本发明公开了一种具有能量回收功能的线控转向系统及其路感控制方法，该系统在传统线控转向系统中添加了发电模块包括：发电机、整流器、超级电容和滤波模块，利用发电机工作时产生的阻力矩作为线控转向路感的来源，同时利用原有路感电机进行路感的调节，能够实现为驾驶员提供良好路感的同时，回收驾驶员转向输出的能量。另外，由于本发明可以提供路感的机构包括路感电机和发电机，因此当路感电机故障时，发电机还能持续为驾驶员提供一定路感，提高系统冗余性的同时还能够给驾驶员进行预警。
1.一种具有能量回收功能的线控转向系统，其特征在于，包括：机械传动模块、控制模块、能量回收模块、电源、路感调节模块和电流调节模块；
所述机械传动模块包括：方向盘、转向轴、传动齿轮A、传动齿轮B、转向电机、齿轮齿条转向器、转向拉杆和车轮；
转向轴的输入端与所述方向盘相连，输出端与传动齿轮A固定连接；
齿轮齿条转向器的输入端与所述转向电机相连，输出端与所述转向拉杆的输入端相连；
所述控制模块包括：方向盘转角传感器、转矩传感器、车速传感器、前轮转角传感器、质心侧偏角传感器、横摆角速度传感器、路感控制器、转向执行控制器和滤波模块；
转向执行控制器的控制输出端与所述转向电机的控制输入端电气相连，且转向执行控制器与所述路感控制器通过信号共享总线，实现信号共享；
方向盘转角传感器安装在所述方向盘上，与所述路感控制器电气相连，用于获取方向盘转角信号，并将信号传输到路感控制器；
转矩传感器安装在所述转向轴上，与所述路感控制器电气相连，用于获取转矩信号，并将信号传输到路感控制器；
车速传感器和前轮转角传感器安装于所述车轮上，均与路感控制器电气相连，分别用于获取车速信号和前轮转角信号，并将信号传输到路感控制器；
横摆角速度传感器与所述路感控制器电气相连，用于获取横摆角速度信号，并将信号传输给路感控制器；
质心侧偏角传感器与所述路感控制器电气相连，用于获取质心侧偏角信号，并将信号传输给路感控制器；
滤波模块的输入端与所述路感控制器的控制输出端电气相连，用于将计算得到的控制信号进行滤波处理；
发电机的输入端固定在所述传动齿轮B的中心，随传动齿轮B的转动而转动，输出端与所述整流器的输入端电气连接；
整流器的输出端与所述超级电容电气相连，用于对发电机产生的电流进行整流；
超级电容的信号输出端与所述路感控制器相连，用于存储产生的电能，并将其实时SOC信号传输到所述路感控制器；
蜗轮蜗杆减速器的输入端与所述路感电机的输出端相连，输出端与所述转向轴相连；
所述电流调节模块的控制输入端与所述滤波模块电气相连，供电输入端分别与所述电源的输出端和所述超级电容的供电输出端电气相连，输出端与所述路感电机电气相连，用于接收路感控制器的控制信号，调节电流输出和进行供电切换。
2.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的线控转向系统，其特征在于，所述整流器中包含整流滤波电路，将发电机产生的波动较大的交流电整流成比较平稳的直流电。
3.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的线控转向系统，其特征在于，所述超级电容为双电层超级电容器。
4.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的线控转向系统，其特征在于，所述传动齿轮B与所述传动齿轮A的传动比为2，用于将转向轴转速放大。
5.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的线控转向系统，其特征在于，所述供电切换条件为当超级电容的SOC大于0.6时切换为使用超级电容供电，当超级电容的SOC小于0.2时，使用电源供电。
