基于动态切换阈值的复合电源EPS多模式切换方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于汽车转向系统领域，具体涉及一种基于动态切换阈值的复合电源EPS多模式切换方法及装置；统计得到整车电器负载功率的波动范围，求取临界车速和临界转角的变化区间；以整车电器负载的实时功率和超级电容的SOC作为模糊控制器的输入，以临界车速和临界转角作为模糊控制器的输出，利用模糊控制器实现对多模式切换阈值即临界车速和临界转角的动态调整；判定复合电源EPS系统的工作模式并进行对应的模式切换，推动循环球转向器工作；基于此方法设计的动态调整过程，可以对多模式切换阈值即临界车速vS和临界转角θHS进行实时的动态调整，使整车电流高效的流动，减少能量转化的中间过程，从而提高整车能量利用率。

Multi-mode Switching Method and Device for EPS of Composite Power Supply Based on Dynamic Switching Threshold

The invention belongs to the field of automobile steering system, and specifically relates to a multi-mode switching method and device for EPS of composite power supply based on dynamic switching threshold; calculates the fluctuation range of load power of vehicle electrical appliances, calculates the variation range of critical vehicle speed and critical turning angle; takes real-time power of vehicle electrical load and SOC of supercapacitor as input of fuzzy controller, and takes critical vehicle speed and critical turning angle as input. As the output of the fuzzy controller, the critical turning angle is used to dynamically adjust the multi-mode switching thresholds, i.e. critical speed and critical turning angle. The working mode of EPS system with compound power supply is determined and the corresponding mode switching is carried out to promote the operation of the circular ball steering gear. The dynamic adjustment process based on this method can realize the multi-mode switching thresholds, i.e. critical speed vS and critical turning angle. The critical turning angle theta HS is adjusted dynamically in real time to make the current flow efficiently and reduce the intermediate process of energy conversion, so as to improve the energy utilization rate of the whole vehicle.

【技术实现步骤摘要】
基于动态切换阈值的复合电源EPS多模式切换方法及装置
本专利技术属于汽车转向系统领域，具体涉及一种基于动态切换阈值的复合电源EPS多模式切换方法及装置。
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，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。由超级电容并联在整车电源端构成的复合电源EPS，系统有整车电源供电和复合电源供电两种模式。当电机功率需求较低时，由整车电源单独供电；当电机功率需求较高时，超级电容会辅助整车电源共同为电机供电。控制器会根据采集到的控制变量与切换阈值进行对比，控制系统在两种不同的工作模式之间切换。但已有的控制方法中，切换阈值一经确定后就是一个定值，不会根据车辆的能源状态进行动态调整，一定程度上不利于能源的合理使用，造成资源浪费。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提出一种基于动态切换阈值的复合电源EPS多模式切换方法及装置，使控制器根据车辆的能源状态动态调整切换阈值，并切换复合电源EPS系统的工作模式，以提高能源利用率。