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一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源的匹配方法组成比例

技术编号:19704399 阅读:32 留言:0更新日期:2018-12-08 14:51
本发明专利技术公开一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源的匹配方法,试验采集方向盘转角、车速、时间,对数据处理得到完成单次转向的最长时间tdmax及两次转向间隔的最短时间tjmin;由转向阻力矩随车速变化的解析式求得临界车速与临界转向功率Pseps;根据原地转向阻力距求得转向助力电机所需输出的极限转向功率PMmax;综合tdmax、tjmin、Pseps、PMmax,基于放电需求计算得到超级电容组容值的范围,基于充电需求确定超级电容组的容值;再计算超级电容组的充、放电限制功率,结合整车电器最大用电负荷、临界转向功率匹配整车电源的输出功率。本发明专利技术有利于快速匹配重型商用车EPS复合电源中的整车电源与超级电容,使其在满足使用要求的前提下,功率分配更合理,从而提高复合电源的能源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源的匹配方法
本专利技术涉及汽车转向
,具体是一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源的匹配方法。
技术介绍
与液压助力转向系统(HPS)相比,电动助力转向系统(EPS)因其优良的性能和较低的能耗,已在轻型车辆上得到广泛应用。而重型商用车前轴载荷大,低速转向时转向系统所需克服的转向阻力矩大,使得整车电源系统不能满足低速转向EPS助力电机所需的功率,因此现有的EPS方案不适用于重型商用车。尽管重型商用车在原地转向所需的转向功率很大,但是其大部分时间处于中、高速行驶状态,相应的转向阻力矩较小,若应用EPS,整车电源系统完全能满足转向功率需求。超级电容具备瞬时大功率充放电的特性,将超级电容与整车电源构成复合电源可以同时具备高的功率密度与能量密度,可以满足EPS的低速转向功率需求。日本专利(JP-A-2007-223510)公开了一种利用超级电容作为辅助电源的EPS系统,并给出了辅助电源介入工作的条件。中国专利(CN201180034669.7)公开了一种基于复合电源的EPS系统的故障检测电路,并给出了故障检测与处理方法。中国专利(CN201410080799.X)提出了一种基于超级电容器的汽车电子助力转向系统,并在恶劣路况转向时超级电容配合主电源提供驱动电流,提升助力功率。以上专利虽然提出了基于复合电源EPS的应用,但是对于复合电源中两类电源的匹配未做说明。在重型商用车EPS复合电源系统中,整车电源增加了两个负载-EPS助力电机和超级电容,故整车电源的输出功率需重新匹配;超级电容组的容值一方面要满足使用需求,另一方面又影响整车电源的输出功率,故需要匹配超级电容组的容值。
技术实现思路
为了精确匹配重型商用车EPS复合电源中整车电源的输出功率以及超级电容组的容值,同时提高复合电源的利用率,本专利技术提供了一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源匹配方法。一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源的匹配方法,包括如下步骤:步骤1:对重型商用车进行道路试验,采集数据并处理得到完成单次转向所需的最长时间tdmax以及两次转向间隔的最短时间tjmin;道路试验采集数据并且处理数据的具体步骤如下:步骤1.1:在选定的试验车辆上装备车速仪及测力方向盘,采集某一运营周期内的方向盘转角、车速、时间;步骤1.2:根据转角-时间历程图,得出单次转向所需的时间td以及前一次转向完成至下一次转向开始的间隔时间tj;步骤1.3:根据车速-时间历程图,统计得出低于临界车速vc下,单次转向所需的最长时间tdmax,两次转向完成的最短间隔时间tjmin,若间隔时间与其前后两次完成转向所需的时间相加之和小于tdmax,则此间隔时间不予考虑。