6.一种具有能量回收功能的线控转向系统的路感控制方法，基于权利要求1所述的线控转向系统，其特征在于，包含以下步骤：(1)建立转向系统模型和理想转向助力特性模型；
(2)转动方向盘，进行转向操作，驾驶员输出的力矩经转向轴、传动齿轮A、传动齿轮B带动发电机进行发电，发电机产生反馈力矩作用到方向盘上；方向盘转角传感器、转矩传感器、车速传感器、前轮转角传感器、横摆角速度传感器和质心侧偏角传感器分别采集方向盘转角信号、转矩信号、车速信号、前轮转角信号、横摆角速度信号和质心侧偏角信号，并将信号传输给路感控制器；
(3)发电机产生的电能经整流器输送到超级电容中，超级电容将其实时SOC信号传输到路感控制器；
(4)路感控制器接收上述步骤(2)中传输的方向盘转角信号、转矩信号、车速信号、前轮转角信号、横摆角速度信号和质心侧偏角信号，并根据上述步骤(1)建立的转向系统模型和理想转向助力特性模型，分别计算出路面对转向系统的总反馈力矩、输入力矩和理想助力矩，用总反馈力矩和理想助力距计算出驾驶员理想路感力矩；
(5)路感控制器将上述步骤(4)中计算得到的驾驶员理想路感力矩与驾驶员实际路感力矩作差，得到路感模拟误差，并根据该误差得到路感电机控制信号，将路感电机控制信号输出到滤波模块，同时路感控制器接收上述步骤(3)得到的超级电容SOC信号，判断是否需要输出供电切换控制信号；
(6)滤波模块接收路感电机控制信号和供电切换控制信号，并将滤波后的路感电机控制信号和供电切换控制信号输出到电流调节模块；
(7)电流调节模块接收路感电机控制信号和供电切换控制信号；若有供电切换控制信号，则电流调节模块将供电开关切换至相应供电设备，再根据路感电机控制信号调整电流输送到路感电机，产生相应的调整转矩；若无供电切换控制信号则直接根据路感电机控制信号调整电流输送到路感电机，产生相应的调整转矩。
7.根据权利要求6所述的具有能量回收功能的线控转向系统的路感控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中建立的转向系统模型分别为：方向盘与转向轴模型：
式中，Jw为方向盘的转动惯量；Bw为方向盘的阻尼系数；Ks为转矩传感器中扭杆刚度；θw为方向盘转角；θs为转向轴转角；Tw为方向盘输入转矩；Ts为转矩传感器输出转矩；Tm为路感电机电磁转矩；Jm为路感电机的转动惯量；Bm为路感电机阻尼系数；TL为路感电机负载转矩；
Km为路感电机转子刚度系数；θm为路感电机转角；Gm为路感电机减速机构减速比；Kmt为路感电机电磁转矩常数；im为路感电机电枢电流；Tg为发电机电磁转矩；Jg为发电机的转动惯量；
Bg为发电机阻尼系数；TG为发电机负载转矩；Kg为发电机转子刚度系数；θg为发电机转角；Kgt为发电机电磁转矩常数；ig为发电机电枢电流；TR为路面对转向系统的总反馈力矩；G为车轮到转向电机的传动比；αf为前轮侧偏角；d为轮胎拖距；β为质心侧偏角；ωr为横摆角速度；v为汽车车速；a为汽车质心到前轴的距离；δf为前轮转角。
8.根据权利要求7所述的具有能量回收功能的线控转向系统的路感控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中建立的理想转向助力特性模型为：av+b
式中，Tz为转向助力距；Tw0开始助力的方向盘输入力矩；Twmax为最大转向助力矩；K(v)为助力特性曲线的梯度；e、a、b为常数。
9.根据权利要求8所述的具有能量回收功能的线控转向系统的路感控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中超级电容SOC计算公式为：式中，C(T(t),I(t))为本征容量，和放电电流I(t)及当前温度T(t)有关；Δt为计算步长；U(t)为当前时刻的开路电压；U(t‑1)为上一时刻的开路电压；Umin为超级电容最低工作电压；Umax为超级电容最高工作电压。
