電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的隨速可變助力特性設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具體是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的隨速可變助力特性設(shè) 計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前大部分的汽車(chē)仍然采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS)，此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性是 固定的，即轉(zhuǎn)向助力大小不隨車(chē)速的變化而相應(yīng)地調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)HPS助力特性時(shí)如果注重低 速轉(zhuǎn)向輕便性，汽車(chē)高速轉(zhuǎn)向時(shí)，由于轉(zhuǎn)向助力大，駕駛員就會(huì)感覺(jué)路感不清晰，感覺(jué)汽車(chē) "發(fā)飄"，這樣汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性就得不到保證；如果注重高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，那 么助力特性在小操縱轉(zhuǎn)矩區(qū)更平、更長(zhǎng)，犧牲了低速轉(zhuǎn)向的輕便性來(lái)提高高速轉(zhuǎn)向的安全 性，但是低速轉(zhuǎn)向時(shí)就會(huì)感覺(jué)沉重。
[0003] 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS)和電動(dòng)液壓助力系統(tǒng)（EHPS)能使汽車(chē)在低速轉(zhuǎn)向時(shí)輕 便，高速轉(zhuǎn)向時(shí)穩(wěn)定，但是由于其功率有限，不適用于前軸負(fù)荷較大的重型車(chē)輛。電控液壓 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ECHPS)在HPS基礎(chǔ)上加裝電子執(zhí)行裝置，使進(jìn)入轉(zhuǎn)閥的流量隨行駛工況的 變化而變化，助力也相應(yīng)變化，從而實(shí)現(xiàn)低速轉(zhuǎn)向輕便，高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定的目標(biāo)。ECHPS的動(dòng)力 源依然是發(fā)動(dòng)機(jī)，因此適用于重型車(chē)輛。
[0004] 駕駛員在各車(chē)速下的轉(zhuǎn)向手感和路感取決于ECHPS的助力特性，ECHPS在各車(chē)速 下的助力特性與轉(zhuǎn)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)、進(jìn)入轉(zhuǎn)閥的流量有關(guān)，因此為了保證駕駛員在各車(chē)速下 轉(zhuǎn)向時(shí)均具有良好的手感和路感，設(shè)計(jì)ECHPS的隨速可變助力特性時(shí)就要以駕駛員在各車(chē) 速下偏好的轉(zhuǎn)向力矩為依據(jù)，然后再根據(jù)各車(chē)速下的轉(zhuǎn)向阻力矩算出助力轉(zhuǎn)矩，由各車(chē)速 下偏好轉(zhuǎn)向力矩和助力轉(zhuǎn)矩優(yōu)化轉(zhuǎn)閥參數(shù)和進(jìn)入轉(zhuǎn)閥的流量，這樣得出隨速可變的助力特 性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的隨速可變助力特 性設(shè)計(jì)方法。
[0006] -種電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的隨速可變助力特性設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :確定各車(chē)速下駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向力矩；
[0008] 步驟2 :把各車(chē)速下等效到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向阻力矩與偏好的轉(zhuǎn)向力矩相減得到助 力轉(zhuǎn)矩；
[0009] 步驟3 :根據(jù)助力轉(zhuǎn)矩與偏好的轉(zhuǎn)向力矩計(jì)算出助力特性曲線的特征點(diǎn)，以助力 特性曲線盡可能靠近特征點(diǎn)為目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)閥參數(shù)和進(jìn)入轉(zhuǎn)閥的流量；
[0010] 步驟：4 :由優(yōu)化的參數(shù)和流量生成隨速可變助力特性曲線。
[0011] 進(jìn)一步的，所述步驟1中駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向力矩通過(guò)下述方法得到：
