本发明专利技术公开一种基于回正力矩估计的主动转向理想方向盘转矩设计方法：首先利用传感器得到相关参数，通过整车模型得到汽车的状态参数，输入轮胎模型后求得归一化轮胎侧偏力，将计算结果结合变传动比控制下的前轮转角一起传递给估计器，估计得到回正力矩，然后再通过对汽车行驶状态的判断，设计出此时对应的理想方向盘转矩；本发明专利技术在在线估计出实时的回正力矩的基础上，通过汽车在线性范围与非线性范围行驶时前轮回正力矩与前轮转角以及车速间的关系，通过实验数据和驾驶员的转向体验，设计出合理的理想方向盘转矩，力矩的大小可以有效地表征汽车行驶状态，有助于驾驶员通过此力矩的反馈来掌握汽车的运行，以便更有效地操纵汽车。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及汽车主动转向系统领域，特别是一种基于前轮回正力矩估计的理想方 向盘转矩设计方法。
技术介绍
转向系统是汽车的关键部件之一，它不仅保证汽车能按驾驶员的意志进行转向行 驶，还与汽车操纵稳定性密切相关，现阶段车辆广泛应用的转向系统为电控液压助力转向 系统及电动助力转向巧PS)，运些助力转向系统能根据驾驶员的转向操作，借助液压助力系 统或者电机助力系统施加可变的转向助力，来减轻驾驶员的转向负担。但是运些动力转向 系统只能改变转向力，不能根据汽车在行驶过程中的遇到的不同状况改变传动比，也不能 对外界干扰进行稳定性控制。为了帮助驾驶员更有效地操纵车辆，提高汽车行驶的稳定性，主动前轮转向系统 获得了越来越多的关注，主动前轮转向系统通过转向转角的叠加，可根据车速控制转向转 动比的大小，实现理想转向传动比，通过系统力特性的控制，实现转向轻便性和转向路感的 协调统一；通过对前轮施加附加转角产生附加的横摆力矩，控制车辆的横摆角速度和质屯、 侧偏角，保持车辆行驶稳定性。由于改变了转向系统的里传递特性，前轮主动转向系统并不 能很好地反映出转向时的路感，另一方面，汽车在行驶过程中时常会遭遇各种意外情况，例 如路面附着系数的变化，侧向风干扰等，运些外界干扰都会对汽车的行驶稳定性产生巨大 的影响，且驾驶员一般无法及时而准确的对此做出修正；此外，轮胎的非线性特性也会对汽 车行驶特性产生影响，当汽车运行在非线性范围内时，驾驶员将很难按自己的意志对汽车 进行操纵，因此对行驶的安全性能产生危害。目前在汽车转向稳定性控制中所需要的车辆运行状态并不能完全由传感器直接 测量得到，一些状态及参数需要通过估计才能获得，目前使用较多的估计方法有最小二乘 法，卡尔曼滤波估计等；卡尔曼滤波是一套适用于计算机实现的实时递推算法，它所处理的 对象是随机信号，能够根据系统方程和观测方程对所有需要处理的信号进行最优估计，通 过对非线性模型进行泰勒展开，可W得到扩展的卡尔曼滤波估计法，符合汽车状态参数估 计的要求。目前结合卡尔曼滤波的利用前轮回正力矩估计理想方向盘转矩设计方法，在本 领域并不存在相关报道。
技术实现思路
针对现有技术中前轮主动转向系统并不能很好地反映出转向时的路感的问题，本 专利技术公开一种基于前轮回正力矩估计的理想方向盘转矩设计方法，在实时估计前轮回正力 矩的同时，考虑汽车的运行状态，设计出理想方向盘转矩特性，能够良好的反映路感，帮助 驾驶员更有效操纵车辆，本专利技术是运样实现的： -种基于前轮回正力矩估计的理想方向盘转矩设计方法，包括W下步骤： (a)利用传感器得到汽车的方向盘转角ΘW及纵向车速V，依据主动转向汽车变 传动比公式获得汽车的前轮转角δ; 主动转向汽车变传动比公式为：α) 式（1)中，Κ。为转向不足系数，L为汽车前后轴距，m为整车质量，b为质屯、到后轴 轴距，a为质屯、到前周轴距，Κι、K2为前后轮侧偏刚度，K,范围为0. 12-0. 