本實(shí)用新型涉及汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體指代一種多模式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類(lèi)控制器。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有汽車(chē)采用的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可在汽車(chē)低速工況下提供較大助力，減輕駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)負(fù)擔(dān)；但在高速工況下轉(zhuǎn)向路感較差，操縱穩(wěn)定性存在問(wèn)題；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由控制器、助力電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩傳感器以及車(chē)速傳感器等組成，控制器接收傳感器測(cè)得的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車(chē)速信號(hào)并進(jìn)行處理，控制電機(jī)根據(jù)事先確定的助力特性輸出助力轉(zhuǎn)矩。但受汽車(chē)本身蓄電池電壓等電氣特性影響，其輸出的最大助力矩較小，不滿(mǎn)足大型客車(chē)等車(chē)輛的需求。理想情況下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車(chē)低速行駛時(shí)應(yīng)輸出較大的助力，以減輕駕駛員負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)良好的轉(zhuǎn)向輕便性；在高速時(shí)應(yīng)輸出較小的助力，保障行駛安全，獲得良好的轉(zhuǎn)向路感。

因此，在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中融合電動(dòng)助力模塊，可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)良好的路感；實(shí)現(xiàn)可變傳動(dòng)比功能，可進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性與駕駛舒適性的有機(jī)融合，是一種理想轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

但多模式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在工作過(guò)程中，存在當(dāng)車(chē)輛處于臨界工況時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)向模式判定模糊、模式切換過(guò)程中出現(xiàn)切換“死區(qū)”，以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在模式切換過(guò)程中助力執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)存在遲滯等問(wèn)題，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)控制器，來(lái)解決機(jī)電液耦合的多模式系統(tǒng)工作模式切換的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種多模式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類(lèi)控制器，以解決機(jī)電液耦合的多工作模式系統(tǒng)的模式切換問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比固定、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在高速工況下轉(zhuǎn)向路感較差，操縱穩(wěn)定性差等問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的一種多模式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類(lèi)控制器，包括：傳感器模塊、信息預(yù)處理模塊、工況特征提取模塊、模式分類(lèi)器Ⅰ、模式分類(lèi)器Ⅱ，上述各部分依次連接，其中，

所述的傳感器模塊將采集到的工況信息傳遞至信息預(yù)處理模塊；

所述的信息預(yù)處理模塊向工況特征提取模塊傳遞處理結(jié)果信息；

所述的工況特征提取模塊將得到的當(dāng)前車(chē)輛的工況特征函數(shù)傳遞至模式分類(lèi)器Ⅰ進(jìn)行分類(lèi)操作；所述的模式分類(lèi)器Ⅰ為一級(jí)模式分類(lèi)器，并將系統(tǒng)轉(zhuǎn)向模式分為轉(zhuǎn)向模式A、轉(zhuǎn)向模式B、轉(zhuǎn)向模式C，將相應(yīng)分類(lèi)信號(hào)輸出至模式分類(lèi)器Ⅱ；所述轉(zhuǎn)向模式A、轉(zhuǎn)向模式B、轉(zhuǎn)向模式C分別為電動(dòng)助力模式、液壓助力模式、復(fù)合助力模式；

所述的模式分類(lèi)器Ⅱ?yàn)閺?fù)合模式分類(lèi)器，依照復(fù)合模式分類(lèi)算法將系統(tǒng)的復(fù)合模式分為轉(zhuǎn)向模式D、轉(zhuǎn)向模式E；所述轉(zhuǎn)向模式D、轉(zhuǎn)向模式E分別為原地轉(zhuǎn)向模式、緊急避撞模式。

