复合电源EPS的能量动态控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种复合电源EPS的能量动态控制系统及方法，首先采集整车电器(除转向电机和超级电容)的实时工作电流，通过当前方向盘转矩和车速计算转向电机目标电流，通过发电机的额定电流与上面两电流之和的差值，判断超级电容的充电、放电状态。超级电容充电时，通过对充电电流的动态调整，使发电机处于最优工作区间，并基于当前的超级电容SOC限制其最大充电电流；超级电容放电时，通过对放电电流的动态调整，使发电机处于最优工作区间，并基于当前超级电容的SOC限制最大放电电流。基于此方法设计的超级电容充放电控制策略在满足EPS使用功能的前提下，可以使发电机在任何工况下都处于或者尽量靠近其最优工作区间，从而提升能源转化效率，降低能源消耗。

Energy dynamic control system and method of compound power EPS

The invention provides an energy dynamic control system and a method for EPS of composite power supply. First, the real-time working current of vehicle electrical apparatus (except steering motor and supercapacitor) is collected, the target current of steering motor is calculated by the current steering torque and speed, and the difference between the rated current of generator and the sum of the above two currents is judged. The charging and discharging state of ultracapacitor. When supercapacitor charges, the generator is in the optimum working range by adjusting the charging current dynamically, and the maximum charging current is limited based on the current supercapacitor SOC. When supercapacitor discharges, the generator is in the optimum working range by adjusting the discharging current dynamically, and is based on the current supercapacitor SOC. C limits the maximum discharge current. Super capacitor charging and discharging control strategy designed based on this method can make the generator in or as close as possible to its optimal operating range under any working condition under the premise of meeting the EPS function, thus improving energy conversion efficiency and reducing energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
复合电源EPS的能量动态控制系统及方法
本专利技术涉及汽车转向
，尤其是用于商用车复合电源EPS的能量动态控制系统及方法。
技术介绍
