Imd为助力电机理想工作电流，Ihmd为液压泵驱动电机的理想工作电流，
Figure GDA0002974463520000051
U为整车电源***电压，P1为液压泵驱动电机的理想功率，P1＝ps·n2target·q0，ps为液压***工作压力；
进一步，所述整车理想***工作电流Igd的估算方法为：Igd＝Ig-Ihm-Im+Isys，Ihm为液压泵驱动电机的实时工作电流；Ig为整车电源***实时工作电流；
进一步，计算超级电容器的SOC的方法为：
Figure GDA0002974463520000052
Vmax为超级电容器充满电的最高电压、Vmin为放完电时的最低电压，V为当前电压值；
进一步，决策超级电容器工作状态及工作电流，具体方法如下：
步骤7.1：当Igd≤Ieco时，若超级电容器的SOC＜E1，则超级电容器进入充电模式m1，发电机通过双向DC-DC变换器向超级电容器充电的电流为Ic＝Ieco-Igd；否则，超级电容器进入待机模式m0，超级电容器工作电流为0；
步骤7.2：当Ieco≤Igd≤c1·Ie时，若超级电容器的SOC＜E1，则超级电容器进入充电模式m2，发电机通过双向DC-DC变换器向超级电容器充电的电流为Ic＝Icc；否则，超级电容器进入待机模式m0；
步骤7.3：当c1·Ie≤Igd≤Imax时，超级电容器进入放电模式m3，超级电容器通过双向DC-DC变换器向整车电源***释放的电流为Ir＝Igd-c1·Ie；
其中，Ieco为发电机工作效率最高时工作电流；Ie为发电机额定工作电流；Icc为超级电容器效率最高时的充电电流，通过试验确定；Ic为超级电容器充电电流；Ir为超级电容器放电电流；Imax为发电机最大输出电流；E1为超级电容器的SOC阈值，通过试验确定；c1为电流安全系数，其值通过试验确定。
本发明的有益效果：
双油泵式混合动力电控转向***相比于常规电液耦合式转向***增加了一个备用油泵***，在一个油泵失效时，仍可以通过备用的电动油泵满足一定的转向助力需求，通过油泵冗余的方案提高了转向***的安全性；同时，采用双油泵式结构，在快速转向过程中，备用电动油泵可以为液压***主动提供额外的液压油流量，提高转向***动态响应速度，改善转向***动态响应性能；此外，备用电动油泵是“按需”***，具备主动控制的特点，因此可转移第一液压泵总成中为满足转向***动态响应性能而冗余匹配的部分液压油流量，进而降低第一液压泵总成中由于液压油溢流、***背压等造成的损耗，起到节能的效果。
通过阀芯上设计的凹槽结构和阀套上设计的凸台结构构成助力矩耦合装置，在原有转阀扭杆刚度变化较小的前提下，为较大的电动助力矩向循环球转向器耦合提供了新的途径，提高了电动助力子***在正常行驶工况下电动助力矩输出能力。
超级电容器能够为整车电源***提供额外的电能，在车辆紧急制动、避障工况下，能够保证转向***的两个电机正常工作，同时降低电源***高负载情况下发电机工作负荷。
在不增加外接传感器的情况下，通过电动助力子***助力电机的理想工作电流和实际工作电流的比较，判断第一液压泵工作状态，进而对第二液压泵总成进行控制。
基于本发明所提出的双油泵式混合动力电控转向***控制方法，能够根据本发明的双油泵式混合动力电控转向***的状态实现高效控制。
附图说明
图1是双油泵式混合动力电控转向***示意图；
图2是助力矩耦合装置示意图，2a是非工作状态下的助力矩耦合装置示意图，2b是工作状态下的助力矩耦合装置示意图；
图3是转阀总成的轴向图；
图4是转向***力矩传递途径示意图；
图5是双油泵式混合动力电控转向***控制方法流程图；