優(yōu)選地，上述的傳感器模塊采集到的工況信息包括：車(chē)速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)、轉(zhuǎn)矩信號(hào)以及各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型基于助力執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出助力大小、工作能耗的關(guān)系，提出了車(chē)輛當(dāng)前工況特征函數(shù)；通過(guò)模式分類(lèi)器Ⅰ、模式分類(lèi)器Ⅱ依照車(chē)輛工況對(duì)轉(zhuǎn)向模式進(jìn)行分類(lèi)控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的多轉(zhuǎn)向模式的功能，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛模式與工況的匹配，從而提高了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)性和轉(zhuǎn)向輕便性，提高了轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩控制精度，因此具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1繪示多模式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖；

圖2繪示多模式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類(lèi)控制器原理框圖；

圖3繪示多模式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類(lèi)控制器策略邏輯流程圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實(shí)施例與附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，實(shí)施方式提及的內(nèi)容并非對(duì)本實(shí)用新型的限定。

參照?qǐng)D1所示，一種多模式主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括：轉(zhuǎn)向盤(pán)1、傳感器模塊2、轉(zhuǎn)向柱3、行星齒輪組4、轉(zhuǎn)向器7、電子控制單元(ECU)12、轉(zhuǎn)向搖臂17、伺服電機(jī)C14、電動(dòng)推桿、第一減速機(jī)構(gòu)13、伺服電機(jī)A6、第二減速機(jī)構(gòu)5、伺服電機(jī)B10、液壓泵9、儲(chǔ)油罐11、轉(zhuǎn)閥8、液壓助力缸15及助力耦合器16；

所述的轉(zhuǎn)向盤(pán)1連接轉(zhuǎn)向柱3的力矩輸入端，傳感器模塊2置于轉(zhuǎn)向盤(pán)1與轉(zhuǎn)向柱3之間，并與電子控制單元(ECU)12相連接，轉(zhuǎn)向柱3的力矩輸出端與行星齒輪組4輸入端相連，轉(zhuǎn)角修正模塊通過(guò)行星齒輪組4中的下齒圈向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供修正力矩，轉(zhuǎn)向力矩經(jīng)行星齒輪組4輸出端、轉(zhuǎn)向器7、輸出至轉(zhuǎn)向搖臂17，轉(zhuǎn)向助力模塊向循環(huán)球轉(zhuǎn)向器7提供轉(zhuǎn)向助力矩。電子控制單元(ECU)12通過(guò)伺服電機(jī)控制信號(hào)b對(duì)伺服電機(jī)C14及第一減速機(jī)構(gòu)13、電動(dòng)推桿進(jìn)行控制，助力矩經(jīng)第一減速機(jī)構(gòu)13減速增矩后傳遞給電動(dòng)推桿、到行星齒輪組4的下齒圈，實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)角修正控制；伺服電機(jī)A6，第二減速機(jī)構(gòu)5組成電動(dòng)助力模塊，電子控制單元(ECU)12通過(guò)伺服電機(jī)控制信號(hào)c對(duì)伺服電機(jī)A6進(jìn)行控制，助力矩經(jīng)第二減速機(jī)構(gòu)5減速增矩后傳遞給助力耦合器16；伺服電機(jī)B10、液壓泵9、儲(chǔ)油罐11、轉(zhuǎn)閥8、液壓助力缸15組成液壓助力模塊，電子控制單元(ECU)12通過(guò)伺服電機(jī)控制信號(hào)d對(duì)助力伺服電機(jī)B10進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)液壓泵9將助力油液從儲(chǔ)油罐11經(jīng)轉(zhuǎn)閥8泵入液壓助力缸15，在液壓助力缸15兩端形成壓差，從而產(chǎn)生助力，助力矩傳遞給助力耦合器16，助力耦合器16將合力矩傳遞至轉(zhuǎn)向搖臂17。

參照?qǐng)D2所示，本實(shí)用新型的一種多模式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類(lèi)控制器，于實(shí)施例中基于上述多模式主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括：傳感器模塊、信息預(yù)處理模塊、工況特征提取模塊、模式分類(lèi)器Ⅰ、模式分類(lèi)器Ⅱ，上述各部分依次連接，其中，

