[發明專利]一種處理狀態不等式約束的線控轉向系統建模控制方法

在審

• 申請號: 202110324005.X
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113050653A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 孫浩;楊路文;朱梓誠;屠魯川
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 合肥中悟知識產權代理事務所(普通合伙) 34191
• 代理人: 張婉

1.一種可處理狀態不等式約束的線控轉向系統建模控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、建立線控轉向系統動力學模型；

S2、基于該系統實際工作過程中所受狀態不等式約束的限制，構建一一映射的轉換函數；

S3、利用轉換函數將系統中受狀態不等式約束的狀態變量轉換為新的“自由”狀態變量，得到變量轉換后的動力學方程；

S4、針對轉換后的動力學方程和性能約束，建立基于Udwadia-Kalaba理論的控制器控制該系統的運行。

2.根據權利要求1所述的一種可處理狀態不等式約束的線控轉向系統建模控制方法，其特征在于：所述S1中的構建線控轉向系統動力學模型為：

其中，J_eq表示系統等效轉動慣量，B_eq表示系統等效粘性摩擦系數，表示轉向系統的庫倫摩擦力，F_s表示庫侖摩擦系數，τ_e表示前輪轉向回正力矩，r表示轉換參數，N₁和N₂分別表示齒條和齒輪變速箱的齒數，r_g表示轉向電機的連接比例，τ_dis表示總的脈動干擾，表示驅動轉向電機的轉動力矩控制輸入，δ_f表示前輪轉向角，表示δ_f的一階導數，表示δ_f的二階導數；

系統等效轉動慣量J_eq由轉向馬達的轉動慣量J_fw和轉向前輪的轉動慣量J_sm等效得到，具體等效關系如下：

系統等效粘性摩擦系數B_eq由轉向馬達的粘性摩擦系數B_fw和轉向前輪的粘性摩擦系數B_sm等效得到，具體等效關系如下：

系統總的脈沖擾動主要由第六轉矩諧波τ_sm6和第十二轉矩諧波τ_sm12組成，表達式如下：

前輪轉向回正力矩τ_e是汽車轉向幾何參數的函數表達式，當汽車輪胎側傾角α_f小于5°時，可簡化表達如下：

τ_e＝-(l_c+l_p)C_fα_f (5)

其中，l_c表示前輪機械拖距，l_p表示前輪輪胎拖距，C_f表示前輪輪胎側偏剛度。

3.根據權利要求1所述的一種可處理狀態不等式約束的線控轉向系統建模控制方法，其特征在于，所述S2中基于線控轉向系統實際工作過程中前輪轉向角δ_f所受的狀態不等式約束限制，構建一一映射的轉換函數：

δ_fmin＜δ_f＜δ_fmax (6)

基于正切函數的函數特性，建立以下一般形式的轉換函數I：

y＝tan(k₀δ_f+k₁)+k₂ (7)

轉換函數I中的三個參數k₀、k₁和k₂由前輪轉向角實際所受狀態不等式約束式(6)兩邊界δ_fmin和δ_fmax決定

tan(k₀*0+k₁)+k₂＝0 (10)

結合方程公式(8)、(9)和公式(10)，解出三個參數的值：

k₂＝-tan k₁ (13)

結合方程公式(7)、(11)、(12)和公式(13)，最終整理后轉換函數II為：