CN111605606B - 一种液压助力转向功率智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压助力转向功率智能控制系统及方法，所述系统与油泵电机耦接，所述系统包括：转矩转速分配单元、转矩控制单元以及转速闭环控制单元。转矩转速分配单元，根据三相电流的大小和车速信息，确定油泵电机的转矩给定值和转速给定值；转矩控制单元，根据所述转矩给定值实时调整油泵电机的转矩大小；转速闭环控制单元，根据所述油泵转速给定值实时调整油泵电机的转速大小。

Description

一种液压助力转向功率智能控制系统及方法

技术领域

本发明涉及助力转向系统，尤其涉及汽车液压助力转向功率智能控制。

背景技术

电动转向助力系统为整车转向提供助力，是新能源电动汽车不可缺少的部件。电动液压助力转向器(EHPS)应用工作模式如下：逆变器把整车电池的直流电压逆变为三相交流电，三相交流电控制油泵电机转动从而形成一定的流量，电动转向助力系统在不同的油泵转速下可产生不同的液压，该液压可推动方向机转动，减小方向盘转动的阻力。

现有大部分助力转向系统结构组成复杂，包含的部件的单元较多，系统能耗和温升比较高。电动液压助力转向器(EHPS)目前工作模式主要缺陷是：电动汽车在上高压电并且置档位为D或R档后，整车控制器发送命令使电动液压助力转向系统启动，转向系统启动后电机一直工作在额定转速，即使在等红绿灯或者交通明显拥堵的时候，也工作在额定转速，这样造成大量的能量浪费，没有很好的节约能源，而且浪费的能源多转换为热能，传递给电动液压助力转向器(EHPS)中的各个部件及转向液压系统，使得各部件以高温状态工作，将严重影响产品及系统各部件的使用性能及使用寿命。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种液压助力转向智能控制系统和方法，解决现有转向系统结构复杂、系统部件多、能耗高、温升高、电机定频无智能调速功能等问题。

本发明提供了一种液压助力转向功率智能控制系统，所述液压助力转向功率智能控制系统与油泵电机耦接，所述液压助力转向功率智能控制系统包括以下单元：

转矩转速分配单元，根据三相电流的大小和车速信息，确定所述油泵电机的转矩给定值和转速给定值，其中，所述三相电流控制所述油泵电机工作；

转矩控制单元，根据所述转矩给定值实时调整所述油泵电机的转矩大小；以及

转速闭环控制单元，根据所述转速给定值实时调整所述油泵电机的转速大小。

在一个实施例中，所述液压助力转向功能智能控制系统还包括以下单元：

油泵逆变器，输出未经滤波的三相电流；

电流滤波单元，对所述油泵逆变器所输出的三相电流进行滤波处理，输入至所述转矩转速分配单元；

车速滤波单元，对整车控制器发送的所述车速信息进行滤波处理，输入至所述转矩转速分配单元。

在一个实施例中，所述油泵逆变器接收整车控制器所发送的油泵逆变器控制信号，并根据所述控制信号来启动或者关闭油泵逆变器，其中所述油泵逆变器控制信号指示启动油泵逆变器或停止油泵逆变器工作。

在一个实施例中，所述转速闭环控制单元根据所述油泵的实际转速与所述转速给定值之间的差值调整所述转矩给定值。

在一个实施例中，所述油泵转矩给定值和转速给定值与经滤波后的三相电流、经滤波后的车速、油泵电机效率、不同车速下助力转向系统最低功率相关联。

在一个实施例中，所述电流滤波单元还被配置成设置电流滤波参数，所述电流滤波参数与所述油泵功率输出调节变化快慢相关联。

在一个实施例中，所述电流滤波参数的初始值与车辆载重和油泵功率相关联。

在一个实施例中，所述车速滤波单元还被配置成设置车速滤波参数，所述车速滤波参数与油泵电机的功率和转速相关联。

在一个实施例中，所述转矩分配单元根据一个二维输入、二维输出的查找表来确定转矩给定值和转速给定值，其中，二维输入分别是电流和车速，二维输出是转矩给定值和转速给定值。