10.根据权利要求9所述的具有能量回收功能的线控转向系统的路感控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中驾驶员理想路感力矩Tn的计算方法为：Tn＝TR‑Tz (15)。
一种具有能量回收功能的线控转向系统及其路感控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于汽车转向系统技术领域，具体指代一种具有能量回收功能的线控转向系统及其路感控制方法。
背景技术
[0002] 汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，传统汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮
而实现的。汽车线控转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转
向，摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以
设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间，是汽车转向系统的
重大革新。
[0003] 目前在线控转向系统中多是增设一套路感模拟装置，在汽车行驶过程中，根据实时路面反馈由控制器控制路感电机为驾驶员提供一定的转向路感，但是同时增设一套电机
机构会给系统带来额外的能量消耗。
[0004] 由目前可在生能源的不断消耗，各大企业在进行汽车制造时都在想办法保障汽车的经济性，目前实行最多的还是在汽车行驶过程中进行能量回收，而比较成功的实行办法
就是制动能量回收系统，具体指一种应用于汽车或者轨道交通上，能够将制动时产生的热
能转换成机械能，并将其存储在电容器内，在使用时可迅速将能量释放的系统。
[0005] 综合来看，目前在线控转向系统中由于路感电机的存在导致了多余的能量消耗，同时如果电机发生故障，驾驶员没有了路感的来源，会导致驾驶员对当前的操纵行为没有
反馈而产生驾驶风险。
发明内容
[0006] 针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有能量回收功能的线控转向系统及其路感控制方法，以解决现有技术中存在的多余能量消耗、无冗余性等问题。
本发明在原有系统中增设一套发电机构，可在转向过程中，回收一定的能量，并将其存储在
超级电容中，在下一次路感模拟过程可用于供电，保证了系统的经济的同时解决了原有系
统能量多余消耗的问题。同时，由于增设了发电机，使得系统中能够提供路感力矩的机构变
为了两个，因此在路感电机故障时发电机也能够提供一定的路感，提升了路感模拟机构的
冗余性。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] 本发明的一种具有能量回收功能的线控转向系统，包括：机械传动模块、控制模块、能量回收模块、电源、路感调节模块和电流调节模块；
[0009] 所述机械传动模块包括：方向盘、转向轴、传动齿轮A、传动齿轮B、转向电机、齿轮齿条转向器、转向拉杆和车轮；
[0010] 所述转向轴的输入端与所述方向盘相连，输出端与传动齿轮A固定连接；
[0011] 所述传动齿轮B与所述传动齿轮A互相啮合；
[0012] 所述齿轮齿条转向器的输入端与所述转向电机相连，输出端与所述转向拉杆的输入端相连；
[0013] 所述车轮与所述转向拉杆的输出端相连；
[0014] 所述控制模块包括：方向盘转角传感器、转矩传感器、车速传感器、前轮转角传感器、质心侧偏角传感器、横摆角速度传感器、路感控制器、转向执行控制器和滤波模块；
