[發(fā)明專利]基于擴張狀態(tài)量對輪胎回正力矩進行估計的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410084162.8
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103886142A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 李一染
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 劉懿

技術領域

本發(fā)明涉及車輛線控轉向系統技術領域，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

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的發(fā)展方向之一。在線控轉向技術的實現過程中，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。

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。

模型計算是根據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；缺點是多數力學模型屬于穩(wěn)態(tài)力學模型，無法體現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。

間接估計是利用現有的車輛信息通過某種算法對輪胎回正力矩進行估計。這種方法從系統的角度出發(fā)，通常將轉向機構看作一個二階機械系統，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，實現容易；同時輪胎回正力矩的估值直接來自轉向系統，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、容易實現等優(yōu)勢，其缺點是目前采用的線性狀態(tài)觀測器對系統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)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現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，以實現對輪胎回正力矩的估計。

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：

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；

5獲得輪胎回正力矩。

所述步驟1.根據附圖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：

MrX··r+CrX·r+Ffr+Fa=Tcrp]]>

其中X_r為齒條位移，M_r為齒輪齒條機構的質量，C_r為齒輪齒條機構的阻尼，F_fr齒輪齒條機構的摩擦力，F_a為輪胎作用于齒輪齒條機構的回正力（或齒條回正力），T_c為轉向管柱作用于齒輪齒條機構的力矩，r_p為小齒輪半徑。

所述步驟2.基于齒條機構動力學方程式，構建擴張狀態(tài)量如下：