本发明属于汽车控制系统，更确切地说，本发明涉及液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法。
背景技术：
：重型商用车由于常常运行在泥泞、积水、沙地等低附着系数路面，车辆行驶工况复杂多变，因此容易导致驱动力不足而发生驱动轮打滑的情况。运用液压辅助驱动技术可以解决这一问题，通过在车辆前轮轮毂中安装液压轮毂马达，可以适时地给车辆提供辅助驱动力，使车辆从传统的后轮驱动车辆变为四轮驱动车辆。这种运用液压辅助驱动技术的轮毂液压混合动力系统，加装蓄能器储能装置后，更在节能减排方面发挥优势。重型商用车由于其自重大、路况复杂，对车辆助力转向系统的轻便性、安全性及助力特性也提出了更高的要求。凭借轮毂液压混合动力系统的特点，设计一套液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法，将有效发挥液压轮毂马达的优势，提高车辆助力转向系统的性能。日本、欧美等的一些车企如力士乐、波克兰、MAN等公司都已相继推出了自己的液压辅助驱动车辆，并将其成功运用于实车。而近几年，为充分运用液压驱动系统的突出优势以满足实际工程需要，国内学者也对液压辅助驱动系统展开了相关研究。如中国专利公布号为CN104859424A，公布日为2015-08-26，公开了一种液压轮毂马达辅助驱动系统。该辅助驱动系统采用了液压泵、液压控制阀组及液压马达构成的闭式回路，能够有效提高车辆在低附着路面上的动力性。中国专利公布号为CN107176204A，公布日为2017-09-19，公开了一种液压轮毂马达辅助差动助力转向系统。该系统可以通过液压控制单元对轮毂马达进行主动控制，实现马达的助力转向功能，提高重型商用车的转向性能。然而，现有专利并未提出对轮毂液压辅助驱动系统如何进行差动助力转向控制的确切方法。针对轮毂液压辅助驱动系统的特点，制定相应的差动助力转向控制方法，对优化重型商用车的转向特性，提高车辆助力转向的轻便性和安全性都有重要意义。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是克服现有液压辅助驱动重型商用车仅靠传统液压助力转向系统无法保证更高转向助力轻便性和安全性要求等问题，提供了一种液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法。为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：包括下列步骤：第一步，助力特性曲线的确定首先确定转向系总助力规律为：左右前轮总差动转矩ΔT随转向盘转矩TSW的增大而增大，左右前轮总差动转矩ΔT随车速V的增大而减小；然后基于工程经验及试验数据的曲线拟合法，确定转向系总期望助力特性曲线，即左右前轮总差动转矩ΔT分别和转向盘转矩TSW、车速V的关系曲线；接着对传统液压助力转向系统的转向试验数据进行拟合，得到传统液压助力转向系统的助力特性曲线，即传统液压助力转向系统产生的左右前轮差动转矩ΔTt分别和转向盘转矩TSW、车速V的关系曲线；接下来将确定的转向系总期望助力特性曲线和传统液压助力转向系统的助力特性曲线分别制成表征差动转矩和转向盘转矩、车速关系的助力特性数据表格。第二步，查表得液压轮毂马达辅助差动转矩来自转向盘转矩传感器的转向盘转矩信号TSW和来自车速传感器的车速信号V，经过查表运算，即根据第一步中的转向系总期望助力特性表和传统液压助力转向系统的助力特性表得到左右前轮总差动转矩ΔT和传统液压助力转向系统产生的左右前轮差动转矩ΔTt。