一種基于模糊控制的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及線控轉(zhuǎn)向領(lǐng)域，具體涉及一種基于模糊控制的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)普遍采用的方法是，在轉(zhuǎn)向盤機(jī)構(gòu)的輸出端和轉(zhuǎn)向器機(jī)構(gòu)的 輸入端加裝兩個(gè)電機(jī)，分別用來(lái)模擬行車過(guò)程中的路面、機(jī)械結(jié)構(gòu)的反饋引起的路感變化 和依據(jù)駕駛員意圖向轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)施加相應(yīng)的執(zhí)行力矩，由電子控制單元依據(jù)車輛的工況變化 對(duì)執(zhí)行電機(jī)和反饋電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。受車輛蓄電池電壓等電氣特性的限制，其執(zhí)行電機(jī) 輸出的最大執(zhí)行力矩較小，不能滿足大型客車等車輛的需求。
[0003] 復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)、電、液耦合的系統(tǒng)，ECU根據(jù)車速、駕駛員手力等輸入量以 及預(yù)設(shè)助力特性向電液助力模塊和電動(dòng)助力模塊發(fā)送指令，而電液助力模式與電動(dòng)助力模 式相比，在響應(yīng)速度上存在一定的遲滯。ECU在判斷復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)向模式以及在進(jìn)行 轉(zhuǎn)向模式切換時(shí)，可能出現(xiàn)ECU計(jì)算結(jié)果在模式切換閾值附近"跳動(dòng)"的情況，造成控制電動(dòng) 助力模塊的助力電機(jī)A轉(zhuǎn)速變化頻繁，導(dǎo)致復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作穩(wěn) 定性直接影響車輛行駛的安全性和操縱穩(wěn)定性。因此，對(duì)不同工況下的車輛助力特性進(jìn)行 綜合分析研究，建立相應(yīng)的模糊控制算法就變得極為迫切了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于模糊控制的線 控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法，通過(guò)采用復(fù)合助力，解決了現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。
[0005] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種基于模糊控制的線控 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向盤和車輪，其特征在于，轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、電子控制單 元、反饋電機(jī)減速機(jī)構(gòu)、反饋電機(jī)C、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向搖臂、電動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊、電控液壓轉(zhuǎn) 向模塊、轉(zhuǎn)向梯形臂；
[0006] 所述轉(zhuǎn)向盤連接轉(zhuǎn)向柱的力矩輸入端，轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器套在轉(zhuǎn)向柱上， 并與電子控制單元相連接;反饋力矩依次經(jīng)反饋電機(jī)C、反饋電機(jī)減速機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向柱輸出至 轉(zhuǎn)向盤;轉(zhuǎn)向力矩經(jīng)依次經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向梯形臂輸出至車輪；
[0007] 其中，所述電動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊包括執(zhí)行電機(jī)A、執(zhí)行電機(jī)A減速機(jī)構(gòu);所述電控液壓轉(zhuǎn)向 模塊包含:執(zhí)行電機(jī)B、轉(zhuǎn)向葉片栗、油箱、高壓油管、控制閥、回油油管；電子控制單元通過(guò) 電動(dòng)轉(zhuǎn)向控制電流e對(duì)執(zhí)行電機(jī)A進(jìn)行控制，執(zhí)行力矩經(jīng)執(zhí)行電機(jī)A減速機(jī)構(gòu)減速增矩后傳 遞給轉(zhuǎn)向柱；電子控制單元通過(guò)電控液壓轉(zhuǎn)向控制電流f對(duì)執(zhí)行電機(jī)B進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向 葉片栗工作，使油液經(jīng)由高壓油管流至控制閥、液壓助力缸，結(jié)束循環(huán)的工作液經(jīng)由回油油 管回流至油箱。
[0008] -種基于模糊控制的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，將車速信號(hào)、轉(zhuǎn)角傳 感器獲得的轉(zhuǎn)角信號(hào)、轉(zhuǎn)矩傳感器獲得的轉(zhuǎn)矩信號(hào)及側(cè)向加速度傳感器獲得的側(cè)擺加速度 信號(hào)傳遞給電子控制單元;電子控制單元對(duì)上述車速信號(hào)、轉(zhuǎn)角信號(hào)、轉(zhuǎn)矩信號(hào)和側(cè)擺加速 度信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算得到模式切換系數(shù)K，所述切換系數(shù)K的計(jì)算方法包括行車阻力矩和駕駛員 施加力矩。
[0009] 進(jìn)一步的，行車阻力矩通過(guò)下式計(jì)算：
[0010]
[0011] 其中：Θ為方向盤轉(zhuǎn)角;v為車速;ay為汽車側(cè)向加速度;b為主銷轉(zhuǎn)向節(jié)偏距;β為前 輪主銷內(nèi)傾角;r為輪胎半徑，R為轉(zhuǎn)彎半徑，γ為前輪主銷后傾角，ηι為轉(zhuǎn)向系正傳動(dòng)效率， d為轉(zhuǎn)向盤直徑，i ω為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比，F(xiàn)1S滿載前軸荷。
