一种基于长短时融合的电-液集成转向系统能量管理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于长短时融合的电

【技术实现步骤摘要】
一种基于长短时融合的电
‑
液集成转向系统能量管理方法


[0001]本专利技术属于车辆转向
，具体指代一种基于长短时融合的电
‑
液集成转向系统能量管理方法。

技术介绍

[0002]随着国家汽车“新四化”及双碳政策的提出，各行各业都在寻求节能减排技术的突破，而对于汽车行业而言其一直是国家节能减排的重头戏。目前各大车企均在力求车辆电动化技术，由于乘用车体积小质量轻，目前已经基本可以实现电动化。然而对于具有体积大、质量大等特点商用车和专用车来说，受限于目前电池及电机功率等级限制，还难以实现整车的电动化，尤其是其核心底盘部件之一的转向系统，更是受制于车辆前轴载荷过大而无法实现完全的电动化，因此由于其采用液压转向系统而带来的能耗问题也无法得到解决。严重制约了商用车及专用车转向系统的电动化发展。
[0003]对于这一问题，目前有研究人员提出了一种电液复合式的转向系统，借鉴于混合动力技术的成功案例，其在原有液压助力转向系统中加入一套电动助力转向系统，使得系统拥有了电动转向模式、液压转向模式和电液复合转向模式，利用电动助力转向系统的节能优势，通过对两套系统进行有效的能量管理，在不同的工况下选择合适的模式，可以实现降低转向系统能耗的目的。
[0004]目前对于电液复合式的转向系统的能量管理策略的研究还较少，大部分的能量管理策略是针对混合动力而言的，主要有基于规划、规则和优化等类型的能量管理方法，但由于转向系统和驱动系统结构及工况的差异性，原有的能量管理方法不能直接套用在电液复合式转向系统上。此外，考虑到转向过程中转矩变化率要高于车速变化率，且由于电动助力转向机构的助力带宽较窄，因此常常面临模式切换的情况，但由于转向系统直接连接到驾驶员，其频繁的切换不仅会对系统执行机构带来损伤，也会加大控制系统的开发难度。因此在电液复合式转向系统的能量管理方法中要求不仅要有对模式的规划，也要有对需求目标的分配，但现有的能量管理方法仅仅包含对需求目标的分配。