图中，1、转向盘总成，2、转向上管柱，3、转矩/转角传感器总成，4、转向中间轴，5、减速机构，6、转向下管柱，7、助力矩耦合装置，701，凸台结构，702，凹槽结构，8、转向摇臂，9、转向直拉杆，10、转向节臂，11、转向横拉杆，12、转阀总成，13、循环球转向器总成，14、助力电机，15、助力电机驱动器，16、开关式电磁阀，17、液压泵，18、油箱，19、液压管路，20、限压阀，21、电动液压泵，22、液压泵驱动电机，23、驱动电机驱动器，24、超级电容器，25、充、放电受双向DC-DC变换器，26、转向域控制器，27、阀芯，28、阀套，29、转阀扭杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明所设计的一种双油泵式混合动力电控转向***，包括机械子***、液压助力子***、电动助力子***和电控协调***。
机械子***包括转向***前端杆系总成和转向***后端杆系总成，转向***前端杆系总成包括转向盘总成1、转向上管柱2、转向中间轴4、转向下管柱6，转向***后端杆系总成包括转向摇臂8、转向直拉杆9、转向横拉杆11、转向节臂10；转向盘总成1与转向上管柱2的上端相连，转向上管柱2下端通过转矩/转角传感器总成3中的扭杆与转向中间轴4上端连接，转向中间轴4的下端通过万向节与转向下管柱6上端连接，转向下管柱6的下端与循环球转向器总成13的输入端相连；循环球转向器总成13的输出端连接转向摇臂8的一端，转向摇臂8的另一端再与转向直拉杆9的一端连接，转向直拉杆9的另一端连接同侧的转向节臂10，通过转向横拉杆11实现两侧转向节臂10之间的连接，进而，循环球转向器总成13带动转向直拉杆9、转向横拉杆11、转向节臂10，最终使车轮转动。
液压助力子***包括转阀总成12、液压管路19、第一液压泵总成、第二液压泵总成、助力矩耦合装置7、循环球转向器总成13。助力矩耦合装置7由转阀总成12阀芯27上的凹槽结构702和阀套28上的凸台结构701构成(如图2、3所示)，助力矩耦合装置7为实现电动助力子***与液压助力子***循环球转向器总成13之间的助力矩耦合提供了新的途径；循环球转向器总成13输入端的下端连接转阀总成12，第一液压泵总成、第二液压泵总成实现并联，再通过液压管路19连接到转阀总成12。其中，第一液压泵总成包括液压泵17和油箱18，在以发动机为直接动力源的车辆中，液压泵17由发动机驱动；在以电机为直接动力源的车辆中，液压泵17由独立电机驱动。第二液压泵总成包括电动液压泵21、限压阀20、液压泵驱动电机22、驱动电机驱动器23和开关式电磁阀16；其中，电动液压泵21、限压阀20通过管路并联后与开关式电磁阀16串联，电动液压泵21连接液压泵驱动电机22，由液压泵驱动电机22为其提供动力，且液压泵驱动电机22连接驱动电机驱动器23，由驱动电机驱动器23对液压泵驱动电机22进行控制，驱动电机驱动器23通过信号线连接电控协调***；如图3，转阀总成12包括阀芯、阀套和转阀扭杆；循环球转向器总成13包括转向螺杆、螺母、齿扇、钢球。
电动助力子***包括助力电机14、助力电机驱动器15、转矩/转角传感器总成3和减速机构5。其中，转矩/转角传感器总成3设置于转向上管柱2或者转向下管柱6上，且转矩/转角传感器总成3通过信号线连接电控协调***，将所采集的转矩、转角信号输入至电控协调***；减速机构5既可以布置在转向管柱上(转向中间轴4或者转向下管柱6)上也可以与循环球转向器总成13的输入端做成一体式；但是要保证传感器总成3是安装在减速机构5的上端；减速机构5的输入端与助力电机14连接，助力电机驱动器15通过信号线连接电控协调***。在本实施例中，减速机构5为涡轮-蜗杆减速机构。
电控协调***包括转向域控制器26、双向DC-DC变换器25和超级电容器24。转向域控制器26、驱动电机驱动器23和助力电机控制器15三者之间通过信号线进行信息交互。其中，开关式电磁阀16与转向域控制器26通过导线连接，双向DC-DC变换器25与转向域控制器26通过导线连接。超级电容器24的充、放电受双向DC-DC变换器25直接控制，超级电容器24输出端经过双向DC-DC变换器25后与整车发电机两端并联。转向域控制器16根据车速信号、转矩/转角传感器信号、超级电容器荷电状态(SOC)信号、发电机输出电流信号控制助力电机控制器15驱动助力电机14、控制驱动电机驱动器23驱动液压泵驱动电机22实现电动液压泵21转动、控制开关式电磁阀16通断以及控制双向DC-DC变换器25进行超级电容器24的控制。