在一个实施例中，所述二维查找表根据油泵电机效率地图、不同车速下助力转向最低功率来制订。

本发明还提供了一种液压助力转向功率智能控制方法，所述液压助力转向功率智能控制方法包括以下步骤：

根据三相电流的大小和车速信息，确定油泵电机的转矩给定值和转速给定值，其中，所述三相电流控制所述油泵电机工作；

根据所述转矩给定值实时调整所述油泵电机的转矩大小；以及

根据所述转速给定值实时调整所述油泵电机的转速大小。

在一个实施例中，所述方法还包括：根据所述油泵电机的实际转速与所述转速给定值之间的差值调整所述转矩给定值的大小。

在一个实施例中，在根据三相电流的大小和车速信息确定油泵电机的转矩给定值和转速给定值的步骤之前，还包括以下步骤：

采用油泵逆变器提供所述三相电流；

对所述三相电流进行滤波处理；以及

对所述车速信息进行滤波处理，其中，所述车速信息由整车控制器发送。

在一个实施例中，所述油泵逆变器接收整车控制器所发送的油泵逆变器控制信号，并根据所述控制信号来启动或者关闭油泵逆变器，其中所述油泵逆变器控制信号指示启动油泵逆变器或停止油泵逆变器工作。

在一个实施例中，所述方法还包括：提供一个二维输入、二维输出的查找表，并根据所述查找表来确定转矩给定值和转速给定值，其中，二维输入分别是电流和车速，二维输出是转矩给定值和转速给定值。

在一个实施例中，所述二维查找表根据油泵电机效率地图、不同车速下助力转向最低功率来制订。本发明所提供的液压助力转向系统结构简单，只包括转向电机、转向电机控制系统和液压单元，无需借助其他传感器和配套设备就可根据工况实时调节并控制油泵的油量和功率，降低油泵系统的温度、减小系统能耗、保护转向电机、延长使用寿命，尤其适用于新能源客车。

本发明的技术方案，使得助力转向系统的结构组成非常简单，只包括转向电机、液压助力转向功率智能控制系统和液压单元，不需要检测方向盘动角度的转角检测单元和检测方向盘转矩的转矩检测单元，液压助力转向功率智能控制系统根据工况实时调节并控制油泵的油量和功率，降低油泵系统的温度、减小系统能耗、保护转向电机和延长使用寿命。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出了根据本发明一实施例的液压助力转向系统；

图2示出了根据本发明一实施例的液压助力转向功率智能控制系统的示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的转速闭环控制单元和电流闭环控制单元的工作示意图；以及

图4示出了根据本发明一实施例的液压助力转向智能控制方法流程图。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

图1示出了根据本发明一实施例的汽车助力转向系统。如图1所示，该汽车助力转向系统由液压助力转向功率智能控制系统(即转向电机控制系统)101、转向电机(即油泵电机)102和液压系统103组成。

液压助力转向功率智能控制系统101提供油泵电机102所需的工作电流并控制油泵电机的功率在最优状态。液压助力转向功率智能控制系统101具有一油泵逆变器。油泵逆变器如果启动进入运行状态后，则输出三相交流电控制油泵电机102工作。液压助力转向功率智能控制系统101与整车控制系统相通信。整车控制器发送油泵逆变器启动还是停机的信号给液压助力转向功率智能控制系统101，控制液压助力转向功率智能控制系统101中的油泵逆变器启动还是停机。整车控制器通过硬件接口采集档位状态、手刹信号,并根据车速、高压及整车故障信息决定油泵逆变器启动还是停机。