[0012] 步驟I. 1 :在原車(chē)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)閥的進(jìn)口與出口并聯(lián)電液比例閥，通過(guò)控制器 控制比例閥的開(kāi)度從而調(diào)節(jié)助力大?。?br>[0013] 步驟I. 2 :選擇20名駕駛員依次駕駛大客車(chē)分別進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向和車(chē)速為20Km/h、 40Km/h、60Km/h、80Km/h、100Km/h的圓周運(yùn)動(dòng)，調(diào)整轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)角使每個(gè)車(chē)速下的側(cè)向加速 度為〇. 3g(g代表重力加速度），駕駛員輕微轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，感受轉(zhuǎn)向力矩，如果感覺(jué)不合適， 調(diào)節(jié)比例閥直到駕駛員找到滿意的轉(zhuǎn)向力矩，記錄下結(jié)果，最終對(duì)多名駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向 力矩求平均，得到各車(chē)速下大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向力矩。
[0014] 進(jìn)一步的，所述步驟2中各車(chē)速下等效到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向阻力矩運(yùn)用建模、仿真 的方法得到：
[0015] 步驟2. 1 :建立樣車(chē)的二自由度整車(chē)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向阻力矩的數(shù)學(xué)模型；
[0016] 步驟2. 2 :搭建各系統(tǒng)在MATLAB/Simulink環(huán)境下的仿真模型；
[0017] 步驟2. 3 :根據(jù)原地轉(zhuǎn)向阻力矩的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算原地轉(zhuǎn)向時(shí)等效到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn) 向阻力矩；
[0018] 步驟2. 4:以正弦變化的轉(zhuǎn)向力矩為仿真模型的輸入，在無(wú)液壓助力的條件下分 別進(jìn)行車(chē)速為20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h、100Km/h時(shí)的仿真，取側(cè)向加速度為0. 3g(g 代表重力加速度）時(shí)的轉(zhuǎn)向力矩為相應(yīng)車(chē)速下的等效轉(zhuǎn)向阻力矩。
[0019] 進(jìn)一步的，所述步驟3中助力特性曲線特征點(diǎn)通過(guò)下述方法得到：
[0020] a、從轉(zhuǎn)向輕便性的角度，通常原地轉(zhuǎn)向時(shí)偏好的轉(zhuǎn)向力矩Thtl取為3. 5N. m，由原地 轉(zhuǎn)向的等效轉(zhuǎn)向阻力矩減去轉(zhuǎn)向力矩得到原地轉(zhuǎn)向的助力轉(zhuǎn)矩，由助力轉(zhuǎn)矩根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出助力油壓P。，由此得到〇Km/h下助力特性曲線的特征點(diǎn)（ThQ, Ptl);
[0021] b、其他典型車(chē)速下仿真的等效轉(zhuǎn)向阻力矩與試驗(yàn)的駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向力矩相 減得到相應(yīng)車(chē)速下的助力轉(zhuǎn)矩，由助力轉(zhuǎn)矩根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出助力油壓 Δρ20、Δρ40、Δρ60、Δρ80、Δρ 100,由此得到各車(chē)速下助力特性曲線的特征點(diǎn)（Τ_ Δρ20)、 (Th40，A Ρ40)、（Th60，A Ρ60)、（Th80，A Ρ80)、（ThlOO，A PlOO)。
[0022] 進(jìn)一步的，所述步驟3中轉(zhuǎn)閥參數(shù)和進(jìn)入轉(zhuǎn)閥流量的優(yōu)化方法如下，
[0023] 步驟 3. 1 :選取優(yōu)化變量為：x = (L1W1L2W2Qi)Ti = 0, 1，…，5
[0024] 目標(biāo)函數(shù)為：f (X) = η?ηΣ (Api-A1Pi)2I = 0, 1，…，5
[0025] 其中，Qi為典型車(chē)速下轉(zhuǎn)閥的流量，Api為典型車(chē)速下、偏好的轉(zhuǎn)向力矩下計(jì)算的 助力油壓，Δ' Pi為各典型車(chē)速下的特征助力油壓，W1為短切口寬度，W2為預(yù)開(kāi)間隙寬度， L1為短切口軸向長(zhǎng)度，L2為預(yù)開(kāi)間隙長(zhǎng)度；
[0026] 約束條件為各變量的取值范圍：L1 (le_3m~le_2m)，W1 (le_4m~le_3m)， L2 (le_2m ~3e_2m)，W2 (le_4m ~le_3m)，Qi (0 ~3e_4m3/s);