371/s; (b)将获得的汽车的前轮转角δ输入到二自由度整车模型中得到汽车的状态参 数横摆角速度ω，质屯、侧偏角β，Κ及侧向加速度ay; 二自由度整车模型为：(2)[001引 式似 中，L为汽车绕Z轴的转动惯量； (C)根据公式：[001 引（3) 获得汽车状态参数ω、β，再依据doguff轮胎模型，求得轮胎归一化侧向力Fy。；doguff轮胎模型为： 式（6)中，氏、Ky分别为轮胎的纵滑和侧偏刚度，α为轮胎侧偏角； (d)利用求得的4个轮胎的归一化侧向力扔、片、片、片，根据侧向动力学模 型，通过扩展卡尔曼滤波估计结合前轮变传动比控制策略设计出的估计器估计出四轮对应 的路面附着系数，继而得到Fyf; 侧向动力学模型：(7) 式（7)中，扔、片、片、挺为4个轮胎的归一化侧向力；μ1、μ2、μ]、^4为四 轮对应的路面附着系数； 由前轮侧向力Fyf计算得到前轮回正力矩ΜΖ:[002引式做中，η,为主销拖距，a为轮胎拖距，FΖ为前轮载荷，D巧主销内移量，終为主 销内倾角； 本实施例中，所述扩展卡尔曼滤波估计法具体步骤如下： 首先，建立系统状态模型： 式中，x(t)为状态变量；u(t)为控制变量；w(t)为系统噪声向量；y(t)为量测输 出；v(t)为量测噪声；[003。然后，将模型线性化，F(t)，H(t)为非线性函数f(x(t)，u(t)，w(t))、h(x(t)，v(t))对状态x(t)求偏导的雅克比矩阵；0(t)为状态转移矩阵；At为采样时间； 2. 3进行滤波估计，估计流程如下： 预测模块：[00測校正模块： 通过扩展卡尔曼滤波结合前轮变传动比控制策略，在线更新数据，得到实时的回 正力矩参数。[004引（e)将前轮转角δ、纵向车速V、侧向加速度ayW及前轮回正力矩Mz到方向盘理 想转矩模块，得到汽车在该行驶状态下的理想方向盘转矩：(9)式巧）中，G为主动转向机构齿轮齿条传动比，M,m。、为侧向加速度为4m/s2时的前 轮回正力矩，Εν为车速系数。 进一步，本专利技术中，步骤（d)所述扩展卡尔曼滤波估计法的具体步骤如下： 2. 1建立系统状态模型：[00481αο)[004引式（10)中，X(t)为状态变量；u(t)为控制变量；w(t)为系统噪声向量；y(t)为量 测输出；v(t)为量测噪声。 2. 2将模型线性化，(11)式（11)中，F(t),H(t)为非线性函数f(x(t),u(t),w(t))、h(x(t),v(t))对状态 X(t)求偏导的雅克比矩阵；φ(t)为状态转移矩阵；At为采样时间；[005引 2. 3进行滤波估计，估计流程如下：预测模块：V 然后通过扩展卡尔曼滤波结合前轮变传动比控制策略，在线更新数据，得到实时 的回正力矩参数。 当侧向加速度小于3m/s2时，理想方向盘转矩随着前轮回正力矩的变化而变化，使 驾驶员能够了解到汽车当前的行驶状态；当侧向加速度大于3m/s2小于4m/s 2时，理想方向 盘转矩变化梯度增大，提醒驾驶员汽车即将进入非线性范围行驶。当侧向加速度大于4m/s2 时，理想方向盘转矩保持不变，提醒驾驶员汽车已进入非线性范围，继续增大转角可能会失 去稳定性。 为了确定车速系数的大小，参考文献（Appl}dngDrivingSimulationto QuantifySteeringEffortPreferenceasFunctionofVehicleSpeed,Gary P.Bertollini,RobertM.化gan)通过驾驶模拟器对驾驶员在不同行驶工况的所偏好的转 向盘力矩进行仿真，根据实验数据和驾驶员体验，得到了侧向加速度为0. 3g时的理想方向 盘转矩，结果如表1所示： 表1侧向加速度为0. 