转向电机(即油泵电机)102维持一定的转速为液压系统103提供液压源，驱动方向盘的负载方向机工作，实现整车方向转动。

需要指出的是，在本发明中，整车控制器只控制油泵逆变器的启动和停止模式，不控制其输出功率和频率。与现有技术不同，油泵逆变器功率和转速大小由助力转向系统自身状态决定，即油泵逆变器线电压、线交流和频率的调节不需借助额外的传感器(例如流量、压力传感器)，仅通过油泵电机和液压系统的反馈信息就可实现其参数的智能控制，输出合适的功率和转速使转向系统既实时满足整车转向需求，又可节约能量消耗，降低油泵系统的温度、保护转向电机并延长使用寿命。

进一步，根据本发明的技术方案，助力转向系统的结构组成变得简单，只需要包括转向电机、液压助力转向功率智能控制系统和液压系统即可，不需要用于检测方向盘转动角度的转角检测单元和用于检测方向盘转矩的转矩检测单元，即助力转向系统不需要采集方向盘转动角以及方向盘转矩即可实现油泵的实时最优功率控制。本发明的液压助力转向功率智能控制系统可以在任何工况点根据该工况实时调节并控制油泵的油量和功率，降低油泵系统的温度、减小系统能耗、保护转向电机和延长使用寿命。

图2示出根据本发明一实施例的液压助力转向功率智能控制系统的示意图。液压助力转向功率智能控制系统包括油泵逆变器201、电流滤波单元202、车速滤波单元203、转矩转速分配单元(又称功率转速分配单元)204、转矩控制单元205、转速闭环控制单元206。

油泵逆变器201根据整车控制器所发送的油泵逆变器控制信号输出三相交流电，控制油泵电机102工作。该油泵逆变器控制信号指示启动油泵逆变器工作或停止油泵逆变器工作。

电流滤波单元202对油泵逆变器所输出的三相电流进行滤波处理，输入给转矩转速分配单元204。电流滤波参数预设置可参考车辆载重和油泵功率。电流滤波参数可根据实车助力转向系统的手感进行调节，滤波系数设置太小，油泵功率输出调节变化较慢，方向盘反应迟钝感较强，滤波系数设置太大，油泵功率输出调节变化灵敏，方向盘在车速较高时容易飘。

车速滤波单元203对整车控制器发送的车速信息进行滤波处理，输入给转矩转速分配单元204。车速信息对油泵的功率和转速调节的作用比较明显，油泵转速受车速的影响较大，车速和油泵电机转速成反比，车速越高，油泵工作转速越低，这样高速行车时方向盘手感较沉，车方向不容易走偏。

转矩转速分配单元204的输入信号为经滤波后的油泵电流和经滤波后的车速，输出信号是油泵转矩给定值和转速给定值，通过转矩和转速的闭环单元控制，使油泵工作在效率最优区域。其中，所述油泵的实际转速与所述转速给定值的差决定了所述转矩给定值的大小。所述油泵转矩给定值和转速给定值与经滤波后的三相电流、经滤波后的车速、油泵电机效率、不同车速下助力转向系统最低功率等相关联。

转速闭环控制单元206，根据所述油泵转速给定值实时调整油泵的转速大小。如图3所示，转速闭环控制单元206也叫做油泵速度环控制单元，油泵调节输出转矩的大小使转速维持在转速给定值。当液压系统需求转矩增大时，油泵转矩也相应增大；当液压系统需求转矩减小时，油泵转矩也相应减小；无转向需求时，电机输出转矩在零附近波动。所述转速闭环控制单元根据所述油泵的实际转速与所述转速给定值之间的差值调整所述转矩给定值。

转矩控制单元205，根据所述油泵转矩给定值实时调整油泵的转矩大小。如图3所示，转矩控制单元205主要包括电流闭环控制单元301。电流闭环控制单元301的电流给定值是转速闭环控制单元206的输出值，其中，电流给定值与转矩给定值相关联。当油泵的转速差大时，电流给定值增大；当油泵的转速差小时，电流给定值减小；油泵闭环控制电流输出满足液压系统转矩需求。

