[发明专利]一种永磁转差离合器及其自适应非奇异终端滑模转速控制方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车液压助力转向系统领域，具体涉及一种永磁转差离合器自适应非奇异终端滑模转速控制方法。

背景技术

随着科学技术和汽车工业的进步和发展，人们不仅仅满足于车辆性能地提高，车辆行驶时的操纵稳定性、安全性和节能性也越来越受到重视。目前，大部分重型车辆都使用传统的液压助力转向系统(HPS)，在低速时能够提供良好的助力，但是其助力特性比较单一，不能随车速变化而变化，导致车辆高速行驶时，助力过大，此时驾驶员“路感”较差，会产生方向盘发飘的问题，对车辆的操纵稳定性和安全性产生一定影响。同时有资料表明，车辆处于转向状态的行驶时间不超过20％，但传统HPS的转向泵直接与发动机相连，在约80％的非转向时间，转向泵也一直处于运行状态，且转向泵转速越高，液压回路能量损失也越大，造成能源的浪费。

在传统HPS系统基础上，将永磁转差离合器联接于发动机输出端和转向泵输入端，构成永磁转差离合器式电控液压助力转向系统(ECHPS)。通过调节永磁转差离合器外电路IGBT占空比，就可控制主、从动部件转差，从而控制转向泵转速和转矩。永磁转差离合器可实现无极变速，平滑传递转矩，使得转向泵在不同的工况下按需输出液压功率，保证了重型车辆低速时转向轻便性和高速时良好的“路感”，提高操纵性，安全性和节能性。发明专利CN105109549A提出的电磁转差离合器式电控液压转向系统，通过调节励磁电流大小，控制主、从动部件转差，从而控制转向泵转速和转矩，但是研究发现其存在体积大，转动惯量大的缺点，而本发明中提出的永磁转差离合器相对于电磁转差离合器而言，其体积小，转动惯量小，无需直流励磁，节省了一定能耗，具有相对更好的性能。实用新型专利CN204465317U中讲述了一种永磁转差离合器，结构上与本发明类似，其外转子是永磁转子，内转子是绕组转子，采用电气开关来控制永磁转差离合器的接合与分离。而本发明中外转子是绕组转子，内转子是永磁转子，采用调节外电路IGBT占空比，实现永磁转差离合器调速功能，且运用了自适应非奇异终端滑模控制算法，控制效果更好。

转向时，永磁转差离合器式ECHPS系统存在一些不确定性(如发动机转速会发生波动)和外界干扰(如侧向风)，引起转向泵转速波动与方向盘转角/转矩跳动，造成永磁转差离合器控制量发生抖动，从而使得转向泵转速随之发生变化。

滑模控制具有对参数变化及扰动不灵敏，较好的鲁棒性等优点。而传统滑模控制选取的是线性滑模面，对于一些复杂的、控制要求较高的非线性系统，线性滑模面具有一定的局限性。

发明内容

针对永磁转差离合器式ECHPS系统，提出了一种自适应非奇异终端滑模控制方法，能解决参数摄动、外界干扰不确定性问题，还能使得跟踪误差快速收敛到零(即转向泵转速快速跟踪理想值)，具有更好的鲁棒性。实现本发明的技术方案如下：

一种永磁转差离合器，包括外转子、内转子和外控制电路；所述外转子内嵌有三相绕组，三相绕组通过滑环和电刷与外控制电路连接，内转子表贴永磁体，构成隐极式内转子结构；当外转子旋转时，所述内转子与所述外转子间产生电磁转矩，所述电磁转矩带动所述内转子旋转；所述外控制电路是基于IGBT的Boost电路，用于精确控制内转子的转速。

作为优选方案，所述外转子作为输入端，通过主动轴与发动机连接，所述发动机带动外转子旋转；所述内转子作为输出端，通过从动轴与转向泵连接，所述内转子带动所述转向泵旋转。

基于上述永磁转差离合器，本发明还提出了一种永磁转差离合器自适应非奇异终端滑模转速控制方法，包括如下步骤：

步骤1，在传统液压助力转向系统HPS结构基础上，将永磁转差离合器的外转子通过主动轴与发动机连接，内转子通过从动轴与转向泵连接，构建永磁转差离合器式电控液压助力转向系统；

步骤2，建立转向泵转速误差的状态方程；

步骤3，基于李亚普诺夫函数设计自适应非奇异终端滑模控制器。

作为优选方案，步骤1中所述永磁转差离合器的外控制电路是基于IGBT的Boost电路，通过调节IGBT的占空比，改变外转子三相绕组电流，进而改变电磁转矩的大小。

作为优选方案，步骤2的实现包括：

步骤2-1，建立永磁转差离合器的数学模型，包括：

电压方程

电磁转矩方程T_e＝C_mI_d；

运动方程