如图3所示，转阀总成12包括阀芯27、阀套28和转阀扭杆29，助力矩耦合装置7是由阀芯27上的凸台结构701和阀套28上的凹槽结构702构成；若凹槽结构702和凸台结构701未相互接触时，即∠a>0°且∠b>0°时，助力矩耦合装置7未进入工作状态，如图2(a)所示；若凹槽结构702和凸台结构701相互接触时，即∠a＝0°或者∠b＝0°时，助力矩耦合装置7进入工作状态，如图2(b)所示；其中，∠a和∠b分别为凸台结构701左右两个边沿分别与相邻凹槽结构702左右两个边沿之间的圆心角。在现有技术中，阀芯27上的凸台结构701和阀套28上的凹槽结构702在循环球转向器13正常工作过程中是不会相互接触的，只有在液压***失效时才会接触；而本发明所设计的助力矩耦合装置7中的凹槽结构702和凸台结构701通过设计圆心角的角度，使得液压助力子***液压油工作压力达到***设计的最大工作压力时，凹槽结构702和凸台结构701相互接触；相互接触时，液压助力子***保持最大工作压力，且电动助力子***可以通过这个装置向循环球转向器传递更大的电动助力矩；如果不这么设计，电动助力矩只能通过转阀总成扭杆向循环球转向器13传递，而扭杆传递力矩的能力是有限的，限制了电机的输出能力；而本发明的电动助力子***可以利用助力矩耦合装置7中的凹槽结构702和凸台结构701向循环球转向器总成13传递更大的电动助力矩，直至达到电动助力子***可以提供的最大电动助力矩；助力矩耦合装置为电动助力矩向循环球转向器总成提供了新的途径。
在工作过程中，本发明所设计的双油泵式混合动力转向***的力矩传递途径如图3所示；助力电机14输出的电磁转矩经过减速机构5放大后耦合到转向管柱(转向中间轴4和转向下管柱6)上，形成电动助力矩。电动助力矩与驾驶员转向盘输入手力矩形成合力矩，传递到循环球转向器总成13的输入轴，并通过转阀扭杆和助力矩耦合装置7传递到循环球转向器总成13的螺杆上。助力矩耦合装置不工作时，电动助力矩较小；助力矩耦合装置工作时，电动助力矩较大。
液压助力子***中转阀阀口开度由电动助力矩与驾驶员转向盘输入手力矩所形成合力矩控制。液压助力子***提供的液压助力、电动助力子***提供的电动助力、驾驶员输入手力矩共同克服转向助力矩。
基于上述双油泵式混合动力电控转向***，本发明还提出了一种双油泵式混合动力电控转向***的控制方法，具体过程如图4所示：
步骤1：采集助力电机14实时工作电流Im，估算助力电机14的理想工作电流Imd。其中，助力电机14实时工作电流Im和理想工作电流Imd通过下述方法获得：
步骤1.1：助力电机14实时工作电流Im通过助力电机驱动器15中的电流采样电路采集，同时实时工作电流Im通过信号线实时传输至转向域控制器26。
步骤1.2：转向域控制器26根据车辆当前车速v、转向盘转角θSW，通过助力电机理想工作电流函数F(θSW,v)计算助力电机14理想工作电流Imd。其中，助力电机理想工作电流函数F(θSW,v)建立方法为：
步骤1.2.1：构建机械子***、电动助力子***和液压助力子系的微分方程，并在Matlab/Simulink中搭建双油泵式混合动力电控转向***模型。
步骤1.2.2：在Trucksim中构建车辆动力学模型。
步骤1.2.3：建立Matlab/Simulink和Trucksim的联合仿真模型。
步骤1.2.4：在不同的车速v和转向盘转角θSW下，调整联合仿真模型中助力电机14工作电流Ims，使得转向盘转矩达到驾驶员偏好转向盘转矩Tpr，记录下车速v、转向盘转角θSW和助力电机14工作电流Ims的对应关系，并建立三维查表函数Ims＝f(θSW,v)。
步骤1.2.5：转向域控制器26通过转矩/转角传感器总成3测量的转向盘转向角θSW及转向盘角速度