在一个实施例中，所述转矩转速分配单元204根据一个二维输入、二维输出的查找表来确定转矩给定值和转速给定值，其中，二维输入分别是电流和车速，二维输出是转矩和转速的给定值。二维查找表可根据油泵效率MAP图、不同车速下助力转向最低功率等数据来源来制订。当然，二维查找表的制订并不唯一，本领域技术人员可以根据实际应用来制订符合要求的二维查找表。

在一个实施例中，转矩转速分配单元204根据模糊控制算法、神经网络自适应算法等方法计算三相电流和车速的加权因子，根据加权因子确定转矩给定值和转速给定值。

图4示出了根据本发明一实施例的汽车助力转向智能控制方法。该方法包括以下步骤：

步骤401：初始化系统，根据油泵电机和液压系统的参数设定油泵逆变器的最大输出电流、待机转速、额定转速、最高转速等参数。

步骤402：整车完成高低压上电流程，油泵逆变器完成上电自检，整车控制器和油泵逆变器按通信协议交互信息，如果油泵自检报故障，则把故障信息发送给仪表，提示司机。在一个实施例中，

步骤403：读取手刹传感器信息和档位信息，判断手刹和档位是否处于工作状态，若手刹拉起或档位处于N档，整车控制器给油泵逆变器发送停机指令，若手刹处于松开状态且档位置于D或R档，整车控制器给油泵逆变器发送启机指令。

步骤404：如果油泵逆变器启动并运行后，则解析整车控制器发送的车速信息，液压助力转向功率智能控制系统根据车速和油泵电机当前输出的电流，智能调节油泵转速和转矩以匹配助力转向系统当前所需功率。

其中，步骤404还可具体包括以下步骤：

根据油泵电机当前输出的电流(即三相电流)的大小和车速信息，确定油泵电机的转矩给定值和转速给定值，其中，该三相电流控制该油泵电机工作，该车速信息由整车控制器发送；

根据该转矩给定值实时调整该油泵电机的转矩大小；以及

根据该转速给定值实时调整该油泵电机的转速大小。

在一个实施例中，转矩给定值的大小还可以根据该油泵电机的实际转速与该转速给定值之间的差值被调整。

在一个实施例中，该三相电流由油泵逆变器提供，以控制油泵电机工作。

在一个实施例中，该三相电流和车速信息都进行过滤波处理。

在一个实施例中，步骤404还包括提供一个二维输入、二维输出的查找表，并根据该查找表来确定转矩给定值和转速给定值，其中，二维输入分别是电流和车速，二维输出是转矩给定值和转速给定值。

在一个实施例中，该二维查找表可根据油泵电机效率地图、不同车速下助力转向最低功率来制订。

根据本发明的技术方案，助力转向系统的结构组成可以变得非常简单，只包括转向电机、液压助力转向功率智能控制系统和液压单元，不需要检测方向盘动角度的转角检测单元和检测方向盘转矩的转矩检测单元。本发明的液压助力转向功率智能控制系统根据工况实时调节并控制油泵的油量和功率，降低油泵系统的温度、减小系统能耗、保护转向电机和延长使用寿命。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种液压助力转向功率智能控制系统，所述液压助力转向功率智能控制系统与油泵电机耦接，其特征在于，所述液压助力转向功率智能控制系统包括：

转矩转速分配单元，根据三相电流的大小和车速信息，确定所述油泵电机的转矩给定值和转速给定值，其中，所述三相电流控制所述油泵电机工作；

转矩控制单元，根据所述转矩给定值实时调整所述油泵电机的转矩大小；

转速闭环控制单元，根据所述转速给定值实时调整所述油泵电机的转速大小；

油泵逆变器，输出未经滤波的三相电流；

电流滤波单元，对所述油泵逆变器所输出的三相电流进行滤波处理，输入至所述转矩转速分配单元；以及

车速滤波单元，对整车控制器发送的所述车速信息进行滤波处理，输入至所述转矩转速分配单元；

其中，所述油泵逆变器接收整车控制器所发送的油泵逆变器控制信号，并根据所述控制信号来启动或者关闭油泵逆变器，其中所述油泵逆变器控制信号指示启动油泵逆变器或停止油泵逆变器工作；

