基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统及其横摆稳定性补偿策略技术方案

本发明专利技术专利公开了一种基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统及其横摆稳定性补偿策略，该系统包括采集单元、中央控制器、转向盘总成和前轮转向总成；其补偿策略为：通过驾驶员行为辨识以及方向盘处转角传感器测量出的方向盘转角，得出预测的方向盘转角，并传递给中央控制器综合横摆角速度增益与侧向加速度因素得出理想的传动比，得出方向盘转角到转角电机理想输入转角的关系传送给转角电机控制器，对转角电机进行开环控制；再根据方向盘转角和理想传动比得出理想前轮转角，获得理想横摆角速度，通过鲁棒控制器得出系统的补偿转矩，通过补偿控制策略传递给转矩电机控制器，从而保证系统快速响应的性能与行驶过程中的行驶稳定性。

Line-controlled Steering Dual Motor System Based on Driver Behavior Identification and Its Yaw Stability Compensation Strategy

【技术实现步骤摘要】
基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统及其横摆稳定性补偿策略
本专利技术专利涉及电动轮汽车动力转向领域，尤其是一种基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统及其横摆稳定性补偿策略。
技术介绍
与传统的转向系统相比，线控转向系统解决了传统转向系统定传动比的缺陷，在汽车的实际行驶过程中，可以根据车速变化实现理想传动比控制。线控转向变传动比控制既增加了低速时汽车的转向灵敏性，又增加了汽车高速行驶过程中的行驶稳定性。目前线控转向系统以单执行电机转角电机为主，单执行电机的电流多采用闭环控制的方式进行，其追踪的是前轮转角或者是汽车的横摆角速度。闭环控制方式，是将上一时刻的汽车的实际横摆角速度与理想横摆角速度差值作为此时刻电机的输入，这样必然导致转角电机只有接收到上一时刻的反馈值才能进行下一时刻的动作，从而增加系统反应的延长时间。当汽车在一定车速下直线行驶时，尤其是在刚开始进行转向的时候，因为转角电机上一个时刻没有动作，默认为0，也就意味着把上一个时刻的实际横摆角速度与此时刻的理想横摆角速度作为输入，然而在实际的行驶过程中实时的横摆角速度显然非0，这将导致闭环系统第一次反馈值与实际的反馈值悬殊很多，造成系统的不稳定和振动，而这种大的误差需要后面时刻的闭环反馈来消除，延长了系统到达稳态的时间。此外单转向电机的故障下用软件冗余的方式无法替代，会极大的影响汽车的转向性能，会造成汽车失稳。目前关于双电机的控制多是双闭环控制，仍采用单电机这种闭环控制方式，也存在这种闭环控制存在的不可避免地反应效率较低，第一次震动较大，系统到达稳态时间长等缺点。关于双电机横摆稳定性的研究很少，且在汽车在行驶过程中会遭遇多种干扰，侧向风干扰，路面干扰等，这些干扰都会对汽车的行驶稳定性造成巨大的影响，因此对于双电机的横向稳定性研究策略的提出很有意义。目前基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统及其横摆稳定性补偿策略的内容尚未见报道。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统及其横摆稳定性补偿策略。该系统通过对驾驶员行为的辨识，通过逆向理想模型的建立使转角电机直接以当时的理想转角输入，而非上一时刻的反馈值进行控制，提高了系统的实时性。为实现上述目的，本专利技术首先提供了一种基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统，其包括：采集单元，中央控制器，转向盘总成，前轮转向总成；所述采集单元包括：转向盘转角传感器4，转向盘力矩传感器5，前轮转角传感器9，前轮力矩传感器12，车速传感器19，侧向加速度传感器20和横摆角速度传感器21；采集单元实时采集汽车行驶过程中的驾驶员行为信号，方向盘转角传感器的转角信号，实际横摆角速度信号，车速信号，转角电机的转角信号，转矩电机的转矩信号并传递给运算控制器7；并将运算控制器7通过方向盘转角信号理想值和车速信号计算出的理想横摆角速度传给鲁棒性控制及补偿单元18，同时也将实际横摆角速度信号传递给鲁棒性控制及补偿单元18；鲁棒性控制及补偿单元18根据传递过来的实际横摆角速度差值与理想横摆角速度差值计算出相应的补偿扭矩，考虑路面干扰，侧向风，机械摩擦等把补偿扭矩传递给转矩电机控制器，驱动相应的转矩电机进行补偿；中央控制器(ECU)包括运算控制器7、鲁棒性控制及补偿单元18；所述鲁棒性控制及补偿单元18包括鲁棒性控制单元和补偿控制策略单元；其接收来自采集单元的驾驶员行为信号与方向盘转角传感器的转角信号，得出实时反应驾驶员意图的理想的转向盘转角信号。