[發(fā)明專利]一種線控四輪轉(zhuǎn)向汽車抗側(cè)向干擾的改進型滑模控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611243121.4
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106627747B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張庭芳;張超敏;曹銘;何新毅;曲志林;郭勁林
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號: B62D5/04
• 分類號: B62D5/04;B62D7/15
• 代理公司: 南昌市平凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 夏材祥

1.一種線控四輪轉(zhuǎn)向汽車抗側(cè)向干擾的改進型滑模控制方法,其特征在于:

(1)所述線控四輪轉(zhuǎn)向汽車抗側(cè)向干擾的改進型滑模控制方法中的汽車線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括方向盤模塊、前后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊、主控制單元即ECU；方向盤模塊包括方向盤、轉(zhuǎn)角傳感器、扭矩傳感器以及路感電機；前后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機一和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機二、轉(zhuǎn)向器一和轉(zhuǎn)向器二、拉壓力傳感器一和拉壓力傳感器二、線位移傳感器一和線位移傳感器二；車體狀態(tài)傳感器包括車速傳感器、橫擺角速度傳感器；

(2)所述線控四輪轉(zhuǎn)向汽車抗側(cè)向干擾的改進型滑模控制方法步驟如下：

步驟1：簡化汽車為一個三自由度系統(tǒng)，根據(jù)汽車線控四輪轉(zhuǎn)向原理以及理想橫擺角速度條件，建立整車動力學(xué)傳遞函數(shù)：

在步驟1中,簡化的汽車三自由度整車模型為：

式中：m為整車質(zhì)量；m_s為汽車簧載質(zhì)量，β表示質(zhì)心側(cè)偏角；ω_r表示橫擺角速度；α表示車身側(cè)傾角；u為汽車縱向速度；F_y1和F_y2分別表示前、后輪側(cè)偏力；F_d表示側(cè)向干擾力大小；a和b分別為質(zhì)心到前、后軸的距離；h_s為懸掛質(zhì)量的質(zhì)心高度；h_d和l_d分別表示側(cè)向干擾力中心距汽車質(zhì)心垂向、縱向的距離；I_z和I_x為汽車?yán)@z軸、x軸的轉(zhuǎn)動慣量；I_xz為繞x、z軸的轉(zhuǎn)動慣性積；和分別表示懸架的側(cè)傾剛度、側(cè)傾阻尼系數(shù)；g為重力加速度；

在側(cè)傾工況下，前后輪側(cè)偏力為：

式中：k_f和k_r分別表示前后輪等效側(cè)偏剛度；ε_f和ε_r分別表示前后軸的側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)；

為了簡化控制四輪轉(zhuǎn)向和可以調(diào)節(jié)前、后輪反饋角的比例，令前后輪轉(zhuǎn)角滿足：

式中：δ_f^*為方向盤轉(zhuǎn)角經(jīng)過傳動比后的理論前輪轉(zhuǎn)角；δ_i表示控制器反饋輸入角；K_i

表示控制器對前后輪輸入分配系數(shù)；

理想橫擺角速度：

式中：

將公式(1.1)、(1.2)、(1.3)、(1.4)聯(lián)立求解，并化為狀態(tài)方程(1.5)

式中：

U＝[δi]；

注：上式D₁和G₁中的“|”表示“或”；

顯然式(1.5)中的參數(shù)A₁不等于零，可把式(1.5)化簡為式(1.6)；

式中：

步驟2：結(jié)合整車動力學(xué)傳遞函數(shù)和改進型滑模控制趨近律，可以得到汽車線控四輪轉(zhuǎn)向改進型滑模控制律：

在步驟2中，構(gòu)造滑模切換面為：

S＝C₃Y＝C₃C₂X (1.7)

令C＝C₃C₂，得：

S＝CX (1.8)

對式(1.8)兩邊進行一階導(dǎo)數(shù)，得：

構(gòu)造改進型趨近律：

其中：K₁＞0，K₂＞0，0＜λ＜1；

由式(1.9)、(1.10)聯(lián)立，并令F_d＝0，可得滑模控制律為(1.11)

U＝-(CB)^-1[CAX+CDδ_f^*+CGI+K₁S+K₂|S|^λSat(S)] (1.11)

其中U_eq＝-(CB)^-1[CAX+CDδ_f^*+CGI]

U_in＝-(CB)^-1[K₁S+K₂|S|^λSat(S)]

所設(shè)計的滑模控制律由兩部分組成：一是等效控制部分U_eq，它主要保證一是魯棒控制部分U_in，它主要控制抵抗外界干擾；

步驟3：利用Lyapunov算法可以計算得到改進型滑模控制律的四個控制參數(shù)：即比例系數(shù)K₁、K₂和指數(shù)系數(shù)ξ、λ：

在步驟3中，構(gòu)造Lyapunov函數(shù)為：

對式(1.12)兩端同時求導(dǎo)，并把式(1.9)代入得：

控制使CE＝0，即

從式(1.14)可以得到，只要滿足K₁＞0且K₂＞0，就有從而可以保證系統(tǒng)在Lyapunov意義下是漸進穩(wěn)定的；

步驟4：采集方向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號和整車狀態(tài)信號，所述信號包括車速、橫擺角速度，根據(jù)線控四輪轉(zhuǎn)向改進型滑模控制律可以計算得到目標(biāo)前后輪轉(zhuǎn)角：

在步驟4中，汽車線控四輪轉(zhuǎn)向理想目標(biāo)前后輪轉(zhuǎn)角：

步驟5：根據(jù)電動機電學(xué)特性方程，結(jié)合方向盤轉(zhuǎn)角信號、拉壓力傳感器信號一和拉壓力傳感器信號二，計算出目標(biāo)電壓U_a信號，用PWM方式進行調(diào)節(jié)：

在步驟5中，電動機電磁轉(zhuǎn)矩與電流關(guān)系：

T_m＝K_ei_a (1.16)

其中，K_e，i_a分別是電動機的電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)和電流；

直流電動機電氣特性模型：

由電路的基爾霍夫定律,電動機端電壓U_a應(yīng)滿足：

其中,R,L,k_e分別是電動機電樞電阻、電感和反電動勢系數(shù),θ_m為電動機轉(zhuǎn)角；

根據(jù)目標(biāo)前后輪轉(zhuǎn)角式(1.15)，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號，扭矩傳感器信號，結(jié)合電動機電學(xué)特性方程式(1.16)、(1.17)可以得到目標(biāo)電動機端電壓U_a，用PWM方式調(diào)節(jié)；

步驟6：精確控制實現(xiàn)以上5個步驟所得的目標(biāo)前后輪轉(zhuǎn)角；

所述精確控制實現(xiàn)以上5個步驟所得的目標(biāo)前后輪轉(zhuǎn)角方法之一為：通過線位移傳感器信號一和線位移傳感器信號二反饋前后輪轉(zhuǎn)角大小，PID控制算法輸出量U(t)公式為：

U(t)＝K_P[e(t)+1/K_I∫e(t)d_t+K_Dde(t)/dt (1.18)

其中：e(t)是指目標(biāo)前后輪轉(zhuǎn)角與實際前后輪轉(zhuǎn)角之差，通過線位移傳感器一和線位移傳感器二來實現(xiàn)閉環(huán)反饋。