[0015] 所述转向执行控制器的控制输出端与所述转向电机的控制输入端电气相连，且转向执行控制器与所述路感控制器通过信号共享总线，实现信号共享；
[0016] 所述方向盘转角传感器安装在所述方向盘上，与所述路感控制器电气相连，用于获取方向盘转角信号，并将信号传输到路感控制器；
[0017] 所述转矩传感器安装在所述转向轴上，与所述路感控制器电气相连，用于获取转矩信号，并将信号传输到路感控制器；
[0018] 所述车速传感器和前轮转角传感器安装于所述车轮上，均与路感控制器电气相连，分别用于获取车速信号和前轮转角信号，并将信号传输到路感控制器；
[0019] 所述横摆角速度传感器与所述路感控制器电气相连，用于获取横摆角速度信号，并将信号传输给路感控制器；
[0020] 所述质心侧偏角传感器与所述路感控制器电气相连，用于获取质心侧偏角信号，并将信号传输给路感控制器；
[0021] 所述滤波模块的输入端与所述路感控制器的控制输出端电气相连，用于将计算得到的控制信号进行滤波处理；
[0022] 所述能量回收模块包括：发电机、整流器和超级电容；
[0023] 所述发电机的输入端固定在所述传动齿轮B的中心，随传动齿轮B的转动而转动，输出端与所述整流器的输入端电气连接；
[0024] 所述整流器的输出端与所述超级电容电气相连，用于对发电机产生的电流进行整流；
[0025] 所述超级电容的信号输出端与所述路感控制器相连，用于存储产生的电能，并将其实时SOC信号传输到所述路感控制器；
[0026] 所述电源用于给系统供电；
[0027] 所述路感调节模块包括：路感电机、蜗轮蜗杆减速器；
[0028] 所述蜗轮蜗杆减速器的输入端与所述路感电机的输出端相连，输出端与所述转向轴相连；
[0029] 所述电流调节模块的控制输入端与所述滤波模块电气相连，供电输入端分别与所述电源的输出端和所述超级电容的供电输出端电气相连，输出端与所述路感电机电气相
连，用于接收路感控制器的控制信号，调节电流输出和进行供电切换。
[0030] 优选地，所述整流器中包含整流滤波电路，可将发电机产生的波动较大的交流电整流成比较平稳的直流电。
[0031] 优选地，所述超级电容为双电层超级电容器。
[0032] 优选地，在选取所述发电机时，要保证在线控系统工作时，发电机产生的等效在转向轴上的转矩要大于驾驶员输入的转矩。
[0033] 优选地，所述传动齿轮B与所述传动齿轮A的传动比为2，用于将转向轴转速放大。
[0034] 优选地，所述供电切换条件为当超级电容的SOC大于0.6时切换为使用超级电容供电，当超级电容的SOC小于0.2时，使用电源供电。
[0035] 优选地，所述滤波模块用于消除路面上的随机干扰力矩对路感模拟控制的影响。
[0036] 本发明还提供了一种具有能量回收功能的线控转向系统的路感控制方法，基于上述系统，包含以下步骤：
[0037] (1)建立转向系统模型和理想转向助力特性模型；
[0038] (2)转动方向盘，进行转向操作，驾驶员输出的力矩经转向轴、传动齿轮A、传动齿轮B带动发电机进行发电，发电机产生反馈力矩作用到方向盘上；方向盘转角传感器、转矩
传感器、车速传感器、前轮转角传感器、横摆角速度传感器和质心侧偏角传感器分别采集方
向盘转角信号、转矩信号、车速信号、前轮转角信号、横摆角速度信号和质心侧偏角信号，并
将信号传输给路感控制器；
[0039] (3)发电机产生的电能经整流器输送到超级电容中，超级电容将其实时SOC信号传输到路感控制器；
[0040] (4)路感控制器接收上述步骤(2)中传输的方向盘转角信号、转矩信号、车速信号、前轮转角信号、横摆角速度信号和质心侧偏角信号，并根据上述步骤(1)建立的转向系统模
型和理想转向助力特性模型，分别计算出路面对转向系统的总反馈力矩、输入力矩和理想