Figure GDA0002974463520000091
信号，计算转向盘转角转动加速度
Figure GDA0002974463520000092
步骤1.2.6：考虑到转向***惯量和阻尼，对三维查表函数Ims＝f(θSW,v)进行补偿，补偿电流具体计算方法为：
Figure GDA0002974463520000101
其中，Js1为转向盘总成1、转向上管柱2、转向中间轴4的等效转动惯量；Bs1为转向盘总成1、转向上管柱2、转向中间轴4的等效阻尼系数；Js2为转向下管柱6的等效转动惯量；Bs2为转向下管柱6的等效阻尼系数；G为减速机构5传动比；ηg为减速机构5传递效率；Km为助力电机14电磁转矩系数；N1为惯量补偿系数，当转向盘输入力矩为0时，N1取1；当转向盘输入力矩不为0时，N1取0。
步骤1.2.7：考虑到无转向盘输入力矩的自动驾驶工况，对三维查表函数Ims＝f(θSW,v)进行补偿，补偿电流具体计算方法为：
Figure GDA0002974463520000102
其中，N2为转矩补偿系数，当转向盘输入力矩为0时，N2取1；当转向盘输入力矩不为0时，N2取0。
步骤1.2.8：最终得到助力电机理想工作电流函数为：F(θSW,v)＝f(θSW,v)+Ims *+Ims **。
步骤1.3：助力电机14的理想工作电流为：Imd＝Nth·F(θSW,v)
其中，Nth为电流安全系数。
步骤2：根据助力电机14实时工作电流Im和理想工作电流Imd判断第一液压泵总成中液压泵17工作状态：
步骤2.1：若Im＞Imd，判断第一液压泵总成中液压泵17失效。
步骤2.2：若Im≤Imd，判断第一液压泵总成中液压泵17正常工作。
步骤3：根据步骤2中液压泵17工作状态的判断结果，转向域控制器26控制第二液压泵总成中驱动电机驱动器23和开关式电磁阀16，调节液压***流量，具体方法为：
步骤3.1：若步骤2判断液压泵17失效，转向域控制器26控制开关式电磁阀16导通，同时控制液压泵驱动电机22进入工作状态M1。在M1工作状态下，转向域控制器26控制驱动电机驱动器23，使得液压泵驱动电机22目标工作转速n2target为最大工作转速n2max。
步骤3.2：若步骤2判断液压泵17正常工作，通过以下步骤控制开关式电磁阀16和液压泵驱动电机22：
步骤3.2.1：估算液压助力子***液压油流量需求qd，具体计算方法为：
Figure GDA0002974463520000111
其中，
Figure GDA0002974463520000112
为转向盘转动角速度；P为螺杆导程；dh为液压缸直径；N为流量安全系数。
步骤3.2.2：若流量需求qd＜a1·q1max，则保持开关式电磁阀16断开，同时液压泵驱动电机22进入等待状态M0；在等待状态M0中，液压泵驱动电机22目标工作转速n2target为0。其中，a1为流量系数常数，q1max为液压泵17设计最大流量。
步骤3.2.3：若流量需求a1·q1max≤qd＜a2·q1max，则保持开关式电磁阀16断开，液压泵驱动电机22进入工作状态M2；在工作状态M2中，液压泵驱动电机22目标工作转速n2target为n2idle，n2idle计算方法为：
Figure GDA0002974463520000113
其中，a2为流量系数常数，且满足0＜a1＜a2＜1；q0为电动液压泵21排量。
步骤3.2.4：若流量需求qd≥a2·q1max，则开关式电磁阀16导通，液压泵驱动电机22进入工作状态M3；在工作状态M2中，液压泵驱动电机22目标工作转速n2target计算方法为：
Figure GDA0002974463520000114
其中，N*为理想流量安全系数。
步骤4：估算双油泵式混合动力电控转向***工作总电流Isys，具体估算方法为：
步骤4.1：估算第二液压泵总成工作电流Ihmd，具体方法为：
