[發明專利]一種永磁轉差離合器及其自適應非奇異終端滑模轉速控制方法

有效

• 申請號: 201610101728.2
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN105591524B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 江浩斌;龔曉慶;耿國慶;唐斌;劉慶利;崔秋雯
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K49/10
• 分類號: H02K49/10;H02P15/00;B62D5/06
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技術領域

本發明屬于汽車液壓助力轉向系統領域，具體涉及一種永磁轉差離合器自適應非奇異終端滑模轉速控制方法。

背景技術

隨著科學技術和汽車工業的進步和發展，人們不僅僅滿足于車輛性能地提高，車輛行駛時的操縱穩定性、安全性和節能性也越來越受到重視。目前，大部分重型車輛都使用傳統的液壓助力轉向系統(HPS)，在低速時能夠提供良好的助力，但是其助力特性比較單一，不能隨車速變化而變化，導致車輛高速行駛時，助力過大，此時駕駛員“路感”較差，會產生方向盤發飄的問題，對車輛的操縱穩定性和安全性產生一定影響。同時有資料表明，車輛處于轉向狀態的行駛時間不超過20％，但傳統HPS的轉向泵直接與發動機相連，在約80％的非轉向時間，轉向泵也一直處于運行狀態，且轉向泵轉速越高，液壓回路能量損失也越大，造成能源的浪費。

在傳統HPS系統基礎上，將永磁轉差離合器聯接于發動機輸出端和轉向泵輸入端，構成永磁轉差離合器式電控液壓助力轉向系統(ECHPS)。通過調節永磁轉差離合器外電路IGBT占空比，就可控制主、從動部件轉差，從而控制轉向泵轉速和轉矩。永磁轉差離合器可實現無極變速，平滑傳遞轉矩，使得轉向泵在不同的工況下按需輸出液壓功率，保證了重型車輛低速時轉向輕便性和高速時良好的“路感”，提高操縱性，安全性和節能性。發明專利CN105109549A提出的電磁轉差離合器式電控液壓轉向系統，通過調節勵磁電流大小，控制主、從動部件轉差，從而控制轉向泵轉速和轉矩，但是研究發現其存在體積大，轉動慣量大的缺點，而本發明中提出的永磁轉差離合器相對于電磁轉差離合器而言，其體積小，轉動慣量小，無需直流勵磁，節省了一定能耗，具有相對更好的性能。實用新型專利CN204465317U中講述了一種永磁轉差離合器，結構上與本發明類似，其外轉子是永磁轉子，內轉子是繞組轉子，采用電氣開關來控制永磁轉差離合器的接合與分離。而本發明中外轉子是繞組轉子，內轉子是永磁轉子，采用調節外電路IGBT占空比，實現永磁轉差離合器調速功能，且運用了自適應非奇異終端滑模控制算法，控制效果更好。

轉向時，永磁轉差離合器式ECHPS系統存在一些不確定性(如發動機轉速會發生波動)和外界干擾(如側向風)，引起轉向泵轉速波動與方向盤轉角/轉矩跳動，造成永磁轉差離合器控制量發生抖動，從而使得轉向泵轉速隨之發生變化。

滑模控制具有對參數變化及擾動不靈敏，較好的魯棒性等優點。而傳統滑模控制選取的是線性滑模面，對于一些復雜的、控制要求較高的非線性系統，線性滑模面具有一定的局限性。

發明內容

針對永磁轉差離合器式ECHPS系統，提出了一種自適應非奇異終端滑模控制方法，能解決參數攝動、外界干擾不確定性問題，還能使得跟蹤誤差快速收斂到零(即轉向泵轉速快速跟蹤理想值)，具有更好的魯棒性。實現本發明的技術方案如下：

一種永磁轉差離合器，包括外轉子、內轉子和外控制電路；所述外轉子內嵌有三相繞組，三相繞組通過滑環和電刷與外控制電路連接，內轉子表貼永磁體，構成隱極式內轉子結構；當外轉子旋轉時，所述內轉子與所述外轉子間產生電磁轉矩，所述電磁轉矩帶動所述內轉子旋轉；所述外控制電路是基于IGBT的Boost電路，用于精確控制內轉子的轉速。

作為優選方案，所述外轉子作為輸入端，通過主動軸與發動機連接，所述發動機帶動外轉子旋轉；所述內轉子作為輸出端，通過從動軸與轉向泵連接，所述內轉子帶動所述轉向泵旋轉。

基于上述永磁轉差離合器，本發明還提出了一種永磁轉差離合器自適應非奇異終端滑模轉速控制方法，包括如下步驟：

步驟1，在傳統液壓助力轉向系統HPS結構基礎上，將永磁轉差離合器的外轉子通過主動軸與發動機連接，內轉子通過從動軸與轉向泵連接，構建永磁轉差離合器式電控液壓助力轉向系統；

步驟2，建立轉向泵轉速誤差的狀態方程；

步驟3，基于李亞普諾夫函數設計自適應非奇異終端滑模控制器。

作為優選方案，步驟1中所述永磁轉差離合器的外控制電路是基于IGBT的Boost電路，通過調節IGBT的占空比，改變外轉子三相繞組電流，進而改變電磁轉矩的大小。

作為優選方案，步驟2的實現包括：

步驟2-1，建立永磁轉差離合器的數學模型，包括：

電壓方程

電磁轉矩方程T_e＝C_mI_d；

運動方程