助力矩，用总反馈力矩和理想助力距计算出驾驶员理想路感力矩；
[0041] (5)路感控制器将上述步骤(4)中计算得到的驾驶员理想路感力矩与驾驶员实际路感力矩作差，得到路感模拟误差，并根据该误差得到路感电机控制信号，将路感电机控制
信号输出到滤波模块，同时路感控制器接收上述步骤(3)得到的超级电容SOC信号，判断是
否需要输出供电切换控制信号；
[0042] (6)滤波模块接收路感电机控制信号和供电切换控制信号，并将滤波后的路感电机控制信号和供电切换控制信号输出到电流调节模块；
[0043] (7)电流调节模块接收路感电机控制信号和供电切换控制信号；若有供电切换控制信号，则电流调节模块将供电开关切换至相应供电设备，再根据路感电机控制信号调整
电流输送到路感电机，产生相应的调整转矩；若无供电切换控制信号则直接根据路感电机
控制信号调整电流输送到路感电机，产生相应的调整转矩。
[0044] 优选地，所述步骤(1)中建立的转向系统模型分别为：
[0045] 方向盘与转向轴模型：
[0046]
[0047] 转矩传感器测量值：
[0048] Ts＝Ks(θw‑θs) (2)
[0049] 路感电机模型：
[0050]
[0051]
[0052] 路感电机的电磁转矩方程为：
[0053] Tm＝Kmtim (5)
[0054] 发电机模型为：
[0055]
[0056]
[0057] 发电机的电磁转矩方程为：
[0058] Tg＝Kgtig (8)
[0059] 转向执行模块模型：
[0060]
[0061]
[0062] 式中，Jw为方向盘的转动惯量；Bw为方向盘的阻尼系数；Ks为转矩传感器中扭杆刚度；θw为方向盘转角；θs为转向轴转角；Tw为方向盘输入转矩；Ts为转矩传感器输出转矩；Tm为
路感电机电磁转矩；Jm为路感电机的转动惯量；Bm为路感电机阻尼系数；TL为路感电机负载
转矩；Km为路感电机转子刚度系数；θm为路感电机转角；Gm为路感电机减速机构减速比；Kmt为
路感电机电磁转矩常数；im为路感电机电枢电流；Tg为发电机电磁转矩；Jg为发电机的转动
惯量；Bg为发电机阻尼系数；TG为发电机负载转矩；Kg为发电机转子刚度系数；θg为发电机转
角；Kgt为发电机电磁转矩常数；ig为发电机电枢电流；TR为路面对转向系统的总反馈力矩；G
为车轮到转向电机的传动比；αf为前轮侧偏角；d为轮胎拖距；β为质心侧偏角；ωr为横摆角
速度；v为汽车车速；a为汽车质心到前轴的距离；δf为前轮转角。
[0063] 优选地，所述步骤(1)中建立的理想转向助力特性模型为：
[0064]
[0065] Kv＝eav+b (12)
[0066] 式中，Tz为转向助力距；Tw0开始助力的方向盘输入力矩；Twmax为最大转向助力矩；K(v)为助力特性曲线的梯度；e、a、b为常数。
[0067] 优选地，所述步骤(3)中超级电容SOC计算公式为：
[0068]
[0069]
[0070] 式中，C(T(t),I(t))为本征容量，和放电电流I(t)及当前温度T(t)有关；Δt为计算步长；U(t)为当前时刻的开路电压；U(t‑1)为上一时刻的开路电压；Umin为超级电容最低
工作电压；Umax为超级电容最高工作电压。
[0071] 优选地，所述步骤(4)中驾驶员理想路感力矩Tn的计算方法为：
[0072] Tn＝TR‑Tz (15)。
[0073] 优选地，所述步骤(5)中路感控制器采用PID控制器，控制输出计算过程如下：
[0074] 51)将式(15)得到的驾驶员理想路感力矩与驾驶员实际路感力矩Tw作差计算，得到误差eT(t)：
[0075] eT(t)＝Tn‑Tw (16)
[0076] 52)将式(16)得到的误差值作为PID控制器的输入，控制器的输出为：
[0077]