根据公式(1)得到液压轮毂马达辅助差动转矩ΔTd＝ΔT-ΔTt(1)式中，ΔTd——液压轮毂马达辅助差动转矩ΔT——左右前轮总差动转矩ΔTt——传统液压助力转向系统产生的左右前轮差动转矩若此刻ΔTd大于0，则液压轮毂马达辅助差动转矩提供转向助力。若此刻ΔTd小于0，则液压轮毂马达辅助差动转矩提供转向阻力。第三步，制定电磁阀开度前馈控制利用台架试验标定在一定需求液压轮毂马达辅助差动转矩ΔTd下的左右轮液压马达的控制电磁阀Vl和Vr的开度值差值Δθf。将开度值差值绘制成表格进行查表，如表1所示，表1需求液压轮毂马达辅助差动转矩和左右电磁阀的开度值差值的对应关系表经第二步得到液压轮毂马达辅助差动转矩ΔTd之后，再根据表1得到左右电磁阀的开度值差值Δθf，作为前馈控制的目标开度值差值。第四步，制定电磁阀开度反馈控制利用左右轮马达转矩传感器得到的左右轮马达实际转矩信号作差可得实际左右轮马达转矩差ΔTdact，结合第二步得到液压轮毂马达辅助差动转矩ΔTd，利用公式(2)计算得到期望马达差动转矩ΔTd和实际马达转矩差ΔTdact的差值为e(t)＝ΔTd-ΔTdact(2)接着，连续状态下的PID算法可以写成式中，k——比例系数Ti——积分时间常数Td——微分时间常数将式(3)离散化后，得式中，u(k)——PID调节输出的电磁阀修正开度值差值，作为反馈控制的目标开度值修正差值Δθbe(k)、e(k-1)——当前时刻和上一时刻期望马达差动转矩ΔTd和实际马达转矩差ΔTdact的误差值T——采样时间第五步，前馈控制开度差值和反馈控制开度差值相加由第三步得到的前馈控制的目标开度值差值Δθf和第四步得到的反馈控制的目标开度值修正差值Δθb相加，记为最终电磁阀目标开度值差值Δθ。第六步，计算每个电磁阀开度值当左转向时，规定Δθ>0，即令Δθ＝θr–θl>0(5)式中，Δθ——最终电磁阀目标开度值差值θr——右轮马达电磁阀开度值，∈[0,1]θl——左轮马达电磁阀开度值，∈[0,1]由第五步得到的当前时刻最终电磁阀目标开度值差值Δθ，并根据式(5)，结合上一时刻电磁阀开度值，得到当前时刻左右电磁阀目标开度值，通过发送控制指令控制左右电磁阀的开度，实现液压轮毂马达辅助差动助力转向。若上一时刻左右电磁阀都以全开度工作，即θl’＝θr’＝1，其中θl’为上一时刻左轮马达电磁阀开度值，θr’为上一时刻右轮马达电磁阀开度值，则当前时刻电磁阀开度值θr＝1，θl＝1-Δθ；若上一时刻左右电磁阀都关闭，即θl’＝θr’＝0，则当前时刻电磁阀开度值θr＝Δθ，θl＝0。当右转向时，用同样的方法可以得到每个电磁阀的开度值。本发明第一步中，采用曲线拟合法确定助力特性曲线是指：首先确定助力特性曲线的影响因素主要考虑两个参数，一个是转向盘转矩TSW，另一个是车速V。接着把曲线型助力特性表示为I(TSW,V)＝F(TSW)×G(V)(6)式中，F(TSW)——左右前轮差动转矩随转向盘转矩变化函数G(V)——随车速变化的助力系数曲线然后通过对典型工况的实验数据,分别对F(TSW)和G(V)进行拟合,并做成数据表2和表3，最后由式(6)得到助力特性曲线。表2不同车速下的助力系数G(V)数据表车速V1V2V3……Vn助力系数G(V)1G(V)2G(V)3……G(V)n表3左右前轮差动转矩与转向盘转矩的关系表本发明第二步中，还包括故障处理：控制器读取转向盘转矩、车速、转向系统故障等信号。若判断仅液压轮毂马达辅助差动助力转向系统(HMDS)故障，则直接退出液压轮毂马达辅助差动助力转向控制程序，采用传统液压助力转向系统(THPS)进行转向；若判断仅传统液压助力转向系统故障，则转向系左右前轮总差动转矩ΔT全部由液压轮毂马达辅助差动转矩ΔTd来提供，即ΔTd＝ΔT；若判断液压轮毂马达辅助差动助力转向系统和传统液压助力转向系统都没有故障，则ΔTd＝ΔT-ΔTt；若判断液压轮毂马达辅助差动助力转向系统和传统液压助力转向系统都发生故障，则直接退出液压轮毂马达辅助差动助力转向控制程序。