一种电液助力转向器建压期间电助力求解方法及其系统

摘要

本发明提供的一种电液助力转向器建压期间电助力求解方法及其系统，属于电动液压助力转向领域。通过BP神经网络算法与车辆转向数据，获取建压时间，判断其与设定阈值间的关系，若建压时间未超过设定阈值，不产生助力；若超过设定阈值，产生助力，在车轮开始转动后监测手力变化率方向及手力绝对值，若手力变化率反向且绝对值超过设定阈值，助力将平滑过渡到电机液压共同助力模式；若手力变化率方向未反向或绝对值未超过设定阈值，继续监测手力变化率方向及手力绝对值，直至手力绝对值超过设定阈值且手力变化率反向。通过确定建压时间与设定阈值间的关系决定建压期间电机是否产生助力，从而缓和建压期间驾驶手感沉重和建压结束时的手感突变问题。

说明书

技术领域

本发明属于电动液压助力转向技术领域，具体涉及一种电液助力转向器建压期间电助力求解方法及其系统。

背景技术

随着商用车底盘线控化、智能化的发展，传统液压助力转向器已不能满足实际需求，当前市场主流方案为电动液压助力转向器(EHPS)，它是由液压助力部分(HPS)和电控部分构成的。与传统液压助力转向器相比，电动液压助力转向器可实现车道保持、横风补偿、应急转向避障、交通拥堵辅助驾驶、自动泊车等功能，从而提升车辆安全性、改善驾驶体验、降低驾驶员劳动强度，使车辆能够具备L2级自动驾驶能力，满足相关法规要求。

电动液压助力转向器所产生的助力主要由液压部分提供，电机的作用是叠加/替代驾驶员手力，从而将驾驶员手力和/或电机力矩通过扭杆变形施加在转向器转阀总成上面，以控制液压部分输出力矩。但是在转阀打开到车轮开始转动期间有一个建压过程，此阶段的电机助力如何决策，这关系到驾驶员手感平顺性和轻便性。针对建压过程时间短、控制难度大，目前算法多设置“死区”处理，即此阶段电机并不产生助力，压力上升快慢只由驾驶员手力作用，一方面，若电机在此阶段输出扭矩，势必导致电机助力扭矩输出过大；另一方面，液压部分起作用时，转向系统提供的电机液压总的助力易引起驾驶员手感突变，因此设置“死区”以规避这两类问题，但这样的处理方式势必造成初始转向手感沉重。因此，现阶段需要一种算法用于缓和建压期间驾驶手感沉重和建压结束时的手感突变问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电液助力转向器建压期间电助力求解方法及其系统，缓和建压期间驾驶手感沉重和建压结束时的手感突变问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种电液助力转向器建压期间电助力求解方法，通过BP神经网络算法与车辆转向数据，获取建压时间；判断建压时间与设定阈值之间的关系，若建压时间未超过设定阈值，则电机不产生助力；若建压时间超过设定阈值，则电机产生助力，在车轮开始转动后，ECU监测手力变化率的方向及手力绝对值，若手力变化率的方向反向且绝对值超过设定阈值，助力将平滑过渡到电机液压共同助力模式。

优选地，采用BP神经网络算法对不同车辆运行工况下的转向数据进行训练，直至满足学习指标，然后通过训练好的神经网络算法学习出建压时间。

进一步优选地，所述转向数据包括车重、坡度、发动机转速、方向盘转速、车速和胎压。

优选地，训练的具体步骤为：输入层考虑：车重、坡度、发动机转速、方向盘转速、车速和胎压；输出层为该工况下的建压时间；中间层神经元个数为L，L的计算公式为L＝sqrt(n+m)+a；

