基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法
【專利摘要】本發(fā)明基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法，涉及車輛線控轉向系統(tǒng)【技術領域】。本發(fā)明的技術方案，具體包括如下步驟：1.建立齒條機構動力學模型；2.構建擴張狀態(tài)量；3.構建三階非線性擴張狀態(tài)觀測器；4.設定擴張狀態(tài)觀測器參數(shù)；5獲得輪胎回正力矩。本發(fā)明是一種基于擴張狀態(tài)的輪胎回正力矩估計方法，所構建的三階擴張狀態(tài)觀測器對于系統(tǒng)模型不確定性、系統(tǒng)非線性和測量擾動具有一定的魯棒性，實現(xiàn)對輪胎回正力矩的在線估計，仿真實驗得到的結果驗證擴張狀態(tài)觀測器算法的可行性和輪胎回正力矩估值的準確性。本方法較之直接測量和模型計算具有成本低、模型誤差小、工作范圍寬、容易實現(xiàn)等優(yōu)勢。更適于工程應用。
【專利說明】基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛線控轉向系統(tǒng)【技術領域】，具體指一種基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著汽車電子技術的發(fā)展，線控轉向技術成為汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。在線控轉向技術的實現(xiàn)過程中，輪胎回正力矩的獲取是關鍵技術之一。車輛輪胎回正力矩的獲取大致可分為三種方法:直接測量、模型計算和間接估計。
[0003]直接測量是利用安裝在輪胎主銷等位置的扭矩傳感器，實時測量輪胎的回正力矩。這種方法的優(yōu)點是能夠直接獲得輪胎回正力矩的實時信息；缺點是:1)傳感器安裝較困難；2)增加了成本；3)傳感器信號無法直接用于控制。
[0004]模型計算是根據(jù)對輪胎回正力矩的力學分析推導出輪胎回正力矩的模型，而后利用模型根據(jù)已知量進行輪胎回正力矩的計算。該方法的優(yōu)點是物理概念清晰，表達式較為簡單，控制器易于設計；缺點是多數(shù)力學模型屬于穩(wěn)態(tài)力學模型，無法體現(xiàn)出車輛在運動過程中由于車輪載荷的變化而引起的轉向回正力矩的變化，且輪胎與車輛模型為降低復雜度進行了簡化，因而計算結果主要適用于輪胎線性工作范圍，工程應用價值有限。
[0005]間接估計是利用現(xiàn)有的車輛信息通過某種算法對輪胎回正力矩進行估計。這種方法從系統(tǒng)的角度出發(fā)，通常將轉向機構看作一個二階機械系統(tǒng)，把輪胎回正力矩作用于轉向機構的力(稱為回正力)作為狀態(tài)量，基于現(xiàn)代控制理論設計狀態(tài)觀測器(如卡爾曼濾波狀態(tài)觀測器，龍貝格狀態(tài)觀測器)對回正力進行估計，再用回正力乘以機構傳動比來得到輪胎回正力矩。該方法的優(yōu)點是無需安裝專門的傳感器，成本低，實現(xiàn)容易；同時輪胎回正力矩的估值直接來自轉向系統(tǒng)，可全面反映車輛運動輪胎回正力矩的變化，適用于整個輪胎工作范圍，避免了輪胎回正力矩模型帶來的計算誤差和只適用于輪胎線性工作范圍的問題，更適于工程應用。間接估計較之直接測量和模型計算具有成本低、模型誤差小、工作范圍寬、容易實現(xiàn)等優(yōu)勢，其缺點是目前采用的線性狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)模型的準確性依賴度較大，在實際應用過程中存在控制器匹配難度大，適應性差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的不足和缺失，提出一種基于擴張狀態(tài)的輪胎回正力矩估計方法，即基于擴張狀態(tài)觀測器理論，將輪胎回正力矩作用于齒輪齒條機構的回正力擴張為新的狀態(tài)量，進而構建擴張狀態(tài)觀測器對其進行觀測，以實現(xiàn)對輪胎回正力矩的估計。
[0007]本發(fā)明的技術方案為:一種基于擴張狀態(tài)的輪胎回正力矩估計方法，具體包括如下步驟:
[0008]1.建立齒條機構動力學模型；
[0009]2.構建擴張狀態(tài)量；[0010]3.構建三階非線性擴張狀態(tài)觀測器；
[0011 ]4.設定擴張狀態(tài)觀測器參數(shù)；
[0012]5獲得輪胎回正力矩。
[0013]所述步驟1.根據(jù)附圖1所示的轉向機構動力學模型基礎上，建立齒條機構動力學方程式:
[0014]
【權利要求】
1.一種基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法，其特征是，包括如下步驟: A.建立齒條機構動力學模型； B.構建擴張狀態(tài)量； C.構建三階非線性擴張狀態(tài)觀測器； D.設定擴張狀態(tài)觀測器參數(shù)； E.獲得輪胎回正力矩。
2.如權利要求1所述的基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法，其特征是，所述步驟A.建立齒條機構動力學模型，根據(jù)牛頓力學定律，基于轉向機構動力學模型，建立齒條機構動力學模型方程式:
3.如權利要求1所述的基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法，其特征是，所述步驟B.構建擴張狀態(tài)量: 基于齒條機構動力學模型方程式:
4.如權利要求1所述的基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法，其特征是，所述步驟C.構建三階非線性擴張狀態(tài)觀測器: 根據(jù)擴張狀態(tài)觀測器原理，對于方程式(4)所描述的非線性系統(tǒng)，構建一個三階非線性擴張狀態(tài)觀測器，對狀態(tài)量Xl、X2及擴張狀態(tài)量X3進行觀測，擴張狀態(tài)觀測器的方程式如下:

5.如權利要求1所述的基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法，其特征是，所述步驟D.設定擴張狀態(tài)觀測器參數(shù)，以轉向器小齒輪輸入轉矩和齒條位移為擴張狀態(tài)觀測器的輸入量，對齒條回正 力進行估計。
6.如權利要求1所述的基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法，其特征是，所述步驟Ε.獲得輪胎回正力矩，將齒條回正力估值乘以轉向傳動機構傳動比: 其中，齒條回正力估值計算如下: 慫3 M 輪胎回正力祀ia = Fa.i 其中Ta為輪胎回正力矩，i為轉向傳動機構傳動比。
7.如權利要求4所述的基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法，其特征是，所述C.構建三階非線性擴張狀態(tài)觀測器，還包括: 分析擴張狀態(tài)觀測器的收斂性，設定方程式(4)中的w(t) =w0, Wtl為常數(shù)，則方程式(4)和方程式(5)的誤差方程式如下:
【文檔編號】G06F17/50GK103886142SQ201410084162
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】李一染 申請人:上海師范大學