[發(fā)明專利]帶有傳感器信號容錯功能的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201511024464.7
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN105667577B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙萬忠;張寒;王春燕
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B62D5/04
• 分類號: B62D5/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 賀翔,吳庭祥

1.一種帶有傳感器信號容錯功能的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括以下步驟：

1)、建立轉(zhuǎn)向模塊與整車數(shù)學(xué)模型，求取魯棒控制器：

δ·δ··β·ω·=0100KtJRG2-BRJR-KtJRG2-KtaJRG2v-K1mv0K1+K2mv(aK1-bK2mv2-1)-aK1Iz0aK1-bK2Iza2K1+b2K2Izvδδ·βω+0KzigJRG00I---(1)]]>

ay=aK1-bK2mvω+K1+K2mβ-K1mδ---(2)]]>

式中，δ為前輪轉(zhuǎn)角；v為縱向車速；β為質(zhì)心側(cè)偏角；ω為橫擺角速度；a_y是汽車側(cè)向加速度；L為汽車前后軸距；m為整車質(zhì)量；b為質(zhì)心到后軸軸距；a為質(zhì)心到前軸軸距；K₁、K₂為前后輪側(cè)偏剛度；I_z為整車繞z軸轉(zhuǎn)動慣量；J_R、B_R為齒輪齒條系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量與阻尼；G為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器傳動比；K_z為電機轉(zhuǎn)矩系數(shù)；i_z為電機減速器減速比；I為電機電流；

令系統(tǒng)狀態(tài)為系統(tǒng)控制輸入u＝I、v＝[1，0，0，0]x、G(s)為由δ到v的傳遞函數(shù)，ω＝δ^*，z1和z2為被調(diào)輸出，W1、W2為相對應(yīng)的加權(quán)函數(shù)，z＝[z1；z2]，P(s)為廣義受控對象，y為測量輸出，K為控制器，設(shè)計如下的魯棒控制系統(tǒng)：

z1z2y=P(s)0W1W2-G(s)W2I-G(s)δ*I,u=Ky---(3)]]>

選擇z的H₂范數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)求取魯棒控制系統(tǒng)的控制器K；

2)、轉(zhuǎn)向控制單元通過方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器采集到方向盤轉(zhuǎn)角θ以及車速信號v，根據(jù)變傳動比規(guī)律(4)得到汽車該時刻的理想前輪轉(zhuǎn)角δ：

i=θδ=vKs(L+Kuv2)---(4)]]>

式中，i為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比；θ為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角；K_u為轉(zhuǎn)向不足系數(shù)，計算如式(5)；K_s為行駛角系數(shù)，范圍為0.12-0.37 1/s：

Ku=m(bK2-aK1)K1K2L---(5)]]>

將前輪轉(zhuǎn)角傳感器采集實時前輪轉(zhuǎn)角信號，與求得的理想前輪轉(zhuǎn)角δ做差，通過魯棒控制器求得轉(zhuǎn)向電機電流，輸入到轉(zhuǎn)向及減速機構(gòu)總成，控制汽車轉(zhuǎn)向；

3)、容錯控制單元采集轉(zhuǎn)向電機電流信號I、前輪轉(zhuǎn)角信號δ、橫擺角速度信號ω、側(cè)向加速度信號a_y：通過無跡卡爾曼濾波算法，由轉(zhuǎn)向電機電流和橫擺角速度估計得到前輪轉(zhuǎn)角信號δ₁，估計模型為：

δ·δ··β·=010KtJRG2-BRJR-KtJRG2-K1mv0K1+K2mvδδ·β+00KzigJRG-KtaJRGv0(aK1-bK2mv2-1)Iω---(6)]]>

由轉(zhuǎn)向電機電流和側(cè)向加速度估計得到前輪轉(zhuǎn)角信號δ₂，估計模型為：

δ·δ··β·=010-KtJRG2(bK2aK1-bK2)-BRJRKtJRG2((a+b)K2aK1-bK2)-K1vaK1-bK20(K1+K2)vaK1-bK2δδ·β+00KzigJRG-amKt(aK1-bK2)JRG201v-mvaK1-bK2Iay---(7)]]>

通過δ、δ₁、δ₂相互做差判斷故障源，|δ-δ₁|＞Δ時，s1設(shè)為1，否則為0；|δ₁-δ₂|＞Δ，s2設(shè)為1，否則為0；|δ-δ₂|＞Δ，s3設(shè)為1，否則為0；標(biāo)志向量S＝[s1，s2，s3]，通過標(biāo)志值判斷傳感器是否發(fā)生故障，若S＝[0，0，0]，所有傳感器正常；若S＝[0，1，1]，側(cè)向加速度傳感器故障；若S＝[1，0，1]，前輪轉(zhuǎn)角傳感器故障；若S＝[1，1，0]，橫擺角速度傳感器故障；

當(dāng)前輪轉(zhuǎn)角傳感器故障時，通過式(7)使用側(cè)向加速度信號和轉(zhuǎn)向電機電流來重構(gòu)故障信號；

當(dāng)橫擺角速度傳感器故障時，通過式(2)和(7)使用側(cè)向加速度信號和轉(zhuǎn)向電機電流來重構(gòu)故障信號；

當(dāng)側(cè)向加速度傳感器故障時，通過式(2)和(6)使用橫擺角速度信號和轉(zhuǎn)向電機電流來重構(gòu)故障信號。