[0035] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0036] 一种电控液压助力转向系统的随速可变助力特性设计方法，包括以下步骤：
[0037] 步骤1：确定各车速下驾驶员偏好的转向力矩；
[0038] 步骤2：把各车速下等效到转向盘上的转向阻力矩与偏好的转向力矩相减得到助力转矩；
[0039] 步骤3：根据助力转矩与偏好的转向力矩计算出助力特性曲线的特征点，以助力特性曲线尽可能靠近特征点为目标优化转阀参数和进入转阀的流量；
[0040] 步骤:4：由优化的参数和流量生成随速可变助力特性曲线。
[0041] 上述方法中，所述步骤1中驾驶员偏好的转向力矩通过下述方法得到：
[0042] 步骤1.1：在原车液压转向系统转阀的进口与出口并联电液比例阀，通过控制器控制比例阀的开度从而调节助力大小；
[0043] 步骤1.2：选择20名驾驶员依次驾驶大客车分别进行原地转向和车速为20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h、100Km/h的圆周运动，调整转向盘的转角使每个车速下的侧向加速度为0.3g(g代表重力加速度)，驾驶员轻微转动转向盘，感受转向力矩，如果感觉不合适，调节比例阀直到驾驶员找到满意的转向力矩，记录下结果，最终对多名驾驶员偏好的转向力矩求平均，得到各车速下大客车驾驶员偏好的转向力矩。
[0044] 上述方法中，所述步骤2中各车速下等效到转向盘上的转向阻力矩运用建模、仿真的方法得到：
[0045] 步骤2.1：建立样车的二自由度整车、转向系统和转向阻力矩的数学模型；
[0046] 步骤2.2：搭建各系统在MATLAB/Simulink环境下的仿真模型；
[0047] 步骤2.3：根据原地转向阻力矩的经验公式计算原地转向时等效到转向盘上的转向阻力矩；
[0048] 步骤2.4：以正弦变化的转向力矩为仿真模型的输入，在无液压助力的条件下分别进行车速为20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h、100Km/h时的仿真，取侧向加速度为0.3g(g代表重力加速度)时的转向力矩为相应车速下的等效转向阻力矩。
[0049] 上述方法中，所述步骤3中助力特性曲线特征点通过下述方法得到：
[0050] a、从转向轻便性的角度，通常原地转向时偏好的转向力矩Th0取为3.5N.m，由原地转向的等效转向阻力矩减去转向力矩得到原地转向的助力转矩，由助力转矩根据转向系统的数学模型计算出助力油压p0，由此得到0Km/h下助力特性曲线的特征点(Th0,p0)；
[0051] b、其他典型车速下仿真的等效转向阻力矩与试验的驾驶员偏好的转向力矩相减得到相应车速下的助力转矩，由助力转矩根据转向系统的数学模型计算出助力油压Δp20、Δp40、Δp60、Δp80、Δp100，由此得到各车速下助力特性曲线的特征点(Th20,Δp20)、(Th40,Δp40)、(Th60,Δp60)、(Th80,Δp80)、(Th100,Δp100)。
[0052] 上述方法中，所述步骤3中转阀参数和进入转阀流量的优化方法如下，
[0053] 步骤3.1：选取优化变量为：x＝(L1W1L2W2Qi)Ti＝0,1,…,5
[0054] 目标函数为：f(x)＝minΣ(Δpi-Δ'pi)2i＝0,1,…,5
[0055] 其中，Qi为典型车速下转阀的流量，Δpi为典型车速下、偏好的转向力矩下计算的助力油压，Δ′pi为各典型车速下的特征助力油压，W1为短切口宽度，W2为预开间隙宽度，L1为短切口轴向长度，L2为预开间隙长度；
[0056] 约束条件为各变量的取值范围：L1(1e-3m～1e-2m)，W1(1e-4m～1e-3m)，L2(1e-2m～3e-2m)，W2(1e-4m～1e-3m)，Qi(0～3e-4m3/s)；
[0057] 步骤3.2：应用Matlab优化工具箱中的最小二乘曲线拟合函数lsqcurvefit求解优化数学模型，计算过程中采用Levenberg-Marquardt算法，得到优化的转阀参数和转阀流量，由优化的转阀参数和转阀流量结合助力特性公式作出助力特性曲线，具体是：在Matlab的workspace中产生两个向量xdata和ydata，各自向量分别由特征点的横坐标值和纵坐标值组成；在Matlab软件的命令窗口输入cftool调出Curve Fitting Tool；将向量xdata和ydata加载后形成数据集；在Fit Editor中输入拟合函数 同时加入各系数的约束条件；在Fit options中选择算法为Levenberg-Marquardt；最后执行优化，得到拟合函数中的各系数，即转阀参数和转阀流量，由优化的转阀参数和转阀流量结合助力特性公式作出助力特性曲线。
[0058] 图1为试验得到的大客车驾驶员在0.3g(g代表重力加速度)加速度下偏好的转向力矩随车速变化的关系图，图中20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h、100Km/h车速分别对应的转向力矩为3.7N.m、4.2N.m、5.1N.m、5.6N.m、6.1N.m。具体方法如下：首先在原车液压转向系统转阀的进口与出口并联电液比例阀，通过控制器控制比例阀的开度从而调节助力大小，其次选择20名名驾驶员依次驾驶大客车分别进行原地转向和车速为20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h、100Km/h的圆周运动，调整转向盘的转角使每个车速下的侧向加速度为