与现有技术相比本发明的有益效果是：1.本发明所述的一种液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法是在轮毂液压辅助驱动系统基础上设计了一套控制方法实现辅助差动助力转向功能，无需对原系统进行过多的改造，且充分发挥了液压系统的高比功率、技术成熟、改造成本低等优点；2.本发明所述的一种液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法在保留传统重型商用车的液压助力转向系统的基础上，控制液压马达介入辅助差动助力转向，减轻了原液压助力转向系统的设计负担，通过液压马达的主动调节也使转向助力特性更加优化；3.本发明所述的一种液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法采用传统液压助力转向系统和轮毂马达辅助差动助力转向系统相结合的方法，能够在其中一个系统故障的情况下继续提供转向助力，保证了助力转向系统的轻便性和安全性；4.本发明所述的一种液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法采用前馈控制和反馈控制相结合的方法，保证了控制算法的快速性和准确性；5.本发明所述的一种液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法对液压混合动力重型车辆的能源进行了有效分配利用，在一定程度上减小了转向时的寄生功率损失，达到了节能的效果。附图说明下面结合附图对本发明作进一步的说明：图1为本发明所述液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法逻辑图；图2为本发明所述控制方法所能够控制的一种轮毂马达液压驱动系统的结构示意图；图中各标号所代表的部件为：1.液压泵组件；2.右电磁阀；3.左电磁阀；4.右液动换向阀；5.左液动换向阀；6.右轮毂液压马达；7.左轮毂液压马达；8.右转向轮；9.左转向轮；10.传统液压助力转向系统；11.方向盘；12.液压控制器HCU；图3为本发明所述控制方法的转向助力补偿图解示意图；图4为本发明所述控制方法的故障处理程序流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明作详细的描述：本发明公开了一种液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法，采用一个连接在整车CAN总线上的控制器，称为液压系统控制器，该控制器通过CAN总线与连接在总线上的整车电控部件通信。该控制器接收来自转向盘转矩传感器的转向盘转矩信号TSW、来自车速传感器的车速信号V、来自车轮处液压马达转矩传感器的马达转矩信号等输入信号，同时发送左右电磁阀开度值的控制指令信号。该控制系统的基本原理是通过主动控制液压马达输出转矩，控制左右驱动轮转矩产生较大差值，从而经车轮动力学及轮胎力学产生左右两侧纵向驱动力差，转向车轮的主销横向偏移距的存在，致使这种驱动力差产生绕主销的驱动转向力矩，它与驾驶员输入转向力矩及传统液压助力转向系统的转向力一起克服车轮的回正力矩及转向系摩擦力矩，产生驾驶员期望的车轮转向角，完成转向助力过程。它的核心包含前馈控制和反馈控制相结合的控制方法及故障处理程序。该控制系统运用于装载轮毂液压辅助驱动系统的车辆，驾驶员在启动轮毂液压辅助驱动系统之后，无需任何操作，控制器自动实现辅助差动助力转向功能，能有效改善整车转向性能。