步骤4.1.1：在步骤1.3.4下，同时记录液压***工作压力ps与车速v、转向盘转角θSW的关系，建立***压力三维查表函数Y(θSW,v)，液压***工作压力ps计算方法为：ps＝Y(θSW,v)。
步骤4.1.2：估算第二液压泵总成中液压泵驱动电机22的理想功率P1，计算方法为：P1＝ps·n2target·q0。
步骤4.1.3：估算液压泵驱动电机22理想工作电流Ihmd，计算方法为：
Figure GDA0002974463520000121
其中，U为整车电源***电压。
步骤4.2：通过步骤1.3估算助力电机14理想工作电流Imd：Imd＝Nth·F(θSW,v)。
步骤4.3：双油泵式混合动力电控转向***工作总电流Isys计算方法为：Isys＝Ihmd+Imd。
步骤5：估算整车理想***工作电流Igd，具体方法为：
步骤5.1：液压泵驱动电机22实时工作电流Ihm通过驱动电机驱动器23中的电流采样电路采集，同时通过信号线实时传输至转向域控制器26。
步骤5.2：转向域控制器26通过电流采样电流采集整车电源***实时工作电流Ig。
步骤5.3：整车理想***工作电流Igd计算方法为：Igd＝Ig-Ihm-Im+Isys；
步骤6：计算超级电容器24的SOC：
步骤6.1：根据超级电容器24手册查阅充满电的最高电压Vmax和放完电时的最低电压Vmin。
步骤6.2：通过转向域控制器26测量超级电容器24的当前电压值V。
步骤6.3：超级电容器24的SOC计算方法为：
Figure GDA0002974463520000122
步骤7：根据超级电容器24的SOC及整车理想***工作电流Igd决策超级电容器24工作状态及工作电流，具体方法如下：
步骤7.1：当Igd≤Ieco时，若超级电容器24的SOC＜E1，则超级电容器24进入充电模式m1，发电机通过双向DC-DC变换器25向超级电容器24充电的电流为Ic＝Ieco-Igd；否则，超级电容器24进入待机模式m0，超级电容器24工作电流为0。
步骤7.2：当Ieco≤Igd≤c1·Ie时，若超级电容器24的SOC＜E1，则超级电容器24进入充电模式m2，发电机通过双向DC-DC变换器25向超级电容器24充电的电流为Ic＝Icc；否则，超级电容器24进入待机模式m0。
步骤7.3：当c1·Ie≤Igd≤Imax时，超级电容器24进入放电模式m3，超级电容器24通过双向DC-DC变换器25向电源***释放的电流为Ir＝Igd-c1·Ie。
其中，Ieco为发电机工作效率最高时工作电流；Ie为发电机额定工作电流；Icc为超级电容器24效率最高时的充电电流，通过试验确定；Ic为超级电容器24充电电流；Ir为超级电容器24放电电流；Imax为发电机最大输出电流；E1为超级电容器24的SOC阈值，通过试验确定；c1为电流安全系数，其值通过试验确定。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双油泵式混合动力电控转向***的控制方法，基于一种双油泵式混合动力电控转向***，包括机械子***、液压助力子***、电动助力子***和电控协调***；所述机械子***包括转向***前端杆系总成和转向***后端杆系总成，所述液压助力子***包括循环球转向器总成(13)，所述循环球转向器总成(13)的输入端上端与转向***前端杆系总成相连，输入端下端与转阀总成(12)连接；所述转阀总成(12)的阀芯上的凹槽结构和阀套上的凸台结构配合构成助力矩耦合装置(7)；所述转阀总成(12)通过液压管路(19)与液压泵总成串联；所述电动助力子***包括减速机构(5)和转矩/转角传感器总成(3)；所述减速机构(5)和转矩/转角传感器总成(3)分别设置在转向***前端杆系总成上，所述减速机构(5)连接助力电机(14)；所述转矩/转角传感器总成(3)和助力电机驱动器(15)分别连接电控协调***；所述电控协调***包括转向域控制器(26)、双向DC-DC变换器(25)和超级电容器(24)