[0012] 進(jìn)一步的，切換系數(shù)K的計(jì)算方法如下：
[0013]
[0014] 其中：Θ代表方向盤轉(zhuǎn)角，V代表車速，ay代表汽車側(cè)向加速度，b代表主銷轉(zhuǎn)向節(jié)偏 距，β代表前輪主銷內(nèi)傾角，r代表輪胎半徑，R代表轉(zhuǎn)彎半徑，γ代表前輪主銷后傾角，m代 表轉(zhuǎn)向系正傳動(dòng)效率，d代表轉(zhuǎn)向盤直徑，iω代表轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比，F(xiàn) 1代表滿載前軸荷。
[0015] 進(jìn)一步的，包括切換系數(shù)計(jì)算模塊、電池 SOC估計(jì)模塊和模糊控制器模塊；
[0016] 所述模糊控制器模塊包括依次連接的輸入量模糊化單元、模糊推理單元和逆模糊 化單元;所述模糊控制器模塊的輸入變量為切換系數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)車輛運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算 出的切換系數(shù)K，以及電池 SOC估計(jì)模塊獲取的SOC參數(shù);模糊推理單元根據(jù)輸入量的大小， 通過(guò)模糊規(guī)則得出結(jié)論，最后使得復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在電動(dòng)模式單獨(dú)工作、電液模式單獨(dú)工作 以及電動(dòng)模式和電液模式協(xié)調(diào)工作的三種模式下進(jìn)行切換。
[0017] 有益效果:本發(fā)明提供的一種基于模糊控制的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法，現(xiàn)有 線控轉(zhuǎn)向技術(shù)采用的是電動(dòng)助力，目前只應(yīng)用在小型車上，但如果要用在大型車上的話，在 起步等工況會(huì)出現(xiàn)助力不足的情況;本發(fā)明通過(guò)采用復(fù)合助力的線控復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其模 式切換控制方法，在汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了多轉(zhuǎn)向模式功能，可依據(jù)不同工況進(jìn)行轉(zhuǎn) 向模式切換，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向輕便性和轉(zhuǎn)向路感的完美融合，而且還能將汽車線控轉(zhuǎn)向的經(jīng) 濟(jì)性與靈活性相結(jié)合，因此具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明推桿式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明模式切換控制方法的控制流程圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明模式切換原理圖
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022] 本發(fā)明本文采用的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的差別在于助力方式的不同，現(xiàn)有線控轉(zhuǎn)向技 術(shù)采用的是電動(dòng)助力，目前只應(yīng)用在小型車上，但如果要用在大型車上的話，在起步等工況 會(huì)出現(xiàn)助力不足的情況。通過(guò)采用復(fù)合助力，本發(fā)明解決了上述問(wèn)題。
[0023] 參照?qǐng)D1、圖2所示，本發(fā)明的一種復(fù)合線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括:轉(zhuǎn)向盤1、轉(zhuǎn)向柱2、轉(zhuǎn) 矩傳感器3、轉(zhuǎn)角傳感器4、電子控制單元5、反饋電機(jī)減速機(jī)構(gòu)6、反饋電機(jī)C 7、循環(huán)球式轉(zhuǎn) 向器/液壓助力缸8、轉(zhuǎn)向搖臂9、電動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊、電控液壓轉(zhuǎn)向模塊、轉(zhuǎn)向梯形臂IO、車輪11， 所述的轉(zhuǎn)向盤1連接轉(zhuǎn)向柱2的力矩輸入端，轉(zhuǎn)矩傳感器3、轉(zhuǎn)角傳感器4置于轉(zhuǎn)向盤1和轉(zhuǎn)向 柱2之間，并與電子控制單元4相連接，反饋力矩經(jīng)反饋電機(jī)C 7、反饋電機(jī)減速機(jī)構(gòu)6、轉(zhuǎn)向 柱2輸出至轉(zhuǎn)向盤1，轉(zhuǎn)向力矩經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂9、轉(zhuǎn)向梯形臂10輸出至車輪11;其中，所述的電動(dòng) 轉(zhuǎn)向模塊包含:執(zhí)行電機(jī)A 12、執(zhí)行電機(jī)A減速機(jī)構(gòu)13;所述的電控液壓轉(zhuǎn)向模塊包含:執(zhí)行 電機(jī)B 14、轉(zhuǎn)向葉片栗15、油箱16、高壓油管17、控制閥18、回油油管19;電子控制單元5通過(guò) 電動(dòng)轉(zhuǎn)向控制電流e對(duì)執(zhí)行電機(jī)A 12進(jìn)行控制，執(zhí)行力矩經(jīng)執(zhí)行電機(jī)A減速機(jī)構(gòu)13減速增矩 后傳遞給轉(zhuǎn)向柱；電子控制單元5通過(guò)電控液壓轉(zhuǎn)向控制電流f對(duì)執(zhí)行電機(jī)B 14進(jìn)行控制， 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向葉片栗15工作，使油液經(jīng)由高壓油管17流至控制閥18、液壓助力缸，結(jié)束循環(huán)的工 作液經(jīng)由回油油管19回流至油箱16。
[0024] 本發(fā)明對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合設(shè)計(jì)及控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向模式 切換功能，電子控制單元5根據(jù)轉(zhuǎn)角傳感器4獲得的轉(zhuǎn)角信號(hào)b、轉(zhuǎn)矩傳感器3獲得的轉(zhuǎn)矩信 號(hào)a、側(cè)向加速度傳感器獲得的側(cè)擺加速度信號(hào)d以及車速信號(hào)c計(jì)算得