一种液压驱动车辆转向控制策略

1.本发明属于车辆控制领域，特别是涉及一种液压驱动车辆转向控制策略。


背景技术：

2.液压驱动车辆的燃油经济性是衡量汽车性能的重要指标，液压驱动车辆在转向过程中，转向阻力大，会产生较大的功率损失，进而影响液压驱动车辆的燃油经济性。目前。液压驱动车辆在转向过程中，无法实时调整车辆转向行驶速度，因而无法产生合适的转向半径，减小转向阻力。
3.cn201910250899.5公开了一种利用发动机扭矩改善转向操纵性能的控制方法，可以在车辆加速转向过程中利用发动机扭矩减小时，出现重心前移趋势的物理现象增加前轮附着力，抑制或者减小车辆转向不足的趋势。该专利仅应用在车辆加速转向过程中，提取方向转角和油门开度，匹配最佳发动机扭矩，并进行降扭操作，防止转向不足。该专利不能实时调整油门开度及发动机转速，也未考虑在对发动机进行降扭控制时与驱动液压泵的协调控制。cn202010358995.4公开了一种改善汽车能耗经济性的方法，可以在车辆行驶过程中匹配最佳油门开度范围。该专利仅描述了在某一挡位下，对车辆匹配最佳油门开度范围，降低油耗。未具体述及转向过程中的控制过程，未实现根据转向角实时调整车速。cn201910243324.0公开了一种油门开度的调整方法及装置，通过ecu自学习模式，更新油门踏板等高线图中的油门开度。该专利根据驾驶员油门踏板调整油门开度，并非根据方向盘转角控制油门开度。
4.因此，亟需提供一种液压驱动车辆转向控制策略，使得车辆在转向过程中能够根据方向盘转角实时调整车速，获得合适的转向半径，减小转向阻力，提高液压驱动车辆燃油经济性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种液压驱动车辆转向控制策略，使得液压驱动车辆在转向过程中，可以根据方向盘转角实时调整发动机转速，进而调整车辆转向行驶速度，获得合适的转向半径，减小转向阻力，以解决上述现有技术存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种液压驱动车辆转向控制策略，包括以下步骤：
7.获取发动机的负载转矩，基于所述负载转矩，获得发动机的油门开度前馈控制量；
8.基于方向盘转角获得发动机的目标转速，对发动机的目标转速与实际转速进行对比分析，获得油门开度修正量；
9.将所述油门开度前馈控制量和油门开度修正量相结合，调整油门舵机角度，进而控制发动机的实际转速达到目标转速，完成车辆的转向控制。
10.可选地，获取发动机的负载转矩的过程包括：基于驱动液压泵和转向液压泵分别对应的进出油口压差、泵口排量、机械效率以及分别与发动机输出轴之间的传动比和对应的传动效率，获得发动机的负载转矩。
11.可选地，获得发动机的油门开度前馈控制量的过程包括：基于所述发动机的负载转矩和发动机实际转速，获得发动机的转矩特性曲线；基于所述发动机的转矩特性曲线，获得发动机实际转速下的发动机最大输出转矩；基于所述发动机的负载转矩和发动机最大输出转矩，获得发动机的油门开度前馈控制量。
12.可选地，基于方向盘转角获得发动机的目标转速的过程包括：基于车载的角度传感器获得方向盘转角，基于所述方向盘转角与发动机实际转速之间的关系，获得任意方向盘转角下的发动机目标转速。
13.可选地，获得所述方向盘转角与发动机实际转速之间的关系的过程包括：在液压驱动车辆的不同挡位下进行转向测试，获得不同方向盘转角和发动机实际转速下的车辆油耗，进而获得液压驱动车辆最低油耗时的方向盘转角和发动机实际转速的数据组合；基于插值方法对所述数据组合进行拟合处理，获得所述方向盘转角与发动机实际转速之间的关系。
14.可选地，控制发动机的实际转速达到目标转速的过程包括：将所述油门开度修正量转换为车辆控制器中pwm的脉宽信号，并发送到油门舵机；将所述脉宽信号与所述油门开度前馈控制量相结合，共同调整油门舵机角度，调整油门开度，进而控制发动机的实际转速达到目标转速。
15.可选地，控制发动机的实际转速达到目标转速的过程还包括：基于所述发动机的目标转速，获得驱动液压泵的期望泵排量；基于所述驱动液压泵的期望泵排量，采用电液伺服机构调整液压泵斜盘倾角，进而调节驱动液压泵的实际泵排量达到期望泵排量，与发动机的控制相协调，共同完成对车辆的转向控制。
16.本发明的技术效果为：
17.本发明可以在车辆转向过程中，根据方向盘转角预估发动机目标转速，并通过控制器调整油门开度，使发动机实际转速跟随目标转速。使得车辆在转向过程中获得合适的车速以及转向半径，减小了转向阻力，减小了传动系统的功率损失，提高了车辆燃油经济性。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
19.图1为本发明实施例中的液压驱动车辆转向控制流程图；
20.图2为本发明实施例中的发动机转速控制示意图；