为实现上述目的，本专利技术具体技术方案如下：一种基于动态切换阈值的复合电源EPS多模式切换方法，包括以下步骤：1)统计整车电器负载功率PE的波动范围[P1,P2]；2)设定超级电容充放电过程中SOC的高效工作区间为[a,1]；3)计算临界转角θHS和临界车速vS的变化区间，临界转角θHS的变化区间记为[θHS1，θHS2]，临界车速vS的变化区间记为[vS1，vS2]；4)选择三角形隶属函数，定义输入变量和输出变量的模糊子集并确定论域；其中，输入变量为整车电器功率PE和超级电容SOC，输出变量为临界车速vS和临界转角θHS；5)以能量最优流向为原则制定模糊控制器的规则库；6)以实时采集的整车电器功率PE和超级电容SOC作为输入，进行模糊决策，得到实时的切换阈值，其中，所述实时的切换阈值包括临界车速vS和临界转角θHS；7)转向控制器采集车辆实时车速和方向盘转角，与实时的切换阈值即临界车速vS和临界转角θHS进行对比，确定复合电源EPS系统工作模式，其中，所述复合电源EPS系统工作模式包括整车电源工作模式和复合电源工作模式。进一步地，上述步骤1)中，统计整车电器负载功率PE的波动范围，包括如下步骤：1.1)对车辆进行一个典型工况的行驶试验，利用电压传感器和电流传感器测量除电机和超级电容外，车辆其他电器负载支路的电压信号Ui(t)和电流信号Ii(t)，其中，i表示第i个电器负载支路，t表示时间；1.2)计算各个电器负载支路的功率Pi(t)，计算公式如下：Pi(t)＝Ui(t)×Ii(t)1.3)对各个电器负载支路的功率Pi(t)进行求和，得到车辆电器负载总功率PE的时间函数，计算公式如下：其中，k表示电器负载支路的个数；1.4)在车辆电器负载总的功率PE的时间函数中，电器负载功率的最小值记为P1，最大值记为P2，整车电器负载功率PE的波动范围为[P1,P2]。进一步的，上述步骤3)中，临界车速vS和临界转角θHS的变化区间地计算方法包括如下步骤：3.1)对车辆进行N个行驶工况的试验，利用测力方向盘记录方向盘等效转向阻力矩Fr和方向盘转角θH，利用激光测速仪测量车速v，并将试验数据记录在相同的时间t坐标轴下，得到N组不同时刻t对应的三维点数据(Fr、θH、v)；3.2)以方向盘转角θH为X轴，车速v为Y轴，方向盘等效转向阻力矩Fr为Z轴，建立三维坐标系；以试验记录的N组不同时刻t对应的三维点数据(Fr、θH、v)为数据库，在三维坐标系下绘制点集，并由点集绘制得到方向盘等效转向阻力矩随着汽车车速和方向盘转角的变化曲面图；3.3)由方向盘等效转向阻力矩曲面图，固定车速为v1、v2、v3……vn，得到n条方向盘等效转向阻力矩随着方向盘转角的变化曲线：Fr＝f(θH,vi)(i＝1、2、3……n)3.4)对Fr进行二阶求导得到F”r，F”r为零的点即为方向盘等效阻力矩变化率突变的点，其对应的方向盘转角即为临界转角，得到n个临界转角的值；临界转角的最小值记为θHS1，临界转角的最大值记为θHS2，则临界转角θHS的变化区间为[θHS1，θHS2]；3.5)由方向盘等效转向阻力矩曲面图，固定转角为θ1、θ2、θ3……θm，得到m条方向盘等效转向阻力矩随着车速的变化曲线图：Fr＝f(θi,v)(i＝1、2、3……m)3.6)对Fr进行二阶求导得到F”r，F”r为零的点即为方向盘等效阻力矩变化率突变的点，对应的车速即为临界车速，得到m个临界车速的值；临界车速的最小值记为vS1，临界车速的最大值记为vS2，则临界车速vS的变化区间为[vS1，vS2]。进一步的，上述步骤4)中，输入变量和输出变量的模糊子集的定义及论域确定方法是：4.1)输入信号PE的模糊子集定义为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，论域为[P1,P2]；4.2)输入信号SOC的模糊子集定义为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，论域为[a,1]；4.3)输出信号vS的模糊子集定义为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，论域为[vS1,vS2]；4.4)输入信号θHS的模糊子集定义为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，论域为[θHS1,θHS2]；其中，上述NB表示极小，NM表示很小，NS表示较小，ZO表示中等，PS表示较大，PM表示很大，PB表示极大。进一步的，上述步骤5)中，模糊控制器的规则库地制定原则如下：5.1)整车电器功率PE较高时，增加临界车速vS的值，减小临界转角θHS的值；5.2)整车电器功率PE较低时，减小临界车速vS的值，增加临界转角θHS的值；5.3)超级电容SOC较高时，增加临界车速vS的值，减小临界转角θHS的值；5.4)超级电容SOC较低时，减小临界车速vS的值，增加临界转角θHS的值。进一步的，上述步骤6)中，确定实时切换阈值的方法包括如下步骤，其中实时切换阈值包括临界车速vS和临界转角θHS：6.1)采集的整车电器实时功率PE和超级电容的SOC，并对采集到的值进行模糊化处理；6.2)将模糊化后的整车电器实时功率PE和超级电容的SOC输入到模糊控制器，根据既定的模糊规则进行推理，得到模糊控制器的输出值；6.3)对模糊控制器的输出值进行反模糊化，便得到实时的临界车速vS和实时临界转角θHS。