步骤2:仿真与试验得出转向阻力矩随车速变化的解析式T=f(v),并根据该解析式求得临界转向车速vc与临界转向功率Pseps;临界车速vc与临界转向功率Pseps通过以下步骤获得:步骤2.1:结合原地转向阻力矩、前轮定位参数引起的回正力矩和轮胎/路面低速转向的摩擦力矩综合计算出汽车的低速转向阻力矩;针对某款小型车辆,搭建转向系统模型进行低速转向阻力矩的仿真,通过与实车试验对比,对模型进行验证与优化;步骤2.2:由优化后的模型仿真得到重型商用车的低速转向阻力矩,并采用最小二乘法拟合得到转向阻力矩随车速变化的解析式步骤2.3:对解析式T=f(v)求导得出转向阻力矩随车速的变化率,以变化率极大值对应的车速作为临界转向车速vc;步骤2.4:根据转向阻力矩与车速的解析式T=f(v),得出临界车速vc下的转向阻力矩并计算临界转向功率其中ωm为助力电机的额定转速,ηr为转向器的传动效率,Gr为转向器传动比,ηm为电机及其减速机构的传动效率,Gm为电机传动比,Fz为前轴载荷,L为轮胎接地印记圆的直径,c为主销偏距,β为主销内倾角,θh为转向盘转角,Gs为转向系统的传动比。步骤3:根据原地转向阻力距求得转向助力电机所需输出的极限转向功率PMmax;极限转向功率PMmax的获取过程为:由原地转向半经验公式计算出原地转向阻力矩此时转向电机所需输出的转矩最大,计算此工况下转向电机所需提供的功率,即为极限转向功率PMmax,其中f为轮胎与地面的滑动摩擦系数,G1为前轴载荷,p为轮胎胎压,ωm为助力电机的额定转速,ηr为转向器的传动效率,Gr为转向器传动比,ηm为电机及其减速机构的传动效率,Gm为电机传动比。步骤4:综合所求的tdmax、tjmin、Pseps、PMmax,基于放电需求计算得到超级电容组容值C的范围,基于充电需求确定超级电容组的容值;超级电容组容值C,通过以下步骤获得:步骤4.1基于放电需求计算得出超级电容组的容值C的范围:其中N为超级电容组的单体个数,Csc为超级电容单体的容值,Uscmax、Uscmin分别为超级电容单体高效放电区间的最高电压与最低电压;步骤4.2确定超级电容组的容值C;选取超级电容组容值范围内的最小值为初始值C0,验证C0是否满足充电需求,即:其中R0为超级电容组C0的内阻;若上式成立,则证明该超级电容组可以在规定的时间内完成充电,因此该超级电容组满足EPS所需的充放电需求;若上式不成立,即该超级电容组不符合充放电需求,则在容值范围内重新选择超级电容组的容值。步骤5:计算超级电容组的充电限制功率P充limit、放电限制功率P放limit,并结合整车电器最大用电负荷Ploadmax、临界转向功率Pseps匹配整车电源的输出功率PS;所述整车电源输出功率PS通过以下步骤获得:步骤5.1:计算超级电容组的充电限制电流I充limit与放电限制电流I放limit:其中,Uscmid为超级电容单体电压区间的中值,Rc为选定的超级电容组的电阻,η充、η放分别为所选定的超级电容组充、放电的效率;步骤5.2:根据I充limit、I放limit计算超级电容组的充电限制功率P充limit与放电限制功率P放limit:步骤5.3:匹配整车电源输出功率PS:即可求出整车电源输出功率PS的范围,考虑成本因素,选择PS范围内的最小值为所匹配的整车电源输出功率。一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源的匹配方法,所述复合电源包括整车电源、超级电容组以及DC/DC变换器,超级电容组与DC/DC变换器串联后再与整车电源并联,整车电源作为主要电源,超级电容器与双DC/DC变换器串联构成辅助电源;所述复合电源有两种供电模式:当车速低于临界车速vc转向时,系统处于复合电源供电模式,整车电源和超级电容组共同为转向助力电机提供转向功率;当车速高于临界车速vc时,系统处于整车电源供电模式,其中,转向工况下,整车电源单独为转向助力电机提供转向功率,直行工况下,整车电源给超级电容充电。本专利技术的有益效果是:本专利技术根据道路试验与转向阻力矩试验所得的数据与结果,确定超级电容的容值,更具实际意义;而且在充分考虑了超级电容的充放电需求的基础上匹配整车电源的输出功率,使得所构成的复合电源在满足使用要求的前提下,功率分配更合理,从而提升复合电源的利用率。附图说明图1为复合电源电动助力转向组成原理图;图2复合电源电动助力转向系统的供电模式图;图3基于功率需求的重型商用车EPS复合电源匹配流程图。