近年来，电动助力转向系统(ElectricPowerSteering，EPS)以其安全、节能、环保的优点广泛应用于乘用车和轻型商用车。EPS通过电机提供转向助力，助力大小由软件程序控制，可以方便地实现随速可变助力特性，有助于提高车辆的操纵稳定性，同时非转向工况下几乎不消耗电能，极大降低了能源消耗。由于具有上述的优点，转向系统的电动化，即电动助力转向(EPS)将是转向系统发展的方向。EPS已成功应用于轻型商用车，然而重型商用车前轴载荷大，所需的转向功率较大，整车电源系统无法满足转向功率的需求，因而限制了EPS在重型商用车领域的应用。因此，研究适用于重型商用车的EPS新方案并解决新方案存在的科学问题和技术难题，具有重要的研究价值和现实意义。超级电容作为一种新型的电源，具有充放电迅速，可实现大电流快速放电；动态性能好，循环效率高达90％～95％；控制简单、绿色环保等优点，因此，超级电容近年来较多的被用于发动机的启停辅助以及电动汽车的辅助电源等方面，以超级电容为辅助电源而构成的复合电源EPS的研究也在逐渐兴起。作为电动助力转向系统应用的有效解决方案，国内外有部分学者已经对由超级电容配合整车电源而构成的复合电源EPS做过相关的研究。中国专利(CN103003134B)提出了一种检测具有主电源和辅助电源的EPS电源输出故障的系统及方法，实现对EPS尺寸和成本的降低；中国专利(CN103818329B)提出了一种由主电源对超级电容充电，并在恶劣路况转向时超级电容配合主电源提供驱动电流的方法；专利(JP2003320942A)提出了一种利用电容作为辅助电源的复合电源的电动助力转向系统，在低速工况时提供助力，以此减小主电源的容量并提高系统的适应性；专利(JP2007223510A)提出了一种延长辅助电源的工作时间，并且可较为方便的进行控制的电动助力转向辅助电源控制设备。以上专利均没有从能量分配和系统工作效率方面，对复合电源电动助力转向系统的设计与控制方法进行设计与改进。
技术实现思路
为了解决由于整车电源与超级电容能量调控不合理，导致转向助力不均衡和能源浪费的问题，本专利技术提供了一种复合电源EPS的能量动态控制系统及方法，针对运用超级电容的复合电源电动助力转向系统，以能量均衡和提升能源转化效率为出发点，进行了控制策略与方法的改进，通过对电流的动态控制，以达到高效、节能的目的，为基于复合电源的EPS在重型商用车上的应用提供了一种合理有效的解决方案。一种复合电源EPS的能量动态控制系统及方法，包括以下步骤：步骤1：采集整车用电器(除转向电机和超级电容)的实时用电电流IEB，转向助力电机的目标助力电流IM；步骤2：通过计算发电机额定电流ID与(IEB+IM)的差值I，判定超级电容的充电、放电状态；步骤3：计算出此时超级电容的SOC；步骤4：当超级电容处于充电状态时，由此时超级电容的SOC计算出最大充电电流I1；当超级电容处于放电状态时，由此时超级电容的SOC计算出最大放电电流I2；步骤5：通过计算发电机最优工作区的发电电流I'D与(IEB+IM)的差值，得到差值电流I'；步骤6：计算超级电容的充放电电流IC；步骤7：控制整车电源及超级电容工作状态，包括整车电源供电状态或整车电源及超级电容供电状态或超级电容供电状态。进一步的，所述步骤1中整车用电器的实时用电电流IEB，转向电机的目标助力电流IM通过下述方法得到：步骤1.1：整车用电器(不包括转向电机和超级电容)的实时用电电流IEB，可以通过在发电机各供电支路添加电流采样电路采集并求和得到；步骤1.2：电动助力转向系统控制器接收到方向盘的转矩T、转角信号θ和车速信号V，通过目标电流控制算法计算出当前转向电机的目标助力电流IM。目标电流的控制算法为：构建电动助力转向系统的系统动力学模型，并在MATLAB/SIMULINK中进行模型的搭建；对系统模型输入不同的方向盘转矩、转角以及车速等工况条件，仿真得到对应行驶工况下输出的汽车转向阻力矩；汽车转向阻力矩减去不同工况下驾驶员的方向盘操作力矩，即为转向助力电机应当提供的助力力矩；由助力力矩结合电机的电磁转矩系数可计算得到电机的目标助力电流；由方向盘转矩、转角以及车速与目标助力电流的对应关系，构建不同行驶工况下的转向电机目标助力电流的计算函数：I＝f(T,θ,V)；在方向盘转矩转角以及车速已知的情况下，就可以通过该计算函数得到实时的目标助力电流。进一步的，所述步骤2中发电机额定电流ID与(IEB+IM)的差值I计算和超级电容充电、放电状态判定通过下述方法得到：步骤2.1：通过发电机参数表查阅发电机的额定电流ID；步骤2.2：差值I的计算公式为：I＝ID-(IEB+IM)步骤2.3：超级电容充电、放电状态判定：当差值I大于零时，转向控制器通过PWM调控DC-DC变换器进行升压，超级电容处于充电状态；当差值I小于等于零时，转向控制器通过PWM调控DC-DC变换器进行降压，超级电容处于放电状态；进一步的，所述步骤3中超级电容的SOC通过下述方法得到：步骤3.1：通过超级电容的充电、放电试验测试，得到超级电容充满电时的最高电压值Vmax和放完电的最低电压值Vmin；步骤3.2：在超级电容端添加电压采样电路，测量得到超级电容当前的电压值V；步骤3.3：超级电容的SOC通过下式计算：SOC＝(V-Vmin)/(Vmax-Vmin)进一步的，所述步骤4中超级电容充电时的最大充电电流I1和超级电容放电时最大放电电流I2通过下述方法得到：步骤4.1：当超级电容处于充电状态时，若在两次极低速转向的最小间隔时间内把超级电容的电量充满，则可以通过下式计算得到超级电容的平均充电电流I'1：SOC+(Tjmin*I'1)/Q＝1式中：Tjmin为汽车两次极低速转向的最小时间间隔，通过汽车道路试验测试得到；Q为所选用超级电容的容量。