进一步的，上述步骤7)中，复合电源EPS系统工作模式的确定方法是：当检测到车辆速度高于临界车速vS时，复合电源EPS系统处于整车电源工作模式；当检测到车辆速度不超过临界车速vS，同时方向盘转角高于临界转角θHS时，复合电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动态切换阈值的复合电源EPS多模式切换方法，包括以下步骤：1)统计整车电器负载功率PE的波动范围[P1,P2]；2)设定超级电容充放电过程中SOC的高效工作区间为[a,1]；3)计算临界转角θHS和临界车速vS的变化区间，临界转角θHS的变化区间记为[θHS1，θHS2]，临界车速vS的变化区间记为[vS1，vS2]；4)选择三角形隶属函数，定义输入变量和输出变量的模糊子集并确定论域；其中，输入变量为整车电器功率PE和超级电容SOC，输出变量为临界车速vS和临界转角θHS；5)以能量最优流向为原则制定模糊控制器的规则库；6)以实时采集的整车电器功率PE和超级电容SOC作为输入，进行模糊决策，得到实时的切换阈值，其中，所述实时的切换阈值包括临界车速vS和临界转角θHS；7)转向控制器采集车辆实时车速和方向盘转角，与实时的切换阈值即临界车速vS和临界转角θHS进行对比，确定复合电源EPS系统工作模式，其中，所述复合电源EPS系统工作模式包括整车电源工作模式和复合电源工作模式。

【技术特征摘要】
1.一种基于动态切换阈值的复合电源EPS多模式切换方法，包括以下步骤：1)统计整车电器负载功率PE的波动范围[P1,P2]；2)设定超级电容充放电过程中SOC的高效工作区间为[a,1]；3)计算临界转角θHS和临界车速vS的变化区间，临界转角θHS的变化区间记为[θHS1，θHS2]，临界车速vS的变化区间记为[vS1，vS2]；4)选择三角形隶属函数，定义输入变量和输出变量的模糊子集并确定论域；其中，输入变量为整车电器功率PE和超级电容SOC，输出变量为临界车速vS和临界转角θHS；5)以能量最优流向为原则制定模糊控制器的规则库；6)以实时采集的整车电器功率PE和超级电容SOC作为输入，进行模糊决策，得到实时的切换阈值，其中，所述实时的切换阈值包括临界车速vS和临界转角θHS；7)转向控制器采集车辆实时车速和方向盘转角，与实时的切换阈值即临界车速vS和临界转角θHS进行对比，确定复合电源EPS系统工作模式，其中，所述复合电源EPS系统工作模式包括整车电源工作模式和复合电源工作模式。2.如权利要求1所述的基于动态切换阈值的复合电源EPS多模式切换方法，其特征在于所述步骤1)中，统计整车电器负载功率PE的波动范围，包括如下步骤：1.1)对车辆进行一个典型工况的行驶试验，利用电压传感器和电流传感器测量除电机和超级电容外，车辆其他电器负载支路的电压信号Ui(t)和电流信号Ii(t)，其中，i表示第i个电器负载支路，t表示时间；1.2)计算各个电器负载支路的功率Pi(t)，计算公式如下：Pi(t)＝Ui(t)×Ii(t)1.3)对各个电器负载支路的功率Pi(t)进行求和，得到车辆电器负载总功率PE的时间函数，计算公式如下：其中，k表示电器负载支路的个数；1.4)在车辆电器负载总的功率PE的时间函数中，电器负载功率的最小值记为P1，最大值记为P2，整车电器负载功率PE的波动范围为[P1,P2]。3.如权利要求1所述的基于动态切换阈值的复合电源EPS多模式切换方法，其特征在于所述步骤3)中，临界车速vS和临界转角θHS的变化区间地计算方法包括如下步骤：3.1)对车辆进行N个行驶工况的试验，利用测力方向盘记录方向盘等效转向阻力矩Fr和方向盘转角θH，利用激光测速仪测量车速v，并将试验数据记录在相同的时间t坐标轴下，得到N组不同时刻t对应的三维点数据(Fr、θH、v)；3.2)以方向盘转角θH为X轴，车速v为Y轴，方向盘等效转向阻力矩Fr为Z轴，建立三维坐标系；以试验记录的N组不同时刻t对应的三维点数据(Fr、θH、v)为数据库，在三维坐标系下绘制点集，并由点集绘制得到方向盘等效转向阻力矩随着汽车车速和方向盘转角的变化曲面图；3.3)由方向盘等效转向阻力矩曲面图，固定车速为v1、v2、v3……vn，得到n条方向盘等效转向阻力矩随着方向盘转角的变化曲线：Fr＝f(θH,vi)(i＝1、2、3……n)3.4)对Fr进行二阶求导得到Fr”，Fr”为零的点即为方向盘等效阻力矩变化率突变的点，其对应的方向盘转角即为临界转角，得到n个临界转角的值；临界转角的最小值记为θHS1，临界转角的最大值记为θHS2，则临界转角θHS的变化区间为[θHS1，θHS2]；3.5)由方向盘等效转向阻力矩曲面图，固定转角为θ1、θ2、θ3……θm，得到m条方向盘等效转向阻力矩随着车速的变化曲线图：Fr＝f(θi,v)(i＝1、2、3……m)3.6)对Fr进行二阶求导得到Fr”，Fr”为零的点即为方向盘等效阻力矩变化率突变的点，对应的车速即为临界车速，得到m个临界车速的值；临界车速的最小值记为vS1，临界车速的最大值记为v...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐斌，黄映秋，张迪，江浩斌，尹晨辉，林子晏，尹玥，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32