0.3g(g代表重力加速度)，驾驶员轻微转动转向盘，感受转向力矩，如果感觉不合适，调节比例阀直到驾驶员找到满意的转向力矩，记录下结果，最终对多名驾驶员偏好的转向力矩求平均，得到各车速下大客车驾驶员偏好的转向力矩。
[0059] 图2为整车二自由度模型，设置状态变量x＝[ωr,β]T，输出变量y＝x，则系统的状态方程为：
[0060]
[0061] 其中：
[0062]
[0063] C＝[-2aKf,-2Kf]T
[0064]
[0065] E＝[0,0]T
[0066] 式中：kf,kr为前、后轮的侧偏刚度，a,b为车辆质心到前、后轴的距离，Iz为车辆绕z轴的转动惯量，δ为前轮转角，m为车辆质量，β为质心侧偏角，ωr为车辆质心的横摆角速度。
[0067] 转向阻力矩Tp由下式计算：
[0068]
[0069] 其中，u为车速，d为轮胎拖距与主销后倾矩之和。
[0070] 转向系统的数学模型如下：
[0071]
[0072]
[0073]
[0074]
[0075] Fa＝Δp·Ap (7)
[0076]
[0077] 其中，θd为转向盘转角，Js为转向盘-转向管柱的等效转动惯量，Bc为转向盘粘性阻尼系数，Kc为扭杆刚度系数，θlg为转向螺杆转角，Th为驾驶员输入转矩，Jlg为转向螺杆转动惯量，Blg为转向螺杆粘性阻尼系数，F为转向螺杆的轴向力，L为螺杆力中心距，Mlm为转向螺母质量，xlm为转向螺母位移，Blm为转向螺母粘性阻尼系数，Fcs为等效到齿扇上的阻力，Jcs为齿扇转动惯量，θcs为齿扇转角，Bcs为齿扇粘性系数，rcs为齿扇分度圆半径，Tp为等效到摇臂轴上的转向阻力矩，Fa为液压助力，Ta为助力转矩，s为螺杆导程，Δp为助力缸两端液压压力差，Ap为助力缸活塞面积。
[0078] 图3和图4为转阀示意图，主要参数包括短切口长度L1、短切口宽度W1、预开隙长度L2、预开隙长度W2，A、B两个油口分别连接助力缸的两个腔，P为进油口，T为回油口。此转阀具有三组同样的A/B/P/T油口，均匀分布在阀套上。
[0079] 转阀工作时，与助力缸相连的阀口面积一个增大，另一个减小，如果忽略面积增大的阀口的压降，那么助力缸两端的压差近似等于阀口两端的压差，可以用下式表示：
[0080]
[0081] 式中：Δp为压差，ρ为液压油密度，Q为进入转阀的流量，Cd为流量系数，A为阀口面积。
[0082] 由转阀的结构可知，阀口面积是分段的，求解过程如下：
[0083]
[0084] 式中：W1为短切口宽度，W2为预开间隙宽度，L1为短切口轴向长度，L2为预开间隙长度，R为阀芯半径，Δθ为阀芯与阀套相对转角。
[0085]
[0086] 结合式(9)～(11)得到助力特性：
[0087] Δp＝f(Th)
[0088] 车辆在原地转向时的转向阻力矩通过半经验公式计算获得，原地转向阻力矩Tp为：
[0089]
[0090] 式中：f为轮胎与路面之间的摩擦系数，一般取0.8，G为前轮载荷，p为轮胎胎压。
[0091] 根据转向系统的传动关系，将转向阻力矩等效到转向盘上，则有：
[0092]
[0093] 式中：Ts为等效转向阻力矩，i为转向系统传动比，η+为转向系统正效率。
[0094] 以正弦变化的转向力矩为仿真模型的输入，在无液压助力的条件下分别进行车速为20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h、100Km/h时的仿真，取侧向加速度为0.3g(g代表重力加速度)时的转向力矩为相应车速下的等效转向阻力矩；
[0095] 从转向轻便性的角度，通常原地转向时转向力矩Th0取为3.5N.m，由原地转向的等效转向阻力矩减去转向力矩得到原地转向的助力转矩，由助力转矩根据转向系统的数学模型计算出助力油压p0，由此得到0Km/h下助力特性曲线的特征点(Th0,p0)。
[0096] 其他典型车速下仿真的等效转向阻力矩与试验的驾驶员偏好的转向力矩相减得到相应车速下的助力转矩，由助力转矩根据转向系统的数学模型计算出助力油压Δp20、Δp40、Δp60、Δp80、Δp100，由此得到各车速下助力特性曲线的特征点(Th20,Δp20)、(Th40,Δp40)、(Th60,Δp60)、(Th80,Δp80)、(Th100,Δp100)。
[0097] 建立以各典型车速和偏好的转向力矩下的助力油压与特征点助力油压的残差平方和最小为目标函数的转阀参数和转阀流量优化模型：
[0098] 选取优化变量为：
[0099] x＝(L1W1L2W2Qi)Ti＝0,1,…,5
[0100] 目标函数为：
[0101] f(x)＝minΣ(Δpi-Δ'pi)2i＝0,1,…,5
[0102] 其中Qi为典型车速下转阀的流量，Δpi为典型车速下、偏好的转向力矩下计算的助力油压，Δ′pi为各典型车速下的特征助力油压。
[0103] 约束条件为各变量的取值范围：L1(1e-3m～1e-2m)，W1(1e-4m～1e-3m)，L2(1e-2m3
～3e-2m)，W2(1e-4m～1e-3m)，Qi(0～3e-4m/s)。
[0104] 应用Matlab优化工具箱中的最小二乘曲线拟合函数lsqcurvefit求解优化数学模型，计算过程中采用Levenberg-Marquardt算法，得到优化的转阀参数和转阀流量，由优化的转阀参数和转阀流量结合助力特性公式作出助力特性曲线。
[0105] 图5为根据上述设计方法得到的随速可变的助力特性曲线。
[0106] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
