[发明专利]一种电液耦合智能转向系统及模式切换控制方法

权利要求书

1.一种电液耦合智能转向系统的模式切换控制方法，所述电液耦合智能转向系统包括机械传动模块、电动助力模块、电动液压助力模块、传感器模块以及控制模块；

所述传感器模块包括转角传感器、转矩传感器、车速传感器、侧向加速度传感器和横摆角速度传感器；

所述转矩传感器和转角传感器均设置在车辆的转向轴上，分别用于测量转向盘的输入转矩和转角，并将其传递给所述控制模块；

所述车速传感器设置在车轮上，用于获取汽车的纵向车速，并将其传递给所述控制模块；

所述侧向加速度传感器和横摆角速度传感器均设置在车辆的车架质心处，用于获取汽车的侧向加速度和横摆角速度，并将其传递给所述控制模块；

所示机械传动模块包括转向盘、转向轴、循环球转向器、转向摇臂、转向横拉杆、左车轮和右车轮；

所述循环球转向器采用具有液压功能的循环球转向器，包含转向螺杆、转向螺母和转向齿扇，其中，转向螺杆的上端和所述转向轴的下端相连，转向螺杆上的螺纹和转向螺母上的螺纹啮合；转向螺母外侧的齿轮与转向齿扇啮合；转向齿扇的轴心和转向摇臂的一端相连；转向摇臂的另一端和所述转向横拉杆的输入端相连；

所述转向轴的上端和所述转向盘相连；

所述转向横拉杆的两端分别和车辆的两个驱动车轮对应相连；

所述电动助力模块包括第一电机和蜗轮蜗杆减速器，所述第一电机的输出端和所述转向轴通过所述蜗轮蜗杆减速器相连；

所述电动液压助力模块包含油箱、叶片泵、转阀和第二电机；

所述第二电机的输出端和叶片泵的输入端相连；

所述叶片泵的进油端口和所述油箱的进油管路通过管道相连、叶片泵的出油端口和所述转阀的进油口通过管道相连；

所述转阀的出油口和所述油箱的回油管路通过管道相连，转阀的高压出油口和所述循环球转向器的进油口通过管道相连，转阀的低压出油口和所述循环球转向器的出油口通过管道相连；

所述控制模块分别和转矩传感器、转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、第一电机和第二电机电气相连，用于根据接收到的转向盘转矩传感器、转向盘转角信号、车速信号、横摆角速度信号和侧向加速度信号控制第一电机和第二电机的工作；

其特征在于，所述模式切换控制方法包括以下步骤：

步骤1)，控制模块获得车速传感器采集的车速、转角传感器采集的转角、转矩传感器采集的转矩、侧向加速度传感器采集的侧向加速度、以及横摆角速度传感器采集的横摆角速度；

步骤2)，控制模块根据下列公式计算得到车辆稳定性评价指标R：

其中，m_s代表簧载质量，m代表汽车质量，g代表重力加速度，b代表轮距宽度，H代表车辆质心高度，代表车辆侧向加速度，u代表纵向车速，ω代表横摆角速度，h代表侧倾臂高度，φ代表侧倾角；

步骤3)，当稳定性评价指标R大于等于预先设定的阈值ε时，车辆有失稳的危险，控制模块通过以下公式计算防止车辆失去稳定性所需要助力模块输出的补偿力矩T_n：

其中，T_n为助力模块输出的补偿力矩，T_d为转向盘转矩，a为预设的迭代常量，T为理想助力矩，ω^*为理想横摆角速度，ω为实际横摆角速度，K_P、K_I、K_D分别为预设的PID控制的比例系数、积分系数和微分系数；

步骤4)，控制模块计算转向盘的转角与转向盘的转速的乘积：

步骤4.1)，当时，对转向系统进行助力控制，转向助力矩的计算公式为：

T_expl＝(k₁u+l₁)[a₁-b₁exp(-c₁θ)]

其中，T_ass转向系统提供的转向助力矩，u为纵向车速，u_b为预设的临界车速阈值，K为稳定性因数，T_f为转向系统的干摩擦力矩，T_expl、T_exph分别为u≤u_b、u＞u_b时的理想转向盘力矩，i为转向系统的传动比，θ为转向盘转角，为侧向加速度，l₁、l₂分别为u≤u_b、u＞u_b时的驻车因子，k₁、k₂分别为u≤u_b、u＞u_b时的车速感知因子，a₁、a₂分别为u≤u_b、u＞u_b时的极限把持因子，b₁、b₂分别为u≤u_b、u＞u_b时的抗干扰因子，c₁、c₂分别为转向盘转角感知因子、侧向加速度感知因子；

步骤4.2)，当时，对转向系统进行回正控制，回正力矩的计算公式为：

其中，T_ret为助力模块输出的回正力矩，θ为转向盘转角，θ₀为转向盘的目标回正角度，一般取θ₀＝0，K_P、K_I、K_D分别为PID控制的比例系数、积分系数和微分系数；

步骤5)，令所需助力模块输出的力矩T_n、T_ass、T_ret的最大值为T_max，电动助力模块所能提供的最大力矩为T_Emax，电动液压助力模块所能提供的最大力矩为T_Hmax；

步骤5.1)，当T_max≤T_Emax时，控制模块向第一电机发送控制信号，由电动助力模块单独提供助力矩；

步骤5.2)，当T_Emax＜T_max≤T_Hmax时，控制模块向第二电机发送控制信号，由电动液压助力模块单独提供助力矩；

步骤5.3)，当T_Hmax＜T_max时，电子控制单元同时向第一电机和第二电机发送控制信号，由电动助力模块和电动液压助力模块共同提供所需力矩，其中电动助力模块输出转矩为T_Emax，电动液压助力模块输出的转矩为T_max-T_Emax。