其中，n为输入层神经元个数，m为输出层神经元个数，a为[1，10]之间的常数。

优选地，当学习率为[0，1]，收敛误差在0.0001以内时，满足学习指标，训练停止。

优选地，电机按照外界车速、驾驶员手力、方向盘转角和转速查表产生助力。

进一步优选地，电机按照外界车速、驾驶员手力、方向盘转角和转速查表产生的助力，小于电机液压共同助力时，相同转向参数下ECU获得的转向助力。

优选地，若手力变化率的方向未反向或者绝对值未超过设定阈值，ECU继续监测手力变化率的方向及手力绝对值，直至手力绝对值超过设定阈值且手力变化率的方向反向。

本发明还公开了一种电液助力转向器建压期间电助力求解系统，包括：

建压时间获取模块，用于根据BP神经网络算法确定建压时间；

电助力求解模块，用于判断建压时间与设定阈值之间的关系，若建压时间未超过设定阈值，则电机不产生助力；若建压时间超过设定阈值，则电机产生助力，在车轮开始转动后，ECU监测手力变化率的方向及手力绝对值，若手力变化率的方向反向且绝对值超过设定阈值，助力将平滑过渡到电机液压共同助力模式。

本发明还公开了上述一种电液助力转向器建压期间电助力求解系统在重卡电动液压助力转向中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种电液助力转向器建压期间电助力求解方法，将BP神经网络算法与车辆转向数据结合，获得驾驶员从“平衡”位置开始转动时的液压部分的建压时间；通过将获得的建压时间与设定阈值做判断，决定建压期间电机是否产生助力，当建压时间小于设定阈值时，电机不产生助力，而一旦建压时间大于设定阈值后，电机按照车速、手力、方向盘转角和转速查表得到相应助力，以减轻驾驶员的转向沉重感，且此时的电机助力应小于电机液压共同助力时，相同转向参数下ECU获得的转向助力，以防止不必要的能量损耗；当车轮开始转动后，ECU继续监测手力变化率的方向及手力绝对值，一旦方向反向且绝对值超过设定阈值后，电机助力将平滑过渡到电机液压共同助力模式，这样的策略会使驾驶员手感连续，驾驶体验好。在该方法中，电动液压助力转向系统中，主要助力由液压部分提供，液压部分的助力来源为发动机，发动机飞轮带动液压助力泵，当车轮转动时，液压部分的转阀控制油液进入液压缸的腔体，油液通过液压助力泵不断涌入液压缸的腔体内部，导致液压缸上下腔体之间的压差不断增加，直至压差上升到与转向阻力相适应(从而恢复扭杆变形)。电控部分的助力来源为电机，控制器通过总线车速、驾驶员施加在方向盘上的扭矩、转速、转角等信号决策出电机的目标扭矩值，且此扭矩小于电机液压共同助力作用下的助力矩，从而控制电机以输出期望扭矩值。相比当前的“死区”处理方式，该方法能够降低电机助力的决策难度，使得建压阶段转向更加轻便，驾驶员转向手感连续，减少驾驶员在建压期间驾驶手感沉重和建压结束时的手感突变问题。

进一步地，采用车重、坡度、发动机转速、方向盘转速、车速和胎压共六个因素作为车辆转向数据来训练BP神经网络算法，能够保证精准辨识出不同工况下的建压时间。

附图说明

图1为本发明的电液助力转向器建压期间电助力求解方法的流程图；

图2为电动液压助力转向器结构示意图；

图3为电动液压助力转向器结构中的液压助力部分工作示意图；

图4为本发明的相同转向阻力、不同输入扭矩作用下的液压缸压强上升曲线图。

其中：1-方向盘；2-转向管柱；3-液压助力油罐；4-发动机；5-液压助力泵；6-油液管路；7-电子控制器单元；8-电机；9-液压助力转向器；10-齿扇轴；11-转向纵拉杆；12-转向节臂；13-转阀；14-液压缸。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。术语“电子控制器单元”包含了“ECU”的意思。术语“设定阈值”为设定的建压时间阈值，用来决定电机是否在建压阶段起作用；通常设定的建压时间阈值和转向工况相关，快打方向时的时间阈值约为0.2s，慢打方向时的时间阈值约为0.5s。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供的一种电液助力转向器建压期间电助力求解方法，参见图1，包括以下步骤：