技术实现思路

[0005]针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供且现有的能量管理策略多是针对的目标的分配，以解决现有技术中存在的能量管理策略仅仅包含对需求目标的分配，缺少对系统模式的规划，不适用于电液复合式转向系统的问题。本专利技术通过对车辆未来长时域内的车速、转矩和能耗进行预测，基于动态规划算法，以系统切换频率、系统能耗和电机超载周期等为目标，规划出未来长时域内的最优模式序列，同时在动态规划的内层嵌入等效油耗最小策略进行短时域下的转矩分配求解，通过长短时域下的模式规划和短时域下的转矩分配，不仅最大化降低了系统的能耗，而且保证了系统的工作安全性、驾驶员感受和同时也降低了控制系统的开发难度。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术中电
‑
液集成转向系统包括：机械传动模块、电动助力模块、液压助力模块和控制模块；
[0008]所述机械传动模块包括：方向盘、转向轴、万向节、循环球转向器、转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、左转向节、左梯形臂、转向横拉杆、右梯形臂、右转向节、左车轮和右车轮；
[0009]所述转向轴上端与所述方向盘相连，下端通过所述万向节与所述循环球转向器的上输入端连接；
[0010]所述转向摇臂的输入端与所述循环球转向器的输出端连接，输出端通过所述转向直拉杆与所述转向节臂相连；
[0011]所述左转向节与所述左车轮相连，其上固定有所述转向节臂和左梯形臂；
[0012]所述转向横拉杆的两端分别与所述左梯形臂和右梯形臂相连；
[0013]所述右转向节与所述右车轮相连，其上固定有所述右梯形臂；
[0014]所述电动助力模块包括：助力电机、行星齿轮减速器和电磁制动块；
[0015]所述行星齿轮减速器包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈；
[0016]所述太阳轮的输入端与所述助力电机的输出端固定连接，输出端与所述行星轮啮合；
[0017]所述齿轮外圈上压靠着所述电磁制动块，且不通电时处于压靠制动状态，其内圈与所述行星轮啮合；
[0018]所述行星架的输入端与所述行星轮固定相连，其输出端与所述循环球转向器的下输入端固定相连；
[0019]所述液压助力模块包括：动力缸、轴承、转向螺杆、转向螺母、齿扇、循环球、循环球导管、转向阀、卸荷阀、单向阀、限压阀、油壶、液压管路、齿轮泵和液压电机；
[0020]所述动力缸为所述循环球转向器的内腔；
[0021]所述轴承位于所述动力缸内，并套装在所述转向螺杆的上下两端；
[0022]所述转向螺杆的上下输入端即为所述循环球转向器的上下输入端，其输出端通过所述循环球与所述转向螺母啮合；
[0023]所述循环球导管安装在所述转向螺母上，用做循环球循环流动的通道；
[0024]所述齿扇的输入端与所述转向螺母上加工的齿条啮合，其输出端与所述转向摇臂相连；
[0025]所述卸荷阀安装在所述转向螺母内，用于当转向螺母移动至极限位置时平衡其两侧的压力；
[0026]所述齿轮泵的输入端与所述液压电机的输出端相连，其进油口通过液压管路与所述油壶相连，出油口与所述转向阀相连；
[0027]所述油壶的回油口与所述转向阀通过液压管路相连，其出油口与所述齿轮泵通过液压管路相连；
[0028]所述限压阀和单向阀安装在用于连接齿轮泵出油口与转向阀的液压管路和用于连接转向阀和油壶回油口的液压管路之间，前者用于限制液压管路内液压油的压力，后者为了防止液压管路出现真空；
[0029]所述控制模块包括：电子控制单元、方向盘转角传感器、转矩传感器、车速传感器；
[0030]所述电子控制单元的输入端与所述方向盘转角传感器、转矩传感器、车速传感器电气相连，其输出端与所述助力电机、液压电机电气连接，转向时根据从各传感器得到的车辆转态参数，进行助力控制；
[0031]所述方向盘转角传感器安装在方向盘上，用于获得车辆转向时的方向盘转角信号，并将方向盘转角信号传递到所述电子控制单元。
[0032]所述转矩传感器安装在所述转向轴上，用于获取转矩信号，并将转矩信号传递给所述电子控制单元；
[0033]所述车速传感器安装在车辆上，用于将获得的车速信号传递到所述电子控制单元；
[0034]此外，本专利技术还提供了一种基于长短时融合的电
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液集成转向系统能量管理方法，包含以下步骤：
[0035](1)采集实际道路行驶数据或使用开放的驾驶数据库，并从中提取方向盘转矩T、方向盘转矩变化率转向能量W以及转向功率等信息，采用滤波算法对数据进行预处理；
[0036](2)根据步骤(1)中处理好的方向盘转矩变化率和转向功率将所有数据分为N类转向工况，并根据各工况对应的方向盘转矩变化率和转向功率的频率确定两者在不同工况下对应的混合高斯分布函数；
[0037](3)采用隐马尔可夫理论，训练对应各工况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于长短时融合的电
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液集成转向系统能量管理方法，其特征在于，通过对车辆未来长时域内的车速、转矩和能耗进行预测，基于动态规划算法，以系统切换频率、系统能耗和电机超载周期等为目标，规划出未来长时域内的最优模式序列，同时在动态规划的内层嵌入等效油耗最小策略进行短时域下的转矩分配求解，通过长短时域下的模式规划和短时域下的转矩分配，降低系统的能耗。2.根据权利要求1所述的一种基于长短时融合的电