所述的傳感器模塊將采集到的工況信息傳遞至信息預(yù)處理模塊；

所述的信息預(yù)處理模塊向工況特征提取模塊輸出轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)θ_s、側(cè)向加速度信號(hào)a_y、前輪轉(zhuǎn)角信號(hào)δ_f、縱向車(chē)速信號(hào)v、前輪主銷(xiāo)內(nèi)傾角信號(hào)β、前輪主銷(xiāo)后傾角信號(hào)γ、控制器電流信號(hào)I_A、助力油泵轉(zhuǎn)速信號(hào)ω、轉(zhuǎn)向齒條位移信號(hào)x_r、伺服電機(jī)A、B轉(zhuǎn)速信號(hào)θ_m1、θ_m2。

所述的工況特征提取模塊提取信息預(yù)處理模塊輸出的信號(hào)，得到當(dāng)前車(chē)輛的工況特征函數(shù)，并將特征函數(shù)傳遞至模式分類(lèi)器Ⅰ進(jìn)行分類(lèi)操作；所述的模式分類(lèi)器Ⅰ為一級(jí)模式分類(lèi)器，并將系統(tǒng)轉(zhuǎn)向模式分為轉(zhuǎn)向模式A、轉(zhuǎn)向模式B、轉(zhuǎn)向模式C，并將相應(yīng)分類(lèi)信號(hào)輸出至模式分類(lèi)器Ⅱ；所述轉(zhuǎn)向模式A、轉(zhuǎn)向模式B、轉(zhuǎn)向模式C分別為電動(dòng)助力模式、液壓助力模式、復(fù)合助力模式；

所述的模式分類(lèi)器Ⅱ?yàn)閺?fù)合模式分類(lèi)器，依照復(fù)合模式分類(lèi)算法將系統(tǒng)的復(fù)合模式分為轉(zhuǎn)向模式D、轉(zhuǎn)向模式E；所述轉(zhuǎn)向模式D、轉(zhuǎn)向模式E分別為原地轉(zhuǎn)向模式、緊急避撞模式。

各模式執(zhí)行器分別依據(jù)模式分類(lèi)器Ⅰ、模式分類(lèi)器Ⅱ計(jì)算結(jié)果，輸出電信號(hào)至執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出助力距，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力轉(zhuǎn)向。

其中，上述的傳感器模塊采集到的工況信息包括：車(chē)速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)、轉(zhuǎn)矩信號(hào)以及各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。

其中，上述信息預(yù)處理模塊包括：轉(zhuǎn)角信息預(yù)處理模塊、側(cè)向加速度信息預(yù)處理模塊、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩信息預(yù)處理模塊、車(chē)速信息預(yù)處理模塊，分別對(duì)傳感器模塊采集到的轉(zhuǎn)矩信號(hào)等進(jìn)行濾波處理，以及通過(guò)參數(shù)估計(jì)來(lái)獲取橫擺角速度信號(hào)。

參照?qǐng)D3所示，本實(shí)用新型的多模式復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類(lèi)控制器策略流程如下：

1)傳感器模塊采集工況信息，并將采集到的各個(gè)信號(hào)輸出至信息預(yù)處理模塊進(jìn)行濾波處理；

2)信息預(yù)處理模塊將處理信號(hào)傳遞至工況特征提取模塊，定義不同工況轉(zhuǎn)向力矩、轉(zhuǎn)向能耗函數(shù)，得到指標(biāo)理想轉(zhuǎn)向力矩理想轉(zhuǎn)向能耗表達(dá)式如下：