；所述转向域控制器(26)分别连接电动助力子***和液压助力子***，通过电控协调***分别控制电动助力子***和液压助力子***，实现对混合动力电控转向***的综合控制；所述液压泵总成包括相互并联的第一液压泵总成和第二液压泵总成，所述第一液压泵总成包括液压泵(17)和油箱(18)；第二液压泵总成包括串联的开关式电磁阀(16)和电动液压泵(21)；限压阀(20)与电动液压泵(21)并联，所述电动液压泵(21)的输入轴连接液压泵驱动电机(22)，液压泵驱动电机(22)依次连接驱动电机驱动器(23)和转向域控制器(26)；其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集助力电机(14)实时工作电流Im，并估算助力电机(14)理想工作电流Imd；步骤2，根据助力电机(14)实时工作电流Im和理想工作电流Imd判断第一液压泵总成中液压泵(17)的工作状态；步骤3，根据液压泵(17)的工作状态，转向域控制器(26)分别控制驱动电机驱动器(23)和开关式电磁阀(16)，调节液压***流量；步骤4，估算双油泵式混合动力电控转向***的工作总电流Isys；步骤5，根据工作总电流Isys，进一步估算整车理想***工作电流Igd；步骤6，计算超级电容器(24)的SOC；步骤7：根据超级电容器(24)的SOC和整车理想***工作电流Igd，转向域控制器(26)决策超级电容器(24)工作状态及工作电流，进而实现对双油泵式混合动力电控转向***进行转向控制；采集助力电机(14)实时工作电流Im和估算所述理想工作电流Imd的方法为：
步骤1.1，将实时工作电流Im实时传输至转向域控制器(26)；
步骤1.2，转向域控制器(26)根据车辆当前车速v、转向盘转角θSW，通过助力电机理想工作电流函数F(θSW,v)计算助力电机(14)理想工作电流Imd；
助力电机理想工作电流函数F(θSW,v)建立方法为：
步骤1.2.1，在仿真软件中分别搭建双油泵式混合动力电控转向***模型和构建车辆动力学模型；并建立该两种模型的联合仿真模型；
步骤1.2.2，在不同的车速v和转向盘转角θSW下，调整联合仿真模型中助力电机(14)的工作电流Ims，使得转向盘转矩达到驾驶员偏好转向盘转矩Tpr，根据车速v、转向盘转角θSW和助力电机(14)工作电流Ims的对应关系，并建立三维查表函数Ims＝f(θSW,v)；
步骤1.2.3，根据测量的转向盘转角θSW和转向盘角速度
Figure FDA0002974463510000021
信号，计算转向盘转角转动加速度
Figure FDA0002974463510000022
步骤1.2.4，考虑到转向***惯量和阻尼，对三维查表函数Ims＝f(θSW,v)进行补偿，第一补偿电流的具体计算方法为：
Figure FDA0002974463510000023
步骤1.2.5，考虑到无转向盘输入力矩的自动驾驶工况，对三维查表函数Ims＝f(θSW,v)进行补偿，第二补偿电流具体计算方法为：
Figure FDA0002974463510000024
其中，Js1、Bs1分别为转向盘总成(1)、转向上管柱(2)、转向中间轴(4)的等效转动惯量和等效阻尼系数；Js2、Bs2分别为转向下管柱(6)的等效转动惯量和等效阻尼系数；G、ηg分别为减速机构(5)传动比和传递效率；Km为助力电机(14)电磁转矩系数；N1为惯量补偿系数；N2为转矩补偿系数；
步骤1.2.6，最终得到助力电机理想工作电流函数为：F(θSW,v)＝f(θSW,v)+Ims *+Ims **；
步骤1.2.7，助力电机(14)的理想工作电流为：Imd＝Nth·F(θSW,v)，其中，Nth为电流安全系数。
2.根据权利要求1所述的一种双油泵式混合动力电控转向***的控制方法，其特征在于，所述液压泵(17)工作状态的判断方法为：若Im＞Imd，判断第一液压泵总成中液压泵(17)失效；若Im≤Imd，判断第一液压泵总成中液压泵(17)正常工作。
