一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置，包括：包括转向盘、转向轴、转向盘转矩传感器、转向盘转角传感器、助力电机、蜗轮蜗杆减速机构、齿轮齿条转向器、左转向横拉杆、右转向横拉杆、左前轮、左轮毂电机、右前轮、右轮毂电机、主协调控制模块、差动助力转向控制模块、滑转率控制模块以及电动助力转向控制模块。本发明专利技术还公开了一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置的控制方法，包括：采集数据，根据监测数据进入节能转向模式、安全转向模式和失效保护模式。

Compound energy saving power steering device of electric wheel drive vehicle and control method thereof

The invention discloses an electric wheel driven automobile compound energy saving steering device, including a steering wheel, a steering shaft, a steering wheel torque sensor, a steering wheel angle sensor, a power auxiliary motor, a worm gear and worm gear reducer, a gear rack steering gear, a left steering cross rod, a right steering cross rod, a left front wheel, and a left wheel. The hub motor, right front wheel, right wheel hub motor, main coordination control module, differential power steering control module, slip rate control module and electric power steering control module. The invention also discloses a control method of an electric wheel driven automobile compound energy saving power steering device, including data acquisition, into the energy saving steering mode, safety steering mode and failure protection mode according to the monitoring data.

【技术实现步骤摘要】
一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置及其控制方法
本专利技术涉及汽车
，具体涉及一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置及其控制方法。
技术介绍
电动轮独立驱动汽车省去了传统汽车的传动系统，动力直接由安装在车轮内或者轮边的轮毂电机或轮边电机提供以驱动车轮。电动轮驱动汽车结构简单，节省了空间，更易实现先进底盘动力学集成控制。电动助力转向(EPS)系统利用助力电机实现助力，可实现随速可调助力大小，是现在无论传统汽车还是电动汽车运用最广泛的助力系统。但电动助力转向系统也有其自身缺点，即助力电机加减速器的转动惯量会降低大转矩助力需求时的动态响应品质，存在迟滞和超调的响应问题，另外助力电机运转噪声也会通过转向盘传递到驾驶员较为敏感的手部，影响驾驶感觉和品质，故目前EPS系统依然可以挖掘其节能的潜力。另外现阶段对于电动车而言，节能是其重要研究重点。除此之外，电动助力转向系统当转向电机失效时，则转向系统无法提供可靠的助力，特别对于大型车辆而言，有很大的安全隐患。差动助力转向(DifferentialDriveAssistSteering,DDAS)技术即基于电动轮独立驱动汽车平台提出的一种转向助力新技术。差动助力转向充分利用电动轮驱动汽车各车轮转矩可独立控制的特点，利用左右前轮不同转矩产生的转矩差来实现对转向的助力。差动助力转向系统省去了传统助力转向系统助力输出部件，只需要以软件的形式集成于原有整车驱动控制器中，结构紧凑，占用空间小，降低了成本和汽车质量同时差动助力转向在助力的同时可减小转弯阻力，同时使两前轮的驱动电机工作在效率更高的工作点，因此能够一定程度上节省能量消耗，提高电动汽车续驶里程。但差动助力转向作为一种间接助力转向方式在需求大助力转矩需求时，如原地转向等工况助力的性能和品质较差，另外路面不平引起的噪声机理也会影响DDAS系统的助力矩输出的平稳性，同时相比较EPS系统，DDAS工作时会一定程度上增加轮胎磨损。专利申请2016111665807提出了一种电动轮驱动汽车的多模式转向系统及控制方法，该系统将电动助力的电机的转子与转向轴同轴固连，增大了转向轴的转向惯量，降低大转矩助力需求时的动态响应品质，存在迟滞和超调的响应问题。同时无减速机构，使所需的助力电机体积增大，另外该系统未考虑转向系统能耗的问题。