3g时的理想转向盘转矩 根据建立的整车模型，仿真在侧向加速度为0.3g的情况下，汽车的转向阻力矩， 结果如表2所示： 表2无助力下侧向加速度为0.3g时的转向阻力矩 通过经验公式计算汽车的原地最大转向力矩，该式中，μ为路面附着 系数；Ρ为轮胎气压； 则转向柱上的转向阻力矩为 假设原地转向时驾驶员最大理想方向盘转矩为Td(0) = 2Nm，通过W上数据，由公 式计算出不同车速下的车速系数Ey的值，如表3所示。 表3不同车速下的车速系数[007当前本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于前轮回正力矩估计的理想方向盘转矩设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)利用传感器得到汽车的方向盘转角θ以及纵向车速V，依据主动转向汽车变传动比公式获得汽车的前轮转角δ；主动转向汽车变传动比公式为：{i=θδ=VKs(L+KuV2)Ku=m(bK2-aK1)K1K2L---(1)]]>式(1)中，Ku为转向不足系数，L为汽车前后轴距，m为整车质量，b为质心到后轴轴距，a为质心到前周轴距，K1、K2为前后轮侧偏刚度，Ks范围为0.12‑0.371/s；(b)将获得的汽车的前轮转角δ输入到二自由度整车模型中得到汽车的状态参数横摆角速度ω，质心侧偏角β，以及侧向加速度ay；二自由度整车模型为：ω·=(a2K1+b2K2)IzVω+(aK1-bK1)Izβ-aK1Izδβ·=(aK1-bK2mV2-1)ω+K1+K2mVβ-K1mVδay=aK1-bK2mVω+K1+K2mβ-K1mδ---(2)]]>式(2)中，Iz为汽车绕z轴的转动惯量；(c)根据公式：αf=δ-arctan(V+ωau)αr=arctan(ωb-Vu)u=Vcosβ---(3)]]>获得汽车状态参数ω、β，再依据doguff轮胎模型，求得轮胎归一化侧向力Fy0；doguff轮胎模型为：Fy=μ0Fy0=μ0·Fz·Cytan(α)1-λ·f(L),---(4)]]>f(L)={L·(2-L),L>11,L≥1,---(5)]]>L=(1-λ)(1-ϵvxKx2·λ2+Ky2·tan2α)2Kx2·λ2+Ky2·tan2α,---(6)]]>式(6)中，Kx、Ky分别为轮胎的纵滑和侧偏刚度，α为轮胎侧偏角；(d)利用求得的4个轮胎的归一化侧向力根据侧向动力学模型，通过扩展卡尔曼滤波估计结合前轮变传动比控制策略设计出的估计器估计出四轮对应的路面附着系数，继而得到Fyf；侧向动力学模型：{ω·=aμ1F10+aμ2F02-bμ3F30-bμ4F40Izay=(μ1F10+μ2F20)cosδ+μ3F30+μ4F40m---(7)]]>式(7)中，为4个轮胎的归一化侧向力；μ1、μ2、μ3、μ4为四轮对应的路面附着系数；由前轮侧向力Fyf计算得到前轮回正力矩Mz：式(8)中，ns为主销拖距，a为轮胎拖距，Fz为前轮载荷，Dk为主销内移量，为主销内倾角；(e)将前轮转角δ、纵向车速v、侧向加速度ay以及前轮回正力矩Mz到方向盘理想转矩模块，得到汽车在该行驶状态下的理想方向盘转矩：Td={EvMzG|ay|≤3m/s2EvMzG(|ay0.3|)3m/s2≤|ay|≤4m/s2EvMzmaxG|ay|≥4m/s2---(9)]]>式(9)中，G为主动转向机构齿轮齿条传动比，Mzmax为侧向加速度为4m/s2时的前轮回正力矩，Ev为车速系数。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵万忠，张寒，王春燕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。