[发明专利]一种轮毂马达液压驱动系统蓄能器流量控制方法

摘要

本发明提供一种轮毂马达液压驱动系统蓄能器流量控制方法，属于油液混合动力汽车控制领域，包括整车前轮目标驱动转矩的确定，基于前轮目标驱动转矩确定定量马达进油口压力，即蓄能器出油口压力，通过DA控制阀实现蓄能器调定压力的流量控制。该蓄能器流量控制方法，通过对蓄能器助力模式各部件的研究，发掘出前轮目标驱动转矩与蓄能器流量之间的代数关系；另外，采用增量式PID调节对定量马达进油口压力进行反馈控制，实现蓄能器流量的在线调节。在该控制方法的控制下，定量马达的输出驱动转矩能与前轮目标驱动转矩达到一致，在保证蓄能器助力效果的前提下，将蓄能器的液压能尽可能多的转化为机械能，提高了整车经济性。

主权项

1.一种轮毂马达液压驱动系统蓄能器流量控制方法，其特征在于：第一步，探究前轮目标驱动转矩与定量马达进油口压力的关系，具体包括：步骤1.1：定量马达输出轴与车轮半轴固连，马达的输出转矩即为车轮转矩，由能量守恒定理可知：ΔpQ＝T_ωω_ωη      (1.1)其中，Δp为马达进出口压力差，单位为P_a；Q为马达流量，单位为m³/s；T_ω为车轮驱动力矩，单位为Ngm；ω_ω为车轮旋转角速度，单位为rad/s；η为机械传动效率；步骤1.2：求出马达排量、转速和马达流量的关系公式与马达转速和车轮转速的关系公式：其中，D为马达排量，单位为ml/r；n_m为马达转速，单位为r/min；n_ω为车轮转速，单位为r/min；步骤1.3：将式(1.2)、式(1.3)带入式(1.1)得：已知定量马达输出轴与车轮半轴固连，即得到下式：所述的前轮目标转矩与定量马达进油口压力的关系见式(1.5)，即已知前轮目标驱动转矩可以得到马达进油口压力，现在问题就转化为求蓄能器助力时前轮的目标驱动转矩；第二步，确定前轮目标驱动转矩，具体包括：步骤2.1：基于最小二乘递归模型对整车质量识别，具体方法包括：整车纵向动力学模型为：F_t＝F_w+mgf+mgi+δma      (2.1)其中，式中，F_t为整车驱动力；F_w为空气阻力；m为前一时刻整车质量；f为滚动阻力系数；i为坡度；δ为旋转质量换算系数；T_tq为发动机输出轴扭矩；i_g为变速器速比；i₀为主减速器速比；η_t为传动系机械效率；r为车轮滚动半径；C_D为风阻系数；A为迎风面积；v为当前车速；转化成最小二乘形式：F_t‑F_w＝m·(gf+gi+δa)+e         (2.4)其中，设F_tw＝F_t‑F_w为系统输出量，a_e＝gf+gi+δa为可观测的数据向量，θ＝m为待辨识的系统参数，e为过程白噪声；根据最小二乘递归方法，得到载荷识别的最小二乘递归模型：γ(k)＝P(k‑1)a_e(k)[a_e(k)P(k‑1)a_e(k)+u(k)]^‑1     (2.6)其中遗忘因子按如下规律选取：u(t)＝1‑0.05·0.98^t      (2.8)所述的最小二乘递归模型可以快速准确地确定出整车质量；步骤2.2：整车质心离地高度的确定，具体方法包括：其中，G₀为空载总质量；h₀为空载总质量的质心离地高度；G_p为货物总质量；h_p为货物总质量的质心离地高度；G_a为整车总质量，G_a＝G₀+G_P；步骤2.3：前轮目标驱动转矩的确定，基于整车动力学模型，对前后轮接地点取矩：W₁L+F_wh_g+mgsinαh_g+mah_g‑mgcosαB＝0      (2.10)‑W₂L+F_wh_g+mgsinαh_g+mah_g+mgcosαA＝0      (2.11)蓄能器助力过程中，车速较低且假设是匀速行驶，求出前后车轮的支撑反力为：W₁＝mg/L(cosαB‑sinαh_g)     (2.12)W₂＝mg/L(cosαA+sinαh_g)     (2.13)其中，W₁为前轮的支撑反力；W₂为后轮的支撑反力；α为车载传感器及坡道估计算法得到的车辆所行驶路面的坡度；m为整车质量，由步骤2.1的最小二乘法递归模型估计得到；h_g为质心高度，由步骤2.2的整车质心离地高度确定方法得到；A为质心到前轴的距离；B为质心到后轴的距离；L为两轴之间的距离；a为整车加速度；F_w为空气阻力；定义驱动转矩分配系数为意义是分配到前轴的驱动转矩占整车驱动转矩的比例；所述的前轮驱动转矩确定方法为：首先解析驾驶员的驱动踏板信号，得到整车需求转矩，用整车需求转矩乘以驱动转矩分配系数得到实际的前轮目标驱动转矩；由式(1.5)知，根据前轮目标驱动转矩可得定量马达进油口压力，该压力即为蓄能器出油口油路压力；第三步：在蓄能器出油路添加DA控制阀，控制蓄能器出油口压力，具体包括：步骤3.1：探究DA控制阀出口压力与进口压力和弹簧力的关系，当输入压力为P₁，流量为Q₁的油液时，在阻尼板两侧产生压差ΔP，该压差克服弹簧力推动阀芯左移，使控制窗口打开，输出控制压力为P₃的油液，此时P₃又作用在面积差ΔA上，产生一个使阀芯右移关闭控制窗口的反馈力，这时阀芯处于平衡位置，若忽略阀芯上稳态轴向液动力的影响，则阀芯工作的稳态平衡条件为：P₁A₀＝P₂A₃+P₃(A₁‑A₂)+F         (3.1)设ΔP＝P₁‑P₂，ΔA＝A₁‑A₂，A₀＝A₃，则：其中，P₁为DA阀进口压力；P₂为阻尼板后油液压力；P₃为DA阀输出的控制压力；F为弹簧力；ΔP为P₁与P₂的压力差；ΔA为A₁与A₂的面积差；所述的DA阀结构尺寸确定后，控制压力只与压力油在阻尼板处产生的压差ΔP及弹簧力相关；步骤3.2：由于阻尼板节流小孔为薄壁小孔，液流的收缩作用受管壁的影响小，故节流孔处的前后压差与介质粘度无关，则流经小孔的流量为：其中，C_q为流量系数；A_T为节流小孔面积，ρ为液压油密度；d₀为阻尼孔直径；步骤3.3：将式(3.3)带入式(3.2)，并整理得：设得：所述的公式即为DA阀输出压力P₃与输入流量Q₁的关系式，输入流量即为蓄能器放液阀输出流量，输出压力即为定量马达进油口压力；第四步，设计定量马达进油口压力的PID控制器，具体包括：由传感器测得的坡度信号、加速踏板信号求得马达进油口目标压力与压力传感器测得的马达进油口实际压力的差为：e₁(t)＝P_t‑P_r      (4.1)其中，e₁(t)为压力差；P_t为马达进油口目标压力；P_r为马达进油口实际压力；这样，连续状态下的PID算法可以写成：其中，k₁为比例系数；T_i1为积分时间常数；T_d1为微分时间常数；将上式离散化之后，得：进一步可以得到以马达进油口压力作为目标值对蓄能器流量进行调节公式：u₁(k)＝u₁(k‑1)+A_e1e₁(k)‑B_e1e₁(k‑1)+C_e1e₁(k‑2)    (4.4)其中，u₁(k)为PID调节输出的马达进油口压力的修正值；u₁(k‑1)为上一时刻PID调节输出的马达进油口压力修正值；e₁(k‑2)、e₁(k‑1)、e₁(k)为最近三次压力差的误差值；T为采样时间。