所述转速闭环控制单元根据所述油泵电机的实际转速与所述转速给定值之间的差值调整所述转矩给定值；所述转矩控制单元包括电流闭环控制单元，所述电流闭环控制单元的电流给定值是所述转速闭环控制单元的输出值，所述电流给定值与所述转矩给定值相关联。

2.如权利要求1所述的液压助力转向功率智能控制系统，其特征在于，所述油泵转矩给定值和转速给定值与经滤波后的三相电流、经滤波后的车速、油泵电机效率、不同车速下助力转向系统最低功率相关联。

3.如权利要求1所述的液压助力转向功率智能控制系统，其特征在于，所述电流滤波单元还被配置成设置电流滤波参数，所述电流滤波参数与油泵功率输出调节变化快慢相关联。

4.如权利要求3所述的液压助力转向功率智能控制系统，其特征在于，所述电流滤波参数的初始值与车辆载重和油泵功率相关联。

5.如权利要求1所述的液压助力转向功率智能控制系统，其特征在于，所述车速滤波单元还被配置成设置车速滤波参数，所述车速滤波参数与油泵电机的功率和转速相关联。

6.如权利要求1所述的液压助力转向功率智能控制系统，其特征在于，所述转矩转速分配单元根据一个二维输入、二维输出的查找表来确定转矩给定值和转速给定值，其中，二维输入分别是电流和车速，二维输出是转矩给定值和转速给定值。

7.如权利要求6所述的液压助力转向功率智能控制系统，其特征在于，所述查找表根据油泵电机效率地图、不同车速下的助力转向最低功率来制订。

8.一种液压助力转向功率智能控制方法，其特征在于，所述液压助力转向功率智能控制方法包括：

转矩转速分配单元根据三相电流的大小和车速信息，确定油泵电机的转矩给定值和转速给定值，其中，所述三相电流控制所述油泵电机工作；

转矩控制单元根据所述转矩给定值实时调整所述油泵电机的转矩大小；

转速闭环控制单元根据所述转速给定值实时调整所述油泵电机的转速大小；

其中，在所述转矩转速分配单元根据三相电流的大小和车速信息确定油泵电机的转矩给定值和转速给定值的步骤之前，还包括以下步骤：

采用油泵逆变器提供所述三相电流；

采用电流滤波单元对所述三相电流进行滤波处理；

采用车速滤波单元对所述车速信息进行滤波处理，其中，所述车速信息由整车控制器发送；

其中，所述油泵逆变器接收整车控制器所发送的油泵逆变器控制信号，并根据所述控制信号来启动或者关闭所述油泵逆变器，其中所述油泵逆变器控制信号指示启动油泵逆变器或停止油泵逆变器工作；

所述方法还包括：

根据所述油泵电机的实际转速与所述转速给定值之间的差值调整所述转矩给定值的大小；所述转矩控制单元包括电流闭环控制单元，所述电流闭环控制单元的电流给定值是所述转速闭环控制单元的输出值，所述电流给定值与所述转矩给定值相关联。

9.如权利要求8所述的液压助力转向功率智能控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

提供一个二维输入、二维输出的查找表，并根据所述查找表来确定所述转矩给定值和所述转速给定值，其中，二维输入分别是电流和车速，二维输出是转矩给定值和转速给定值。

10.如权利要求9所述的液压助力转向功率智能控制方法，其特征在于，所述查找表根据油泵电机效率地图、不同车速下的助力转向最低功率来制订。

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