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液集成转向系统能量管理方法，其特征在于，电
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液集成转向系统包括：机械传动模块、电动助力模块、液压助力模块和控制模块。3.根据权利要求1所述的一种基于长短时融合的电
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液集成转向系统能量管理方法，其特征在于，所述机械传动模块包括：方向盘、转向轴、万向节、循环球转向器、转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、左转向节、左梯形臂、转向横拉杆、右梯形臂、右转向节、左车轮和右车轮；所述转向轴上端与所述方向盘相连，下端通过所述万向节与所述循环球转向器的上输入端连接；所述转向摇臂的输入端与所述循环球转向器的输出端连接，输出端通过所述转向直拉杆与所述转向节臂相连；所述左转向节与所述左车轮相连，其上固定有所述转向节臂和左梯形臂；所述转向横拉杆的两端分别与所述左梯形臂和右梯形臂相连；所述右转向节与所述右车轮相连，其上固定有所述右梯形臂；所述电动助力模块包括：助力电机、行星齿轮减速器和电磁制动块；所述行星齿轮减速器包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈；所述太阳轮的输入端与所述助力电机的输出端固定连接，输出端与所述行星轮啮合；所述齿轮外圈上压靠着所述电磁制动块，且不通电时处于压靠制动状态，其内圈与所述行星轮啮合；所述行星架的输入端与所述行星轮固定相连，其输出端与所述循环球转向器的下输入端固定相连。4.根据权利要求1所述的一种基于长短时融合的电
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液集成转向系统能量管理方法，其特征在于，所述液压助力模块包括：动力缸、轴承、转向螺杆、转向螺母、齿扇、循环球、循环球导管、转向阀、卸荷阀、单向阀、限压阀、油壶、液压管路、齿轮泵和液压电机；所述动力缸为所述循环球转向器的内腔；所述轴承位于所述动力缸内，并套装在所述转向螺杆的上下两端；所述转向螺杆的上下输入端即为所述循环球转向器的上下输入端，其输出端通过所述循环球与所述转向螺母啮合；所述循环球导管安装在所述转向螺母上，用做循环球循环流动的通道；所述齿扇的输入端与所述转向螺母上加工的齿条啮合，其输出端与所述转向摇臂相连；所述卸荷阀安装在所述转向螺母内，用于当转向螺母移动至极限位置时平衡其两侧的压力；
所述齿轮泵的输入端与所述液压电机的输出端相连，其进油口通过液压管路与所述油壶相连，出油口与所述转向阀相连；所述油壶的回油口与所述转向阀通过液压管路相连，其出油口与所述齿轮泵通过液压管路相连；所述限压阀和单向阀安装在用于连接齿轮泵出油口与转向阀的液压管路和用于连接转向阀和油壶回油口的液压管路之间，前者用于限制液压管路内液压油的压力，后者为了防止液压管路出现真空。5.根据权利要求1所述的一种基于长短时融合的电
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液集成转向系统能量管理方法，其特征在于，所述控制模块包括：电子控制单元、方向盘转角传感器、转矩传感器、车速传感器；所述电子控制单元的输入端与所述方向盘转角传感器、转矩传感器、车速传感器电气相连，其输出端与所述助力电机、液压电机电气连接，转向时根据从各传感器得到的车辆转态参数，进行助力控制；所述方向盘转角传感器安装在方向盘上，用于获得车辆转向时的方向盘转角信号，并将方向盘转角信号传递到所述电子控制单元；所述转矩传感器安装在所述转向轴上，用于获取转矩信号，并将转矩信号传递给所述电子控制单元；所述车速传感器安装在车辆上，用于将获得的车速信号传递到所述电子控制单元。6.根据权利要求1所述的一种基于长短时融合的电
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液集成转向系统能量管理方法，其特征在于，提供了一种基于长短时融合的电
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液集成转向系统能量管理方法，包含以下步骤：1采集实际道路行驶数据或使用开放的驾驶数据库，并从中提取方向盘转矩T、方向盘转矩变化率转向能量W以及转向功率等信息，采用滤波算法对数据进行预处理；2根据步骤1中处理好的方向盘转矩变化率和转向功率将所有数据分为N类转向工况，并根据各工况对应的方向盘转矩变化率和转向功率的频率确定两者在不同工况下对应的混合高斯分布函数；3采用隐马尔可夫理论，训练对应各工况的工况识别模型，实际应用时，实时采集步骤1中同样的数据信息序列，并将实时数据信息序列输入至训练好的工况识别模型中，选取当前时刻对应概率最大的工况作为当前识别出的工况；4根据步骤3中识别得到的工况，从步骤3中确定的各工况对应的混合高斯分布函数，找出其对应的方向盘转矩变化率和转向功率的混合高斯分布函数；5根据步骤4中确定的混合高斯分布函数，和当前方向盘转矩T和转向能量W为起始时刻预测未来长时域内的转矩和能量轨迹；6建立动态规划求解模型，代入步骤5中预测的转矩和能量轨迹信息，采用动态规划算法求解出最优的转向模式序列；7在计算电液复合转向模式下系统实际转向能耗时，在内层采用等效油耗最小策略求解...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小川，张自宇，栾众楷，赵万忠，王春燕，文凯，
申请(专利权)人：南京天航智能装备研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：