[0027] 步驟3. 2 :應(yīng)用Matlab優(yōu)化工具箱中的最小二乘曲線擬合函數(shù)lsqcurvefit 求解優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，計(jì)算過(guò)程中采用Levenberg-Marquardt算法，得到優(yōu)化的轉(zhuǎn)閥參數(shù) 和轉(zhuǎn)閥流量，由優(yōu)化的轉(zhuǎn)閥參數(shù)和轉(zhuǎn)閥流量結(jié)合助力特性公式作出助力特性曲線，具體 是：在Matlab的workspace中產(chǎn)生兩個(gè)向量xdata和ydata，各自向量分別由特征點(diǎn)的 橫坐標(biāo)值和縱坐標(biāo)值組成；在Matlab軟件的命令窗口輸入cftool調(diào)出Curve Fitting Tool ;將向量xdata和ydata加載后形成數(shù)據(jù)集；在Fit Editor中輸入擬合函數(shù)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的隨速可變助力特性設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下 步驟： 步驟1:確定各車(chē)速下駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向力矩； 步驟2 :把各車(chē)速下等效到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向阻力矩與偏好的轉(zhuǎn)向力矩相減得到助力轉(zhuǎn) 矩； 步驟3 :根據(jù)助力轉(zhuǎn)矩與偏好的轉(zhuǎn)向力矩計(jì)算出助力特性曲線的特征點(diǎn)，以助力特性 曲線盡可能靠近特征點(diǎn)為目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)閥參數(shù)和進(jìn)入轉(zhuǎn)閥的流量； 步驟：4 :由優(yōu)化的參數(shù)和流量生成隨速可變助力特性曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的隨速可變助力特性設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述步驟1中駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向力矩通過(guò)下述方法得到： 步驟1. 1 :在原車(chē)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)閥的進(jìn)口與出口并聯(lián)電液比例閥，通過(guò)控制器控制 比例閥的開(kāi)度從而調(diào)節(jié)助力大??； 步驟1. 2 :選擇20名駕駛員依次駕駛大客車(chē)分別進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向和車(chē)速為20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h、100Km/h的圓周運(yùn)動(dòng)，調(diào)整轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)角使每個(gè)車(chē)速下的側(cè)向加速度為 〇.3g，駕駛員輕微轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，感受轉(zhuǎn)向力矩，如果感覺(jué)不合適，調(diào)節(jié)比例閥直到駕駛員找 到滿意的轉(zhuǎn)向力矩，記錄下結(jié)果，最終對(duì)多名駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向力矩求平均，得到各車(chē)速下 大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向力矩Th。、T^、Th4Q、Th6Q、T_、ThlQQ。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的隨速可變助力特性設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述步驟2中各車(chē)速下等效到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向阻力矩運(yùn)用建模、仿真的方法 得到： 步驟2. 1 :建立樣車(chē)的二自由度整車(chē)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向阻力矩的數(shù)學(xué)模型； 步驟2. 2 :搭建各系統(tǒng)在MATLAB/Simulink環(huán)境下的仿真模型； 步驟2. 3 :根據(jù)原地轉(zhuǎn)向阻力矩的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算原地轉(zhuǎn)向時(shí)等效到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向阻 力矩； 步驟2. 4:以正弦變化的轉(zhuǎn)向力矩為仿真模型的輸入，在無(wú)液壓助力的條件下分別進(jìn) 行車(chē)速為20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h、100Km/h時(shí)的仿真，取側(cè)向加速度為0. 3g時(shí)的轉(zhuǎn) 向力矩為相應(yīng)車(chē)速下的等效轉(zhuǎn)向阻力矩。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的隨速可變助力特性設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述步驟3中助力特性曲線特征點(diǎn)通過(guò)下述方法得到： a、 從轉(zhuǎn)向輕便性的角度，通常原地轉(zhuǎn)向時(shí)偏好的轉(zhuǎn)向力矩Th(l取為3. 