由上式计算得到的平均充电电流作为限制的超级电容最大充电电流，则最大充电电流I1的计算公式如下：I1＝(1-SOC)*Q/Tjmin步骤4.2：当超级电容处于放电状态时，为了使超级电容能够工作在高效区，超级电容的放电深度不能过大，选取SOC'作为超级电容的最低荷电状态。若在单次极低速转向的最长时间内，超级电容放电到了最低荷电状态，则可以通过下式计算得到超级电容的平均放电电流I'2：SOC-(Tmax*I'2)/Q＝SOC'式中：Tmax为汽车单次极低速转向的最长时间，通过汽车道路试验测试得到；SOC'为保证超级电容性能而控制的超级电容放电的最低电量；Q为所选用超级电容的容量。由上式计算得到的平均放电电流作为限制的超级电容最大放电电流，则最大放电电流I2的计算公式如下：I2＝(SOC-SOC')*Q/Tmax进一步的，所述步骤5中差值电流I'的值通过下述方法得到：步骤5.1：发电机最优工作区的发电电流I'D通过对发电机进行效率测试得到；步骤5.2：发电机最优工作区的发电电流I'D与(IEB+IM)的计算公式如下：I'＝I'D-(IEB+IM)进一步，所述步骤6中超级电容的充放电电流通过下述方法得到：步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复合电源EPS的能量动态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集除转向电机和超级电容之外的整车用电器的实时用电电流IEB及转向助力电机的目标助力电流IM；步骤2：通过计算发电机的额定电流ID与(IEB+IM)的差值I，判定超级电容的充电、放电状态；步骤3：计算此时超级电容的SOC；步骤4：当超级电容处于充电或放电状态时，由相应状态时超级电容的SOC计算出最大充电电流I1或最大放电电流I2；步骤5：计算发电机最优工作区的发电电流I'D与(IEB+IM)的差值，得到差值电流I'；步骤6：计算超级电容的充电、放电电流IC；步骤7：由超级电容的充放电状态控制整车电源及超级电容工作状态。

【技术特征摘要】
1.复合电源EPS的能量动态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集除转向电机和超级电容之外的整车用电器的实时用电电流IEB及转向助力电机的目标助力电流IM；步骤2：通过计算发电机的额定电流ID与(IEB+IM)的差值I，判定超级电容的充电、放电状态；步骤3：计算此时超级电容的SOC；步骤4：当超级电容处于充电或放电状态时，由相应状态时超级电容的SOC计算出最大充电电流I1或最大放电电流I2；步骤5：计算发电机最优工作区的发电电流I'D与(IEB+IM)的差值，得到差值电流I'；步骤6：计算超级电容的充电、放电电流IC；步骤7：由超级电容的充放电状态控制整车电源及超级电容工作状态。2.根据权利要求1所述的复合电源EPS的能量动态控制方法，其特征在于，所述步骤1中数据采集的方法如下：步骤1.1：除转向电机和超级电容之外的整车用电器的实时用电电流IEB，通过在发电机各供电支路添加电流采样电路采集并求和得到；步骤1.2：转向控制器接收到方向盘的转矩T、转角信号θ和车速信号V，通过目标电流控制算法计算出当前转向电机的目标助力电流IM。3.根据权利要求1所述的复合电源EPS的能量动态控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：步骤2.1：通过发电机参数表查阅发电机的额定电流ID；步骤2.2：判定超级电容充电、放电状态：当差值I大于零时，转向控制器通过PWM调控DC-DC变换器进行升压，超级电容处于充电状态；当差值I小于等于零时，转向控制器通过PWM调控DC-DC变换器进行降压，超级电容处于放电状态。4.根据权利要求1所述的复合电源EPS的能量动态控制方法，其特征在于，所述步骤3中计算SOC通过下述步骤得到：步骤3.1：通过超级电容的充电、放电试验测试，得到超级电容充满电时的最高电压值Vmax和放完电的最低电压值Vmin；步骤3.2：在超级电容端添加电压采样电路，测量得到超级电容当前的电压值V；步骤3.3：超级电容的SOC通过公式计算：SOC＝(V-Vmin)/(Vmax-Vmin)。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐斌，黄映秋，江浩斌，张迪，袁朝春，蔡英凤，耿国庆，盘朝奉，马世典，曹冬，尹晨辉，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32