1.确定建压时间(T)

采用神经网络算法对不同车辆运行工况下的转向数据进行训练，直至满足学习指标，然后通过训练好的神经网络算法获得建压时间T。具体步骤如下：

按照BP神经网络算法，输入层考虑：车重、坡度、发动机4转速、方向盘1转速、车速和胎压共六个因素；输出层为该工况下的建压时间；中间层神经元个数L，按照公式L＝sqrt(n+m)+a计算，其中，n为输入层神经元个数，m为输出层神经元个数，a为[1，10]之间的常数。最终设计得到6×6×1三层网络结构，当学习率为[0，1]，优选为0.06，收敛误差足够小，优选0.0001以内时，认为满足学习指标，获得训练好的神经网络算法，最终将车辆实际运行工况输入训练好的神经网络算法中，输出建压时间T。

为了进一步保证获得的建压时间T的精确性，包括但不限于在采用BP神经网络算法的基础上安装压力监测仪器，将BP神经网络算法训练结果与压力监测仪器测量时间进行比对，优化获得的建压时间T，从而使训练模型更精确。

2.ECU对建压时间(T)与设定阈值(T*)作出判断

1)若建压时间T未超过设定阈值T*，电子控制器单元7(即ECU)判断此工况下的建压时间过短，则电机8不产生助力；

2)若建压时间T超过设定阈值T*，系统认为电机8在此阶段需要产生助力，则电机8按照外界车速、驾驶员手力、方向盘1转角和转速查表得到相应助力，所述助力为电机8液压共同助力的一部分(非固定比例系数，需根据实际工况标定)，电机8输出助力被限制，以减少静止状态的能量损失；待车轮开始转动后，ECU监测手力变化率的方向及手力绝对值；

若手力变化率的方向反向且绝对值超过设定阈值，系统认为车轮开始转动，电机8助力将平滑过渡到以液压助力为主的电机8液压共同助力模式；若手力变化率的方向未反向或者绝对值未超过设定阈值，则继续监测手力变化率的方向及手力绝对值，直至手力绝对值超过阈值、液压部分开始起作用，从而使扭杆变形逐渐恢复，使得手力变化率的方向反向。

实施例1

参见图2和图3，当驾驶员转动方向盘1时，通过转向管柱2将方向盘1转速传至ECU，ECU通过训练好的BP神经网络算法，根据输入的该转向工况下的车重、坡度、发动机4转速、方向盘1转速、车速和胎压，计算得到该工况下的建压时间，判断此工况下的建压时间是否超过设定阈值，若建压时间超过阈值，ECU控制电机8产生限制后的助力，以减少静止状态的能量损失。而驾驶员手力矩以及电机8提供的助力均会作用于液压助力转向器9的输入轴上，液压助力转向器9的输入轴与液压部分的转阀13通过扭杆连接，发动机4飞轮带动液压助力泵5，当方向盘1转动时，扭杆发生形变，液压部分的转阀13也会从中间位置向一侧偏转，从而控制油液流向。转阀13微变形后向一侧偏转，油液从液压助力油罐3沿油液管路6通过液压助力泵5向液压缸14一侧流动，从而使液压缸14两侧形成压差，在这期间，不断增加的输入扭矩，使得小扭矩转化到较大扭矩，输入扭矩-压力曲线参见图4，由图4可知，相同转向阻力下，输入转向力越大，液压缸14内压强以较快速率上升(类似地，在电机8助力参与时，液压缸14内的压强特性曲线会切换到其他快速上升路径中)，直至压差上升到与转向阻力相适应(从而恢复扭杆变形)，足够的压差将推动齿扇轴10转动，进而带动转向纵拉杆11和转向节臂12使车轮转动。最后，ECU监测驾驶员手力变化率的方向及手力绝对值，一旦方向反向且绝对值超过设定阈值后，电机8助力将平滑过渡到电机8液压共同助力模式。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。