5N.m，由原地轉(zhuǎn)向 的等效轉(zhuǎn)向阻力矩減去轉(zhuǎn)向力矩得到原地轉(zhuǎn)向的助力轉(zhuǎn)矩，由助力轉(zhuǎn)矩根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù) 學(xué)模型計(jì)算出助力油壓Ap。，由此得到〇Km/h下助力特性曲線的特征點(diǎn)（Thcl,ApQ); b、 其他典型車(chē)速下仿真的等效轉(zhuǎn)向阻力矩與試驗(yàn)的駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向力矩相減 得到相應(yīng)車(chē)速下的助力轉(zhuǎn)矩，由助力轉(zhuǎn)矩根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出助力油壓 Ap20、Ap40、Ap60、Ap80、Ap，由此得到各車(chē)速下助力特性曲線的特征點(diǎn)（Th20,Ap20)、 (Th40，AP40)、（Th60，AP60)、（Th80，AP80)、（ThlOO，APlOO)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的隨速可變助力特性設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述步驟3中轉(zhuǎn)閥參數(shù)和進(jìn)入轉(zhuǎn)閥流量的優(yōu)化方法如下， 步驟 3. 1 :選取優(yōu)化變量為：x=(QAL2W2Qi)Ti= 0, 20, 40, 60, 80, 100 目標(biāo)函數(shù)為：f(X) =min2 (APi-A'Pi)2i= 0, 1，…，5 其中，Qi為典型車(chē)速下轉(zhuǎn)閥的流量，APi為典型車(chē)速下、偏好的轉(zhuǎn)向力矩下計(jì)算的助力 油壓，A'Pi為各典型車(chē)速下的特征助力油壓，^為短切口寬度，W2為預(yù)開(kāi)間隙寬度， 短切口軸向長(zhǎng)度，L2為預(yù)開(kāi)間隙長(zhǎng)度； 約束條件為各變量的取值范圍：Ljle-Sm~le_2m)，~le_3m)，L2(le_2m~ 3e_2m)，W2 (le_4m~le_3m)，Qi(0 ~3e_4m3/s); 步驟3. 2 :應(yīng)用Matlab優(yōu)化工具箱中的最小二乘曲線擬合函數(shù)lsqcurvefit求解優(yōu)化 數(shù)學(xué)模型，計(jì)算過(guò)程中采用Levenberg-Marquardt算法，得到優(yōu)化的轉(zhuǎn)閥參數(shù)和轉(zhuǎn)閥流量， 由優(yōu)化的轉(zhuǎn)閥參數(shù)和轉(zhuǎn)閥流量結(jié)合助力特性公式作出助力特性曲線，具體如下： 在Matlab的workspace中產(chǎn)生兩個(gè)向量xdata和ydata，各自向量分別由特征點(diǎn)的 橫坐標(biāo)值和縱坐標(biāo)值組成；在Matlab軟件的命令窗口輸入cftool調(diào)出CurveFitting Tool;將向量xdata和ydata加載后形成數(shù)據(jù)集；在FitEditor中輸入擬合函數(shù)
同時(shí)加入各系數(shù)的約束條件；在Fitoptions中選擇算法為 Levenberg-Marquardt;最后執(zhí)行優(yōu)化，得到擬合函數(shù)中的各系數(shù)，即轉(zhuǎn)閥參數(shù)和轉(zhuǎn)閥流量， 由優(yōu)化的轉(zhuǎn)閥參數(shù)和轉(zhuǎn)閥流量結(jié)合助力特性公式作出助力特性曲線。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨速可變助力特性的設(shè)計(jì)方法，首先確定各車(chē)速下駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向力矩，然后把各車(chē)速下等效到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向阻力矩與偏好的轉(zhuǎn)向力矩相減得到助力轉(zhuǎn)矩，根據(jù)助力轉(zhuǎn)矩與偏好的轉(zhuǎn)向力矩計(jì)算出助力特性曲線的特征點(diǎn)，以助力特性曲線盡可能靠近特征點(diǎn)為目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)閥參數(shù)和進(jìn)入轉(zhuǎn)閥的流量，最后由優(yōu)化的參數(shù)和流量生成可變助力特性曲線?；诖朔椒ㄔO(shè)計(jì)的助力特性可以保證駕駛員在不同車(chē)速下轉(zhuǎn)向時(shí)都具有良好的手感和路感，可以為電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略的制定提供依據(jù)。
【IPC分類(lèi)】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104699891
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510010383
【發(fā)明人】唐斌, 江浩斌, 耿國(guó)慶, 華一丁
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日