[发明专利]一种多模式主动转向系统的控制器及其控制方法

权利要求书

1.一种多模式主动转向系统的控制方法，基于多模式主动转向系统的控制器来实现，所述控制器包括：能量分析模块、传感器模块、电子控制单元、主动转向控制机构、主动转向执行机构、动力转向控制机构、动力转向执行机构、机械转向机构；

所述的传感器模块分别采集电子控制单元、主动转向控制机构、动力转向控制机构、动力转向执行机构、机械转向机构的能耗信息，并传递信号至能量分析模块进行分析计算，然后输出信号至电子控制单元；电子控制单元依据输入信号分别向上述相应的控制机构输出伺服电机控制信号b、c、d，对伺服电机A、B、C进行转矩控制，通过伺服电机控制相应的执行机构依据控制策略输出转矩；

所述的主动转向控制机构包括：伺服电机C；主动转向执行机构包括：电动推杆、第一减速机构及行星齿轮组；所述的伺服电机C接收上述电子控制单元输出的伺服电机控制信号b，并输出转矩依次经过电动推杆、第一减速机构、行星齿轮组的下齿圈，至机械转向机构；

所述的动力转向控制机构包括：伺服电机A及伺服电机B；所述的动力转向执行机构包括：液压泵、储油罐、转阀、液压助力缸、第二减速机构及助力耦合器；所述的伺服电机A与伺服电机B分别接收上述电子控制单元输出的伺服电机控制信号c与d，依照相应控制策略，通过控制信号c调节伺服电机A输出转矩，经过第二减速机构输出到助力耦合器；通过控制信号d调节伺服电机B输出转矩，驱动液压泵运行，产生的高压助力油液依次经过储油罐、转阀、液压助力缸形成压差从而产生助力并输出至助力耦合器，经耦合的助力输出至机械转向机构；

所述的机械转向机构包括：转向盘、转向柱、转向器及转向摇臂，通过转向盘向机械转向机构输入力矩，力矩依次经转向柱、转向器、转向摇臂输出至车轮，实现转向操作；

其特征在于，方法包括如下步骤：

(1)对多模式主动转向系统的输入输出能量流进行分析，将系统能量流等效为电流的函数，系统输入能量包括驾驶员输入P_in1(I)、电能输入P_in2(I)；输出能量包括控制器能耗P_out1(I)、电机能耗P_out2、液压模块能耗P_out3以及系统输出功率P_out4，得到系统总能耗函数P_w(I)，计算公式如下：

式中，R_A为电枢电阻；I_A为电枢电流；U_s为控制器两端电压；R_elec为控制器电阻；M_ci为电机中摩擦造成的转矩损失；C_Fr为速比摩擦系数；ω_i为电机转速；C_Fr2为速比平方摩擦系数；C_i为电机其他损失；P_s为助力泵的输出压力；q为助力泵排量；Q_s为助力泵输出流量；ρ为助力油液密度；C_q为流量系数；A_i为第i个阀口的节流面积；A_p为液压助力缸横截面积；x_r为转向螺母位移；

系统总能耗函数P_w(I)的计算方法为：

P_w(I)＝K₁P_out1+K₂P_out2+K₃P_out3+K₄P_out4

式中：K₁、K₂、K₃、K₄为能耗系数；

(2)基于H_∞控制理论设计控制器与原系统组成闭环系统，对闭环系统进行求解，得到系统输出的总能耗函数P_w(I)最小值，并计算当系统总能耗函数P_w(I)取得最小值时，电子控制单元所需输出的控制电流I_min大小；

所述控制电流I_min的数值须满足限制条件：动力转向模块的转矩T_d跟踪助力目标信号T_d^*且主动转向模块的转矩T_z跟踪转向目标信号T_z^*，即：

式中，T_A表示伺服电机A的输出转矩，T_B表示伺服电机B的输出转矩。

2.根据权利要求1所述的多模式主动转向系统的控制方法，其特征在于，上述的传感器模块采集的电机转速信号经能量分析模块计算后，将求解结果传递到电子控制单元；且传感器模块将采集到的车速、转向盘转角信号直接输出到电子控制单元。