接下来就具体说明实现液压轮毂马达辅助差动助力转向控制的设计和控制器控制思路。参阅图1，本发明所述的一种液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法包括液压轮毂马达辅助差动转矩计算、电磁阀开度前馈控制+反馈控制算法和每个电磁阀开度计算。下面分步具体叙述液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法。包括下列步骤：第一步，助力特性曲线的确定(图1中①所示位置)参阅图1，首先明确转向助力的基本要求是：随转向盘转矩的增加，助力应增加，以使转向轻便；随车速的升高，助力应减小，以保持高速转向时的路感。因此确定转向系总助力规律为：左右前轮总差动转矩ΔT随转向盘转矩TSW的增大而增大，左右前轮总差动转矩ΔT随车速V的增大而减小。然后基于工程经验及试验数据的曲线拟合法，确定转向系总期望助力特性曲线，即左右前轮总差动转矩ΔT分别和转向盘转矩TSW、车速V的关系曲线。接着对传统液压助力转向系统的转向试验数据进行拟合，得到传统液压助力转向系统的助力特性曲线，即传统液压助力转向系统产生的左右前轮差动转矩ΔTt分别和转向盘转矩TSW、车速V的关系曲线。接下来将确定的转向系总期望助力特性曲线和传统液压助力转向系统的助力特性曲线分别制成表征差动转矩和转向盘转矩、车速关系的助力特性数据表格。第二步，查表得液压轮毂马达辅助差动转矩(图1中①所示位置)控制器接收来自转向盘转矩传感器的转向盘转矩信号TSW和来自车速传感器的车速信号V，经过滤波等数据处理之后进行查表运算，即根据第一步中的转向系总期望助力特性表和传统液压助力转向系统的助力特性表得到左右前轮总差动转矩ΔT和传统液压助力转向系统产生的左右前轮差动转矩ΔTt。根据公式(1)得到液压轮毂马达辅助差动转矩ΔTd＝ΔT-ΔTt(1)式中，ΔTd——液压轮毂马达辅助差动转矩ΔT——左右前轮总差动转矩ΔTt——传统液压助力转向系统产生的左右前轮差动转矩参阅图3，以某一车速下为例，上式表示的是整车转向助力转矩由液压轮毂马达辅助差动助力转向系统和传统液压助力转向系统共同承担，传统液压助力转向系统在正常工作情况下提供原系统助力转矩，根据制定的转向系总期望助力特性曲线，不足的部分转矩由液压轮毂马达辅助差动助力转向系统提供。若此刻ΔTd大于0，则液压轮毂马达辅助差动转矩提供转向助力；若此刻ΔTd小于0，则液压轮毂马达辅助差动转矩提供转向阻力。但最终的目标都是将总差动转矩控制在转向系总期望助力特性曲线附近。第三步，制定电磁阀开度前馈控制(图1中②所示位置)参阅图1，第二步得到的液压轮毂马达辅助差动转矩需要经过计算转化成与执行器电磁阀直接相关的量。于是利用台架试验标定在一定需求液压轮毂马达辅助差动转矩ΔTd下的左右轮液压马达的控制电磁阀Vl和Vr的开度值差值Δθf。令左转向时为正，右转向时为负，由于左右转向仅差一个符号，故本发明以左转向为例说明方法，右转向类似，不再说明。将开度值差值绘制成表格进行查表，如表1所示，表1需求液压轮毂马达辅助差动转矩和左右电磁阀的开度值差值的对应关系表经第二步得到液压轮毂马达辅助差动转矩ΔTd之后，再根据表1得到左右电磁阀的开度值差值Δθf，作为前馈控制的目标开度值差值。第四步，制定电磁阀开度反馈控制(图1中③所示位置)利用左右轮马达转矩传感器得到的左右轮马达实际转矩信号作差可得实际左右轮马达转矩差ΔTdact，结合第二步得到液压轮毂马达辅助差动转矩ΔTd，利用公式(2)计算得到期望马达差动转矩ΔTd和实际马达转矩差ΔTdact的差值为e(t)＝ΔTd-ΔTdact(2)接着，运用PID算法对目标电磁阀开度进行反馈控制。