技术实现思路
本专利技术设计开发了一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置，通过差动助力转向与电动助力转向系统的组合减少转弯阻力以及优化电机工作点实现降低整个系统能耗的目的。本专利技术设计开发了一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置的控制方法，通过本控制方法实现对差动助力转向与电动助力转向的协调控制，有效的降低转向时汽车的总能耗，实线节能的目的。本专利技术提供的技术方案为：一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置，包括：转向盘；转向轴，其连接所述转向盘中心，并在在所述转向轴上安装转角传感器和转矩传感器；减速机构，其输出端连接所述转向轴；助力电机，其连接所述减速机构的输入端；转向器，其连接所述转向轴下端，并且在所述转向器两端分别通过横拉杆连接车轮；电子控制装置，其电联所述转角传感器、所述转矩传感器和整车CAN总线；其中，所述电子控制装置包括主协调控制装置、电动助力转向控制装置，差动助力转向控制装置和滑转率控制装置；所述电动助力转向控制电联所述助力电机；所述滑转率控制装置电联所述车轮中的轮毂电机。优选的是，所述减速机构设置为蜗轮蜗杆结构。优选的是，所述转向器为齿条齿轮转向器；其中，所述齿条齿轮转向器的转向齿轮连接所述转向轴的下端；以及所述齿条齿轮转向器的齿条与所述转向齿轮啮合传动，并且所述齿条连接所述横拉杆。优选的是，所述横拉杆通过球头销与所述车轮的转向节相连。一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置的控制方法，使用所述的转向装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、对助力电机进行判断，如果助力电机失效，则电子控制装置进入失效保护控制模式；如果助力电机运行正常，则进行数据采集，包括横摆角速度ωr、车速v，质心侧偏角β、质心侧偏角速度和路面附着系数μ；步骤二、根据所述路面附着系数μ确定稳定域边界参数值B1、B2，并且根据所述稳定域边界参数值B1、B2进行相平面稳定域计算，如果时，则电子控制装置进入节能转向模式，如果时，则电子控制装置进入安全转向模式；其中，所述节能转向模式包括：监测转向盘转矩Tsw、车速v、转向盘转角δsw以及总的驱动需求力矩Tg；根据所述转向盘转角δsw和车速v的不同取值，通过第一优化目标函数得到差动助力转向工作权重系数值k的不同初始取值，并进行数据整理得到优化后的初始值kc；其中，优化过程使第一优化目标函数取值最小；所述第一优化目标函数为式中，T1为左前轮的电机输出力矩；n1为左前轮的输出转速；T2为右前轮的电机输出力矩；n2为右前轮的输出转速；a1、a2、a3分别为权重系数；Tt为助力电机的输出转矩；nt为助力电机的输出转速；a1、a2、a3分别为权重系数；λ1，λ2，λt分别为左前轮电机、右前轮电机以及助力电机的效率；根据所述初始值kc通过第二优化目标函数进行工作权重系数值k的寻优；其中，其中，优化过程使第二优化目标函数取值最小；所述第二优化目标函数为工作权重系数值k的约束方程为c1kc≤k≤c2kc；式中，Tg为主协调控制模块根据车速和目标车速差值计算出的总驱动力矩，Tz为差动助力转向控制模块所决策出的助力所需的前轮差动力矩，b1，b2，bt分别为相应的优化权重系数，c1和c2分别为优化边界系数；确定前轮差动力矩Tz和助力电机所需的控制电压信号，根据所述工作权重系数值k确定最终输出前轮助力需求差动力矩ΔTz，将总的驱动力矩Tg、差动助力转向控制器输出所需的横摆力矩分配给两个前轮，并通过轮滑转率控制装置进行修正，助力电机输出助力力矩经转向系统传动机构作用至转向盘上。优选的是，所述安全转向模式包括：监测转向盘转矩Tsw、车速v、转向盘转角δsw，根据所述转向盘转角δsw和车速v得到理想转向盘转矩Tswd；将所述转向盘转矩Tsw和所述理想转向盘转矩Tswd的差值输入电动助力转向控制装置，通过模糊PID计算助力电机的控制电压信号，并将电压信号输送至助力电机，输出助力力矩。