[0078] 式中，ui(t)为路感控制器的输出控制量；Kpi为比例系数，Ti为积分常数，Tdi为微分常数。
[0079] 优选地，所述步骤(5)中供电切换控制信号是否输出的判别条件为：
[0080]
[0081] 本发明的有益效果：
[0082] 1、本发明在原有线控转向的基础上添加一套发电机构，可实现转向过程中的能量回收，虽然路感电机仍会耗费一部分能量，但由于回收能量多余消耗能量，使得路感模拟过
程基本不产生多余能量消耗，提升系统经济性的同时可实现对驾驶员生物能的回收；
[0083] 2、本发明由于存在路感电机和发电机两个路感转矩发生装置，大大提高了线控转向系统路感模拟模块的冗余性，使得驾驶员在任何状况下都能够得到驾驶反馈，提高驾驶
安全性；
[0084] 3、本发明在路感电机故障时，驾驶员路感完全由发电机提供，此时由于路感电机不工作，会使得转矩有一定的突变，可对驾驶员起预警作用。
附图说明
[0085] 图1为本发明的系统结构图；
[0086] 图2为本发明的整流器中整流滤波电路图；
[0087] 图3为本发明的助力特性模型曲线图；
[0088] 图4为本发明的控制流程图；
[0089] 图5为本发明PID控制器调节路感过程原理图；
[0090] 图中，1‑横摆角速度传感器，2‑质心侧偏角传感器，3‑路感控制器，4‑滤波模块，5‑电流调节模块，6‑电源，7‑超级电容，8‑前轮转角传感器，9‑车轮，10‑车速传感器，11‑转向
执行控制器，12‑转向电机，13‑转向拉杆，14‑齿轮齿条转向器，15‑整流器，16‑发电机，17‑
传动齿轮B，18‑传动齿轮A，19‑蜗轮蜗杆减速器，20‑路感电机，21‑转矩传感器，22‑转向轴，
23‑方向盘转角传感器，24‑方向盘，25‑转矩信号，26‑方向盘转角信号，27‑质心侧偏角信
号，28‑横摆角速度信号，29‑车速信号，30‑前轮转角信号，31‑SOC信号，32‑信号共享总线。
具体实施方式
[0091] 为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
[0092] 参照图1和图2所示，本发明的一种具有能量回收功能的线控转向系统包括：机械传动模块、控制模块、能量回收模块、电源、路感调节模块和电流调节模块；
[0093] 所述机械传动模块包括：方向盘24、转向轴22、传动齿轮A18、传动齿轮B17、转向电机12、齿轮齿条转向器14、转向拉杆13和车轮9；
[0094] 所述转向轴22的输入端与所述方向盘24相连，输出端与传动齿轮A18固定连接；
[0095] 所述传动齿轮B17与所述传动齿轮A18互相啮合；
[0096] 所述齿轮齿条转向器14的输入端与所述转向电机12相连，输出端与所述转向拉杆的输入端13相连；
[0097] 所述车轮9与所述转向拉杆13的输出端相连；
[0098] 所述控制模块包括：方向盘转角传感器23、转矩传感器21、车速传感器10、前轮转角传感器8、质心侧偏角传感器2、横摆角速度传感器1、路感控制器3、转向执行控制器11和
滤波模块4；
[0099] 所述转向执行控制器11的控制输出端与所述转向电机12的控制输入端电气相连，且转向执行控制器11与所述路感控制器3通过信号共享总线32，实现信号共享；
[0100] 所述方向盘转角传感器23安装在所述方向盘24上，与所述路感控制器3电气相连，用于获取方向盘转角信号26，并将信号传输到路感控制器3；
[0101] 所述转矩传感器21安装在所述转向轴22上，与所述路感控制器3电气相连，用于获取转矩信号25，并将信号传输到路感控制器3；
[0102] 所述车速传感器10和前轮转角传感器8安装在所述车轮9上，均与路感控制器3电气相连，分别用于获取车速信号29和前轮转角信号30，并将信号传输到路感控制器3；