21.图3为本发明实施例中的发动机转矩特性曲线示意图；
22.图4为本发明实施例中的液压泵转矩特性曲线示意图。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
24.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不
同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
25.实施例一
26.本实施例中提供一种液压驱动车辆转向控制策略，在液压驱动车辆转向过程中，根据方向盘转角实时预估发动机目标转速。通过控制器来调整发动机油门开度，使发动机实际转速跟随目标转速，进而得到车辆转向行驶速度，使车辆具有合适的转向半径，减小转向阻力。控制流程图如图1所示。
27.发动机转速控制系统如图2所示，首先根据驱动系统压力、转速系统压力和方向盘转角、驱动液压泵排量估计发动机的负载转矩。根据发动机的转矩特性曲线计算发动机油门开度的前馈控制量，控制器根据发动机目标转速和发动机实际转速(以下简称发动机转速)计算油门开度的修正量，油门开度信号转换为控制器中pwm的脉宽，实现油门舵机角度的控制，使发动机能够跟随目标转速。
28.发动机负载转矩估计。发动机实际负载可以根据转向液压泵排量以及转向系统压力、驱动液压泵排量和系统压力进行估计，进而得到发动机油门开度的前馈控制量。
29.发动机负载转矩估计公式为，
[0030][0031]
式中，t
l
为发动机预估负载转矩，δps、δpz分别为驱动液压泵和转向液压泵进出油口压差，v
p
、v
pz
分别为驱动液压泵和转向液压泵的排量，ie、i
pz
分别为驱动液压泵和转向液压泵与发动机输出轴之间的传动比，η
pm
、η
pzm
分别为驱动液压泵和转向液压泵的机械效率，η
ie
、η
ipz
分别为对应的传动效率。
[0032]
进而可以得到对应的发动机油门开度前馈控制量，
[0033][0034]
式中，α0为发动机油门开度前馈控制量，t
emax
(ne)为当前发动机转速下发动机最大输出转矩，可根据发动机转矩特性曲线得到，发动机转矩特性曲线即发动机转矩与发动机转速之间的关系曲线，如图3所示。
[0035]
根据方向盘转角预估发动机目标转速。通过方向盘转角δ与发动机转速n之间的关系n＝f(δ)可以得到任意方向盘转角下的发动机目标转速。其中，方向盘转角通过角度传感器测得，n＝f(δ)则通过试验数据库拟合得到。
[0036]
在液压驱动车辆不同挡位下进行转向试验测试，记录在不同方向盘转角和发动机转速下的车辆油耗，进而得到车辆最低油耗时的方向盘转角和发动机转速组合，并将该数据组合储存。例如，在i挡下得到多组方向盘转角和发动机转速的组合(δ1,n1)、(δ2,n2)、(δ3,n3)
……
，这些组合使得该车辆在工况下行驶时油耗最低。进而可以根据这些组合，通过插值方法进行公式拟合得到方向盘转角与发动机转速之间的关系式n＝f(δ)。进而，对任意方向盘转角δ0，可以计算得到目标的发动机转速n0，使得车辆在该转向工况下，油耗最低。
[0037]
同时，根据方向盘转角δ可以得到车辆转向半径，如下式所示，
[0038]
r＝l/2sinδ (3)
[0039]
发动机转速控制。控制器对比发动机实际转速与目标转速，并计算得到油门开度
修正量，并将该修正量转换为控制器中pwm的脉宽信号，发送给油门舵机。该信号与油门开度前馈控制量结合，共同调整油门舵机角度，调整油门开度，进而调整发动机转速，使发动机实际转速能够跟随目标转速。
[0040]
在转向过程中，转向泵会增加发动机的负载。因此，应当调节驱动液压泵排量，与发动机的控制进行协调，以避免发动机熄火。液压泵排量控制是通过电液伺服机构调整液压泵斜盘倾角来实现的，根据排量计算目标电流，采用pi控制实现电流的跟随控制，期望电流与期望泵排量的稳态关系如下，
[0041][0042]
式中，v
pr
为液压泵的期望排量，i
pmax
、i
pmin
分别为最大和最小的控制电流，取值分别为600ma和200ma，对应液压泵最大排量和0排量，电流小于200ma为0排量。
[0043]
液压泵为轴向柱塞泵，其排量可采用如下公式计算，
[0044][0045]
式中，d为柱塞直径，z为柱塞数量，r为柱塞分布圆半径，γ为斜盘倾角。当斜盘倾角γ最大时，液压泵排量最大。
[0046]
液压泵期望排量可按如下公式(6)计算，
[0047][0048]
式中，ps为蓄能器压力，p
l
为液压回路低压边压力，η
pm
是液压泵机械效率，t
pr
为液压泵目标驱动转矩，可通过液压泵转矩特性曲线得到，如图4所示，液压泵转速可由转速传感器测得。
[0049]
液压泵排量计算公式为公式(5)，主要是在转向过程中控制发动机转速，发动机转速经传动系统传递至车轮，表现为车速。