3.根据权利要求2所述的一种双油泵式混合动力电控转向***的控制方法，其特征在于，所述步骤3的控制过程为：
步骤3.1，若液压泵(17)失效，则开关式电磁阀(16)导通，驱动电机驱动器(23)使得液压泵驱动电机(22)的目标工作转速n2target为最大工作转速n2max；
步骤3.2，若液压泵(17)正常工作，通过以下步骤控制开关式电磁阀(16)和液压泵驱动电机(22)：
步骤3.2.1，估算液压助力子***液压油流量需求qd，
Figure FDA0002974463510000031
其中，
Figure FDA0002974463510000032
为转向盘角速度；P为螺杆导程；dh为液压缸直径；N为流量安全系数；
步骤3.2.2，若流量需求qd＜a1·q1max，则保持开关式电磁阀(16)断开，同时液压泵驱动电机(22)目标工作转速n2target为0，a1为流量系数常数，q1max为液压泵(17)设计最大流量；
步骤3.2.3，若流量需求a1·q1max≤qd＜a2·q1max，则保持开关式电磁阀(16)断开，同时液压泵驱动电机(22)目标工作转速n2target为n2idle，n2idle计算方法为：
Figure FDA0002974463510000033
a2为流量系数常数，且满足0＜a1＜a2＜1；q0为电动液压泵(21)排量；
步骤3.2.4，若流量需求qd≥a2·q1max，则开关式电磁阀(16)导通，液压泵驱动电机(22)目标工作转速n2target计算方法为：
Figure FDA0002974463510000034
N*为理想流量安全系数。
4.根据权利要求3所述的一种双油泵式混合动力电控转向***的控制方法，其特征在于，所述工作总电流Isys的估算方法为：Isys＝Ihmd+Imd，Imd为助力电机(14)理想工作电流，Ihmd为液压泵驱动电机(22)的理想工作电流，
Figure FDA0002974463510000035
U为整车电源***电压，P1为液压泵驱动电机(22)的理想功率，P1＝ps·n2target·q0，ps为液压***工作压力。
5.根据权利要求4所述的一种双油泵式混合动力电控转向***的控制方法，其特征在于，所述整车理想***工作电流Igd的估算方法为：Igd＝Ig-Ihm-Im+Isys，Ihm为液压泵驱动电机(22)的实时工作电流；Ig为整车电源***实时工作电流。
6.根据权利要求5所述的一种双油泵式混合动力电控转向***的控制方法，其特征在于，决策超级电容器(24)工作状态及工作电流，具体方法如下：
步骤7.1：当Igd≤Ieco时，若超级电容器(24)的SOC＜E1，则超级电容器(24)进入充电模式m1，发电机通过双向DC-DC变换器(25)向超级电容器(24)充电的电流为Ic＝Ieco-Igd；否则，超级电容器(24)进入待机模式m0，超级电容器(24)工作电流为0；
步骤7.2：当
Figure FDA0002974463510000041
时，若超级电容器(24)的SOC＜E1，则超级电容器(24)进入充电模式m2，发电机通过双向DC-DC变换器(25)向超级电容器(24)充电的电流为Ic＝Icc；否则，超级电容器(24)进入待机模式m0；
步骤7.3：当c1·Ie≤Igd≤Imax时，超级电容器(24)进入放电模式m3，超级电容器(24)通过双向DC-DC变换器(25)向整车电源***释放的电流为Ir＝Igd-c1·Ie；
其中，Ieco为发电机工作效率最高时工作电流；Ie为发电机额定工作电流；Icc为超级电容器(24)效率最高时的充电电流；Ic为超级电容器(24)充电电流；Ir为超级电容器(24)放电电流；Imax为发电机最大输出电流；E1为超级电容器(24)的SOC阈值；c1为电流安全系数。
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