[0103] 所述横摆角速度传感器1安装在车辆扶手箱下部中央位置(也可以为车辆的其他位置)，与所述路感控制器3电气相连，用于获取横摆角速度信号28，并将信号传输给路感控
制器；
[0104] 所述质心侧偏角传感器2安装在汽车的质心位置，与所述路感控制器3电气相连，用于获取质心侧偏角信号27，并将信号传输给路感控制器3；
[0105] 所述滤波模块4的输入端与所述路感控制器3的控制输出端电气相连，用于将计算得到的控制信号进行滤波处理；
[0106] 所述能量回收模块包括：发电机16、整流器15和超级电容7；
[0107] 所述发电机16的输入端固定在所述传动齿轮B17的中心，随传动齿轮B17的转动而转动，输出端与所述整流器15的输入端电气连接；
[0108] 所述整流器15的输出端与所述超级电容7电气相连，用于对发电机16产生的电流进行整流；
[0109] 所述超级电容7的信号输出端与所述路感控制器3相连，用于存储产生的电能，并将其实时的荷电状态(SOC)即当前电量信号31传输到所述路感控制器3；
[0110] 所述电源6与线控转向中的用电机构电气相连，用于给系统供电；
[0111] 所述路感调节模块包括：路感电机20、蜗轮蜗杆减速器19；
[0112] 所述蜗轮蜗杆减速器19的输入端与所述路感电机20的输出端相连，输出端与所述转向轴22相连；
[0113] 所述电流调节模块5的控制输入端与所述滤波模块4电气相连，供电输入端分别与所述电源6的输出端和所述超级电容7的供电输出端电气相连，输出端与所述路感电机20电
气相连，用于接收路感控制器的控制信号，调节电流输出和进行供电切换。
[0114] 其中，所述整流器15中包含整流滤波电路，可将发电机产生的波动较大的交流电整流成比较平稳的直流电，具体电路参照图2所示。
[0115] 其中，所述超级电容7为双电层超级电容器。
[0116] 其中，在选取所述发电机16时，要保证在线控系统工作时，发电机16产生的等效在转向轴上的转矩要大于驾驶员输入的转矩。
[0117] 其中，所述传动齿轮B17与所述传动齿轮A18的传动比为2，用于将转向轴22转速放大。
[0118] 其中，所述供电切换条件为当超级电容7的SOC大于0.6时切换为使用超级电容7供电，当超级电容7的SOC小于0.2时，使用电源6供电。
[0119] 其中，所述滤波模块4用于消除路面上的随机干扰力矩对路感模拟控制的影响。
[0120] 参照图3和图4所示，本发明的一种具有能量回收功能的线控转向系统的路感控制方法，包含以下步骤：
[0121] (1)建立转向系统模型和理想转向助力特性模型；
[0122] (2)转动方向盘，进行转向操作，驾驶员输出的力矩经转向轴、传动齿轮A、传动齿轮B带动发电机进行发电，发电机产生反馈力矩作用到方向盘上；方向盘转角传感器、转矩
传感器、车速传感器、前轮转角传感器、横摆角速度传感器和质心侧偏角传感器分别采集方
向盘转角信号、转矩信号、车速信号、前轮转角信号、横摆角速度信号和质心侧偏角信号，并
将信号传输给路感控制器；
[0123] (3)发电机产生的电能经整流器输送到超级电容中，超级电容将其实时SOC信号传输到路感控制器；
[0124] (4)路感控制器接收上述步骤(2)中传输的方向盘转角信号、转矩信号、车速信号、前轮转角信号、横摆角速度信号和质心侧偏角信号，并根据上述步骤(1)建立的转向系统模
型和理想转向助力特性模型，分别计算出路面对转向系统的总反馈力矩、输入力矩和理想
助力矩，用总反馈力矩和理想助力距计算出驾驶员理想路感力矩；
[0125] (5)路感控制器将上述步骤(4)中计算得到的驾驶员理想路感力矩与驾驶员实际路感力矩作差，得到路感模拟误差，并根据该误差得到路感电机控制信号，将路感电机控制
信号输出到滤波模块，同时路感控制器接收上述步骤(3)得到的超级电容SOC信号，判断是