[0050]
公式(4)给出的液压泵排量与控制电流的稳态对应关系，对于液压泵排量的动态控制，主要有两个目标，第一需要尽快跟随目标排量，满足流量需求；第二要需要考虑到其排量变化对发动机转速的影响，保证发动机不熄火。发动机转速与液压泵排量的协调控制可以分为三种方式，第一种以发动机转速优先，即优先控制发动机达到目标转速附近，然后再调整液压泵的排量；第二种以液压泵排量优先，先调整液压泵排量跟随目标值，然后再调整发动机转速；第三种方式是发动机转速与液压泵排量同步控制，同时调整发动机转速和液压泵的排量。由于发动机转速是由驱动转矩和负载转矩决定的，当负载转矩越大时，发动机转速上升响应速度越慢，导致液压泵的流量响应慢。因此，本实施例采用发动机转速控制优先的模式，即优先控制发动机转速到目标值附近，然后再调整液压泵的排量至目标排量，液压泵调整过程限制排量变化速率。
[0051]
本实施例可以在车辆转向过程中，根据方向盘转角预估发动机目标转速，并通过控制器调整油门开度，使发动机实际转速跟随目标转速。使得车辆在转向过程中获得合适的车速以及转向半径，减小了转向阻力。从而也减小了传动系统的功率损失，提高了车辆燃油经济性。
[0052]
以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种液压驱动车辆转向控制策略，其特征在于，包括以下步骤：获取发动机的负载转矩，基于所述负载转矩，获得发动机的油门开度前馈控制量；基于方向盘转角获得发动机的目标转速，对发动机的目标转速与实际转速进行对比分析，获得油门开度修正量；将所述油门开度前馈控制量和油门开度修正量相结合，调整油门舵机角度，进而控制发动机的实际转速达到目标转速，完成车辆的转向控制。2.根据权利要求1所述的液压驱动车辆转向控制策略，其特征在于，获取发动机的负载转矩的过程包括：基于驱动液压泵和转向液压泵分别对应的进出油口压差、泵口排量、机械效率以及分别与发动机输出轴之间的传动比和对应的传动效率，获得发动机的负载转矩。3.根据权利要求2所述的液压驱动车辆转向控制策略，其特征在于，获得发动机的油门开度前馈控制量的过程包括：基于所述发动机的负载转矩和发动机实际转速，获得发动机的转矩特性曲线；基于所述发动机的转矩特性曲线，获得发动机实际转速下的发动机最大输出转矩；基于所述发动机的负载转矩和发动机最大输出转矩，获得发动机的油门开度前馈控制量。4.根据权利要求1所述的液压驱动车辆转向控制策略，其特征在于，基于方向盘转角获得发动机的目标转速的过程包括：基于车载的角度传感器获得方向盘转角，基于所述方向盘转角与发动机实际转速之间的关系，获得任意方向盘转角下的发动机目标转速。5.根据权利要求4所述的液压驱动车辆转向控制策略，其特征在于，获得所述方向盘转角与发动机实际转速之间的关系的过程包括：在液压驱动车辆的不同挡位下进行转向测试，获得不同方向盘转角和发动机实际转速下的车辆油耗，进而获得液压驱动车辆最低油耗时的方向盘转角和发动机实际转速的数据组合；基于插值方法对所述数据组合进行拟合处理，获得所述方向盘转角与发动机实际转速之间的关系。6.根据权利要求1所述的液压驱动车辆转向控制策略，其特征在于，控制发动机的实际转速达到目标转速的过程包括：将所述油门开度修正量转换为车辆控制器中pwm的脉宽信号，并发送到油门舵机；将所述脉宽信号与所述油门开度前馈控制量相结合，共同调整油门舵机角度，调整油门开度，进而控制发动机的实际转速达到目标转速。7.根据权利要求6所述的液压驱动车辆转向控制策略，其特征在于，控制发动机的实际转速达到目标转速的过程还包括：基于所述发动机的目标转速，获得驱动液压泵的期望泵排量；基于所述驱动液压泵的期望泵排量，采用电液伺服机构调整液压泵斜盘倾角，进而调节驱动液压泵的实际泵排量达到期望泵排量，与发动机的控制相协调，共同完成对车辆的转向控制。

技术总结
本发明公开了一种液压驱动车辆转向控制策略，包括以下步骤：获取发动机的负载转矩，基于所述负载转矩，获得发动机的油门开度前馈控制量；基于方向盘转角获得发动机的目标转速，对发动机的目标转速与实际转速进行对比分析，获得油门开度修正量；将所述油门开度前馈控制量和油门开度修正量相结合，调整油门舵机角度，进而控制发动机的实际转速达到目标转速，完成车辆的转向控制。本发明可以在车辆转向过程中，根据方向盘转角预估发动机目标转速，并通过控制器调整油门开度，使发动机实际转速跟随目标转速；使得车辆在转向过程中获得合适的车速以及转向半径，减小了转向阻力，减小了传动系统的功率损失，提高了车辆燃油经济性。提高了车辆燃油经济性。提高了车辆燃油经济性。


技术研发人员：吴维 侯潇男 罗俊林 苑士华
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/6/28