图4为车速/转角随本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源的匹配方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:对重型商用车进行道路试验,采集数据并处理得到完成单次转向所需的最长时间tdmax以及两次转向间隔的最短时间tjmin;步骤2:仿真与试验得出转向阻力矩随车速变化的解析式T=f(v),并根据该解析式求得临界转向车速vc与临界转向功率Pseps;步骤3:根据原地转向阻力距求得转向助力电机所需输出的极限转向功率PMmax;步骤4:综合所求的tdmax、tjmin、Pseps、PMmax,基于放电需求计算得到超级电容组容值C的范围,基于充电需求确定超级电容组的容值;步骤5:计算超级电容组的充电限制功率P充limit、放电限制功率P放limit,并结合整车电器最大用电负荷Ploadmax、临界转向功率Pseps匹配整车电源的输出功率PS。

【技术特征摘要】
1.一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源的匹配方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:对重型商用车进行道路试验,采集数据并处理得到完成单次转向所需的最长时间tdmax以及两次转向间隔的最短时间tjmin;步骤2:仿真与试验得出转向阻力矩随车速变化的解析式T=f(v),并根据该解析式求得临界转向车速vc与临界转向功率Pseps;步骤3:根据原地转向阻力距求得转向助力电机所需输出的极限转向功率PMmax;步骤4:综合所求的tdmax、tjmin、Pseps、PMmax,基于放电需求计算得到超级电容组容值C的范围,基于充电需求确定超级电容组的容值;步骤5:计算超级电容组的充电限制功率P充limit、放电限制功率P放limit,并结合整车电器最大用电负荷Ploadmax、临界转向功率Pseps匹配整车电源的输出功率PS。2.根据权利要求1所述的一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源的匹配方法,其特征在于,所述步骤1中道路试验采集数据并且处理数据的具体步骤如下:步骤1.1:在选定的试验车辆上装备车速仪及测力方向盘,采集某一运营周期内的方向盘转角、车速、时间;步骤1.2:根据转角-时间历程图,得出单次转向所需的时间td以及前一次转向完成至下一次转向开始的间隔时间tj;步骤1.3:根据车速-时间历程图,统计得出低于临界车速vc下,单次转向所需的最长时间tdmax,两次转向完成的最短间隔时间tjmin,若间隔时间与其前后两次完成转向所需的时间相加之和小于tdmax,则此间隔时间不予考虑。3.根据权利要求1所述的一种基于功率需求的重型商用车EPS复合电源的匹配方法,其特征在于,所述步骤2中临界车速vc与临界转向功率Pseps通过以下步骤获得:步骤2.1:结合原地转向阻力矩、前轮定位参数引起的回正力矩和轮胎/路面低速转向的摩擦力矩综合计算出汽车的低速转向阻力矩;针对某款小型车辆,搭建转向系统模型进行低速转向阻力矩的仿真,通过与实车试验对比,对模型进行验证与优化;步骤2.2:由优化后的模型仿真得到重型商用车的低速转向阻力矩,并采用最小二乘法拟合得到转向阻力矩随车速变化的解析式步骤2.3:对解析式T=f(v)求导得出转向阻力矩随车速的变化率,以变化率极大值对应的车速作为临界转向车速vc;步骤2.4:根据转向阻力矩与车速的解析式T=f(v),得出临界车速vc下的转向阻力矩并计算临界转向功率其中ωm为助力电机的额定转速,ηr为转向器的传动效率,Gr为转向器传动比,ηm为电机及其减速机构的传动效率,Gm为电机传动比,Fz为前轴载荷,L为轮胎接地印记圆的直径,c为主销偏距,β为主销内倾角,θh为转向盘转角,Gs为转向系统的传动比。4.根据权利要求1所述的一种基于功率需求的重型商用车E...

【专利技术属性】
技术研发人员:唐斌张迪徐森黄映秋江浩斌袁朝春盘朝奉马世典尹晨辉曹冬
申请(专利权)人:江苏大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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