否需要输出供电切换控制信号；
[0126] (6)滤波模块接收路感电机控制信号和供电切换控制信号，并将滤波后的路感电机控制信号和供电切换控制信号输出到电流调节模块；
[0127] (7)电流调节模块接收路感电机控制信号和供电切换控制信号；若有供电切换控制信号，则电流调节模块将供电开关切换至相应供电设备，再根据路感电机控制信号调整
电流输送到路感电机，产生相应的调整转矩；若无供电切换控制信号则直接根据路感电机
控制信号调整电流输送到路感电机，产生相应的调整转矩。
[0128] 其中，所述步骤(1)中建立的转向系统模型分别为：
[0129] 方向盘与转向轴模型：
[0130]
[0131] 转矩传感器测量值：
[0132] Ts＝Ks(θw‑θs) (2)
[0133] 路感电机模型：
[0134]
[0135]
[0136] 路感电机的电磁转矩方程为：
[0137] Tm＝Kmtim (5)
[0138] 发电机模型为：
[0139]
[0140]
[0141] 发电机的电磁转矩方程为：
[0142] Tg＝Kgtig (8)
[0143] 转向执行模块模型：
[0144]
[0145]
[0146] 式中，Jw为方向盘的转动惯量；Bw为方向盘的阻尼系数；Ks为转矩传感器中扭杆刚度；θw为方向盘转角；θs为转向轴转角；Tw为方向盘输入转矩；Ts为转矩传感器输出转矩；Tm为
路感电机电磁转矩；Jm为路感电机的转动惯量；Bm为路感电机阻尼系数；TL为路感电机负载
转矩；Km为路感电机转子刚度系数；θm为路感电机转角；Gm为路感电机减速机构减速比；Kmt为
路感电机电磁转矩常数；im为路感电机电枢电流；Tg为发电机电磁转矩；Jg为发电机的转动
惯量；Bg为发电机阻尼系数；TG为发电机负载转矩；Kg为发电机转子刚度系数；θg为发电机转
角；Kgt为发电机电磁转矩常数；ig为发电机电枢电流；TR为路面对转向系统的总反馈力矩；G
为车轮到转向电机的传动比；αf为前轮侧偏角；d为轮胎拖距；β为质心侧偏角；ωr为横摆角
速度；v为汽车车速；a为汽车质心到前轴的距离；δf为前轮转角。
[0147] 其中，所述步骤(1)中建立的理想转向助力特性模型为：
[0148]
[0149] Kv＝eav+b (12)
[0150] 式中，Tz为转向助力距；Tw0开始助力的方向盘输入力矩；Twmax为最大转向助力矩；K(v)为助力特性曲线的梯度；e、a、b为常数。
[0151] 其中，所述步骤(3)中超级电容SOC计算公式为：
[0152]
[0153]
[0154] 式中，C(T(t),I(t))为本征容量，和放电电流I(t)及当前温度T(t)有关；Δt为计算步长；U(t)为当前时刻的开路电压；U(t‑1)为上一时刻的开路电压；Umin为超级电容最低
工作电压；Umax为超级电容最高工作电压。
[0155] 其中，所述步骤(4)中驾驶员理想路感力矩Tn的计算方法为：
[0156] Tn＝TR‑Tz (15)。
[0157] 参照图5所示，所述步骤(5)中路感控制器采用PID控制器，控制输出计算过程如下：
[0158] 51)将式(15)得到的驾驶员理想路感力矩与驾驶员实际路感力矩Tw作差计算，得到误差eT(t)：
[0159] eT(t)＝Tn‑Tw (16)
[0160] 52)将式(16)得到的误差值作为PID控制器的输入，控制器的输出为：
[0161]
[0162] 式中，ui(t)为路感控制器的输出控制量；Kpi为比例系数，Ti为积分常数，Tdi为微分常数。
[0163] 其中，所述步骤(5)中供电切换控制信号是否输出的判别条件为：
[0164]
[0165] 本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这
些改进也应视为本发明的保护范围。