式中：θ_s為轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角；θ_m1、θ_m2分別為伺服電機(jī)A、B轉(zhuǎn)速；V為車(chē)速；ω為助力油泵轉(zhuǎn)速；I_A為控制器電流；x_r為轉(zhuǎn)向齒條位移；b為主銷(xiāo)轉(zhuǎn)向節(jié)偏距；β為前輪主銷(xiāo)內(nèi)傾角；r為輪胎半徑；R為轉(zhuǎn)彎半徑；γ為前輪主銷(xiāo)后傾角；η₁為轉(zhuǎn)向系正傳動(dòng)效率；d為轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑；i_ω為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比；F₁為滿(mǎn)載前軸荷；C_Fr為速比摩擦系數(shù)；C_Fr2為速比平方摩擦系數(shù)；P_s為助力泵輸出壓力；q為助力泵排量；ρ為助力油液密度；Q_s為油泵流量；A_p為液壓缸活塞的有效面積；C_q為流量系數(shù)；A_i為第i個(gè)閥口的節(jié)流面積；

3)模式分類(lèi)器Ⅰ基于信息預(yù)處理模塊的輸出結(jié)果，包括轉(zhuǎn)向助力模塊輸出力矩大小與理想轉(zhuǎn)向力矩間的偏差以及助力模塊的能耗值，基于一級(jí)模式分類(lèi)算法對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模式劃分進(jìn)行判定：

所述一級(jí)模式分類(lèi)算法為：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于單助力執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的工況下，當(dāng)助力機(jī)構(gòu)實(shí)際可提供的轉(zhuǎn)向力矩大于相同工況下的理想轉(zhuǎn)向力矩時(shí)，繼續(xù)由單助力執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)向助力；當(dāng)助力機(jī)構(gòu)實(shí)際提供的轉(zhuǎn)向力矩小于相同工況下的理想轉(zhuǎn)向力矩時(shí)，電子控制單元向相應(yīng)的伺服電機(jī)輸出控制電流，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)合轉(zhuǎn)向模式，且電子控制單元通過(guò)控制伺服電機(jī)電流限制兩個(gè)助力機(jī)構(gòu)輸出助力比例，使系統(tǒng)滿(mǎn)足約束條件轉(zhuǎn)向能耗在理想能耗區(qū)間內(nèi)；

復(fù)合轉(zhuǎn)向模式計(jì)算式如下：

4)當(dāng)模式分類(lèi)器Ⅰ的計(jì)算得到的轉(zhuǎn)向模式為復(fù)合轉(zhuǎn)向模式時(shí)，模式分類(lèi)器Ⅰ輸出信號(hào)至模式分類(lèi)器Ⅱ，模式分類(lèi)器Ⅱ基于復(fù)合模式分類(lèi)算法進(jìn)行計(jì)算，所述復(fù)合模式分類(lèi)算法為：計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)向助力執(zhí)行機(jī)構(gòu)能耗最小值，來(lái)確定液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)二者參與助力的比例關(guān)系，并限定計(jì)算得到的實(shí)際提供轉(zhuǎn)向力矩在相同工況下的理想轉(zhuǎn)向力矩區(qū)間內(nèi)，防止由于限定系統(tǒng)轉(zhuǎn)向能耗，從而導(dǎo)致助力機(jī)構(gòu)輸出助力過(guò)小，影響駕駛舒適性、操縱穩(wěn)定性，復(fù)合轉(zhuǎn)向比例判定式如下：

定義助力模式C下的比例系數(shù)K_E，助力模式比例系數(shù)K_E表示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在復(fù)合助力模式下，電動(dòng)助力模塊所提供助力占轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所提供總助力理想值的百分比，通過(guò)對(duì)助力模式比例系數(shù)K_E進(jìn)行控制，將助力模式分為助力模式D、助力模式E，分別為原地轉(zhuǎn)向模式、緊急避撞模式；從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)性和轉(zhuǎn)向輕便性，其表達(dá)式為：

5)模式執(zhí)行器A、模式執(zhí)行器B、模式執(zhí)行器D、模式執(zhí)行器E分別依據(jù)模式分類(lèi)器Ⅰ、模式分類(lèi)器Ⅱ計(jì)算結(jié)果，輸出電信號(hào)至執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出助力距，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力轉(zhuǎn)向。

本實(shí)用新型具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。