优选的是，所述失效保护转向模式包括：监测转向盘转矩Tsw、车速v、转向盘转角δsw和总的驱动需求力矩Tg跟据所述转向盘转角δsw和车速v得到理想转向盘转矩Tswd；将所述转向盘转矩Tsw和所述理想转向盘转矩Tswd的差值输入差动助力转向控制装置，通过PID计算需求的前轮的差动力矩值Tz，并计算出左右前轮需求的力矩值；将计算出的左前轮和右前轮的需求力矩值分别输入各车轮的滑转率控制装置进行修正，将修正后的前轮需求力矩值输出至轮毂电机进行控制。优选的是，确定前轮差动力矩Tz通过差动助力转向控制装置进行输出，所述差动助力转向控制装置采用PID控制器；以及确定助力电机所需的控制电压信号通过电动助力转向控制装置进行输出，所述电动助力转向控制装置采用模糊PID控制器。优选的是，前轮差动力矩ΔTz通过如下公式进行计算：式中，Ti(i＝1,2)分别为左前轮、右前轮输出转矩。优选的是，对所述轮滑转率控制装置进行修正过程包括：实时计算每个车轮的滑转率，同时实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置，其特征在于，包括：转向盘；转向轴，其连接所述转向盘中心，并在在所述转向轴上安装转角传感器和转矩传感器；减速机构，其输出端连接所述转向轴；助力电机，其连接所述减速机构的输入端；转向器，其连接所述转向轴下端，并且在所述转向器两端分别通过横拉杆连接车轮；电子控制装置，其电联所述转角传感器、所述转矩传感器和整车CAN总线；其中，所述电子控制装置包括主协调控制装置、电动助力转向控制装置，差动助力转向控制装置和滑转率控制装置；所述电动助力转向控制电联所述助力电机；所述滑转率控制装置电联所述车轮中的轮毂电机。

【技术特征摘要】
1.一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置，其特征在于，包括：转向盘；转向轴，其连接所述转向盘中心，并在在所述转向轴上安装转角传感器和转矩传感器；减速机构，其输出端连接所述转向轴；助力电机，其连接所述减速机构的输入端；转向器，其连接所述转向轴下端，并且在所述转向器两端分别通过横拉杆连接车轮；电子控制装置，其电联所述转角传感器、所述转矩传感器和整车CAN总线；其中，所述电子控制装置包括主协调控制装置、电动助力转向控制装置，差动助力转向控制装置和滑转率控制装置；所述电动助力转向控制电联所述助力电机；所述滑转率控制装置电联所述车轮中的轮毂电机。2.如权利要求1所述的电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置，其特征在于，所述减速机构设置为蜗轮蜗杆结构。3.如权利要求1或2所述的电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置，其特征在于，所述转向器为齿条齿轮转向器；其中，所述齿条齿轮转向器的转向齿轮连接所述转向轴的下端；以及所述齿条齿轮转向器的齿条与所述转向齿轮啮合传动，并且所述齿条连接所述横拉杆。4.如权利要求3所述的电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置，其特征在于，所述横拉杆通过球头销与所述车轮的转向节相连。5.一种电动轮驱动汽车复合节能助力转向装置的控制方法，使用权利要求1-4所述的转向装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、对助力电机进行判断，如果助力电机失效，则电子控制装置进入失效保护控制模式；如果助力电机运行正常，则进行数据采集，包括横摆角速度ωr、车速v，质心侧偏角β、质心侧偏角速度和路面附着系数μ；步骤二、根据所述路面附着系数μ确定稳定域边界参数值B1、B2，并且根据所述稳定域边界参数值B1、B2进行相平面稳定域计算，如果时，则电子控制装置进入节能转向模式，如果时，则电子控制装置进入安全转向模式；其中，所述节能转向模式包括：监测转向盘转矩Tsw、车速v、转向盘转角δsw以及总的驱动需求力矩Tg；根据所述转向盘转角δsw和车速v的不同取值，通过第一优化目标函数得到差动助力转向工作权重系数值k的不同初始取值，并进行数据整理得到优化后的初始值kc；其中，优化过程使第一优化目标函数取值最小；所述第一优化目标函数为式中，T1为左前轮的电机输出力矩；n1为左前轮的输出转速；T2为右前轮的电机输出力矩；n2为右前轮的输出转速；a1、a2、a3分别为权重系数；Tt为助力电机的输出转矩；nt为助力电机的输出转速；a1、a2、a3分别为权重系数；λ1，λ2，λt分别为左前轮电机、右前轮电机以及助力电机的效率；根据所述初始值kc通过第二优化目标函数进行工作权重系数值k的寻优；其中，其中，优化过程使第二优化目标函数取值最小；所述第二优化目标函数为工作权重系数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军年，罗正，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22