连续状态下的PID算法可以写成式中，k——比例系数Ti——积分时间常数Td——微分时间常数将式(3)离散化后，得式中，u(k)——PID调节输出的电磁阀修正开度值差值，作为反馈控制的目标开度值修正差值Δθbe(k)、e(k-1)——当前时刻和上一时刻期望马达差动转矩ΔTd和实际马达转矩差ΔTdact的误差值T——采样时间第五步，前馈控制开度差值和反馈控制开度差值相加由第三步得到的前馈控制的目标开度值差值Δθf和第四步得到的反馈控制的目标开度值修正差值Δθb相加，记为最终电磁阀目标开度值差值Δθ。通过前馈控制和反馈PID控制，保证了控制系统的快速性和准确性。第六步，计算每个电磁阀开度值(图1中④所示位置)由第五步得到了电磁阀目标开度值差值Δθ，但最终作用到电磁阀上的是每个电磁阀的开度值，需要计算每个电磁阀当前时刻需求的开度值。当左转向时，规定Δθ>0，即令Δθ＝θr–θl>0(5)式中，Δθ——最终电磁阀目标开度值差值θr——右轮马达电磁阀开度值，∈[0,1]θl——左轮马达电磁阀开度值，∈[0,1]由第五步得到的当前时刻最终电磁阀目标开度值差值Δθ，并根据式(5)，结合上一时刻电磁阀开度值，得到当前时刻左右电磁阀目标开度值，通过发送控制指令控制左右电磁阀的开度，实现液压轮毂马达辅助差动助力转向。比如，若上一时刻左右电磁阀都以全开度工作，即θl’＝θr’＝1，其中θl’为上一时刻左轮马达电磁阀开度值，θr’为上一时刻右轮马达电磁阀开度值，则当前时刻电磁阀开度值θr＝1，θl＝1-Δθ；若上一时刻左右电磁阀都关闭，即θl’＝θr’＝0，则当前时刻电磁阀开度值θr＝Δθ，θl＝0。当右转向时，用同样的方法可以得到每个电磁阀的开度值。本发明第一步中，采用曲线拟合法确定助力特性曲线指的是：首先确定助力特性曲线的影响因素主要考虑两个参数，一个是转向盘转矩TSW，另一个是车速V；接着把曲线型助力特性表示为I(TSW,V)＝F(TSW)×G(V)(6)式中，F(TSW)——左右前轮差动转矩随转向盘转矩变化函数G(V)——随车速变化的助力系数曲线然后通过对典型工况的实验数据,分别对F(TSW)和G(V)进行拟合,并做成数据表2和表3，最后由式(6)得到助力特性曲线。表2不同车速下的助力系数G(V)数据表车速V1V2V3……Vn助力系数G(V)1G(V)2G(V)3……G(V)n表3左右前轮差动转矩与转向盘转矩的关系表本发明所提确定助力特性曲线的曲线拟合法并非确定助力特性曲线的唯一方法，本发明同样适用于其他方式确定的助力特性曲线。本发明第二步中，还包括故障处理：参阅图4，本发明采用传统液压助力转向系统和液压轮毂马达辅助差动助力转向系统相结合的方法，当其中某一系统故障失效后，另一系统仍可以正常提供转向助力。控制器读取转向盘转矩、车速、转向系统故障等信号。若判断仅液压轮毂马达辅助差动助力转向系统(HMDS)故障，则直接退出液压轮毂马达辅助差动助力转向控制程序，采用传统液压助力转向系统(THPS)进行转向；若判断仅传统液压助力转向系统故障，则转向系左右前轮总差动转矩ΔT全部由液压轮毂马达辅助差动转矩ΔTd来提供，即ΔTd＝ΔT；若判断液压轮毂马达辅助差动助力转向系统和传统液压助力转向系统都没有故障，则ΔTd＝ΔT-ΔTt，且当ΔTd大于0时，液压轮毂马达辅助差动转矩提供转向助力，当ΔTd小于0时，液压轮毂马达辅助差动转矩提供转向阻力。若判断液压轮毂马达辅助差动助力转向系统和传统液压助力转向系统都发生故障，则直接退出液压轮毂马达辅助差动助力转向控制程序，整车失去转向能力。图2是一种可以使用本发明所述液压轮毂马达辅助差动助力转向控制方法进行辅助助力转向调节的一套动力系统。当前第1页1 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