[發明專利]帶有傳感器信號容錯功能的線控轉向系統及控制方法

有效

• 申請號: 201511024464.7
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN105667577B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 趙萬忠;張寒;王春燕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B62D5/04
• 分類號: B62D5/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔,吳庭祥

技術領域

本發明涉及汽車一種線控轉向系統，具體講是一種帶有傳感器信號容錯功能的線控轉向系統及控制方法，屬于汽車轉向控制領域。

背景技術

轉向系統是汽車的關鍵部件之一，它不僅能保證汽車能按駕駛員的意志進行轉向行駛，還關系到汽車的操縱穩定性。如何合理地設計轉向系統，使汽車具有更好更穩定的操縱性，始終是設計人員研究的重要課題。在車輛高速化、駕駛人員非職業化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛人群，汽車的易操縱性設計變得極為重要。線控轉向系統的發展正是迎合了這種客觀需求，是繼電動助力轉向系統后發展起來的新一代轉向系統。

汽車線控轉向系統形式不同于以往的轉向系統，它取消了以往轉向系統方向盤到前輪的機械連接，用控制信號控制汽車轉向。它主要由方向盤模塊、轉向執行模塊、主控制器、動力電源等組成，由于線控轉向系統的運行強烈依賴于傳感器信號，其可靠性較傳統轉向系統大大降低。目前，現有技術中所應用的線控轉向系統無法通過傳感器配置方式和有效的重構算法能夠實現傳感器之間的信號互判和解析冗余，其控制系統的可靠性和穩定性相對較差，并影響行車的安全性。此外，現有的車型中大多備有一套冗余的機械系統，其不僅成本昂貴，不適用于經濟車型的開發，而且造成不必要的浪費。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術缺陷，提供一種能提高線控轉向系統的可靠性、汽車行駛時的穩定性和安全性的帶有傳感器信號容錯功能的線控轉向系統及控制方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供的帶有傳感器信號容錯功能的線控轉向系統，包括轉向盤總成、方向盤轉角傳感器、路感電機及減速機構總成、轉向電機及減速機構總成、車速傳感器、側向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、前輪轉角傳感器、齒輪齒條轉向器、路感控制單元、轉向控制單元和容錯控制單元；

所述轉向盤總成連接路感電機及其減速機構總成，方向盤轉角傳感器分別與路感控制單元和轉向控制單元連接；所述路感控制單元連接并控制路感電機及其減速機構；

所述轉向電機及減速機構總成與齒輪齒條轉向器連接，齒輪齒條轉向器上安裝前輪；所述前輪上安裝前輪轉角傳感器，前輪轉角傳感器連接容錯控制單元；所述轉向控制單元連接轉向電機及其減速機構；

所述側向加速傳感器、橫擺角速度傳感器均與容錯控制單元連接；所述車速傳感器分別與路感控制單元和轉向控制單元相連；

所述容錯控制單元分別與路感控制單元和轉向控制單元相連，所述容錯控制單元將側向加速信號、橫擺角速度信號傳輸到路感控制單元，將前輪轉角信號傳輸到轉向控制單元；所述轉向控制單元將轉向控制信號同時傳輸到容錯控制單元、轉向電機及其減速機構。

本發明還提供了上述帶有傳感器信號容錯功能的線控轉向系統的控制方法，包括以下步驟：

1)、建立轉向模塊與整車數學模型，求取魯棒控制器：

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

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

選擇z的H₂范數作為目標函數求取魯棒控制系統的控制器K；

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

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