运算控制器7接受来自采集单元传来的转向盘转角信号，根据逆向理想模型通过转角电机控制器按照理想转角输入对转角电机进行理想的电流控制，同时运算控制器7通过实时反应驾驶员意图的理想的转向盘转角信号，与车速信号计算出理想横摆角速度，并发送给鲁棒性控制及补偿单元18；所述转向盘总成包括依次连接的转向盘1、转向柱2、路感电机3、路感电机控制器6；转向盘总成反馈接收路感电机传递的路感，使驾驶员接收到实时路面状况的反馈；前轮转向总成包括依次连接的转角电机控制器8，转角电机10，双级减速器11，转矩电机控制器16，转矩电机13，减速器14，齿轮齿条机构15，前轮17；转角电机控制器8接收来自转矩电机控制器16的转角电机的理想输入电流信号，通过作用于转角电机使转角电机输出合适的转角，并作用于下层转向执行机构并接受来自鲁棒性控制单元及补偿单元根据传递过来的实际横摆角速度差值与理想横摆角速度差值计算出相应的补偿扭矩，考虑路面干扰，侧向风，机械摩擦等把补偿扭矩传递给转矩电机控制器，驱动相应的转矩电机进行补偿；其中，转向盘1通过转向杆柱2与路感电机3及转向盘转角传感器4相连接，转向盘力矩传感器5安装在转向杆柱2上；路感电机控制器6与路感电机3及转向盘力矩传感器5相接，并控制路感电机3的运行；齿轮齿条转向器15分别与转角电机10、转矩电机13、双级减速器11、减速器14相连接，前轮17安装在齿轮齿条转向器15的两侧；前轮转角传感器9安装在前轮17上；转角传感器9与转矩传感器12连接Flexray总线，将转角电机控制器8及转矩电机控制器16的信号输入到总线中，再通过总线传输到鲁棒性控制及补偿单元18中；转角电机10及双级减速器11均与转角电机控制器8相连接，转角电机控制器8控制转角电机10及双级减速器11的运行，转矩电机13及减速器14均与转矩电机控制器16向连接，转矩电机控制控制器16控制转矩电机13及减速器14的运行；侧向加速度传感器20和横摆角速度传感器21均安装在车轮17上，并且侧向加速度传感器20和横摆角速度传感器21均分别与鲁棒性控制及补偿单元18连接，将采集到信号输入到鲁棒性控制及补偿的单元18中；鲁棒性控制及补偿的单元18的输出端分别与路感控制器6的输入端和Flexray总线相连接，鲁棒性控制及补偿的单元18接收传入到Flexary的转矩电机控制器12，转角电机控制器9，转角传感器9，转矩传感器12的信号及运算控制器7的信号，进行鲁棒性控制及补偿策略的控制，并把指令输入Flexery总线，并通过Flexery总线将指令传送给转角电机控制器8及转矩电机控制器16使转矩电机动作输出转矩，从而补偿汽车理想横摆角速度与实际横摆角速度的误差值。其次，本专利技术还公开一种基于上述驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统的横摆定性补偿策略，该策略包括：步骤1：在汽车行驶过程中，通过采集单元采集驾驶员的行为信号，方向盘转角传感器的转角信号δsw1，实际横摆角速度信号ωr，车速信号u，转角电机的转角信号θ，转矩电机的转矩信号并传递给运算控制器；步骤2：运算控制器接收来自采集单元的驾驶员行为信号与方向盘转角传感器的转角信号δsw1，得出实时反应驾驶员意图的理想转向盘转角信号δsw；运算控制器通过综合横摆角速度增益与侧向加速度增益因素得出理想的传动比id，并将理想传动比id与线控双电机下层动力学关系结合，得出方向盘转角理想电流输入到转角电机的理想函数，运算控制器将此时的转角电机理想电流值i2输入给转角电机控制器，并进一步通过采集单元传递给鲁棒性控制单元；其具体为：步骤2.1：运算控制器通过驾驶员行为辨识得到反应驾驶员意图的理想转向盘转角δsw；设车辆质心相对于地面坐标系的位置为(X,Y)，车辆纵轴线与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统，其特征在于，该系统包括：采集单元、中央控制器、转向盘总成和前轮转向总成；所述采集单元包括：转向盘转角传感器(4)，转向盘力矩传感器(5)，前轮转角传感器(9)，前轮力矩传感器(12)，车速传感器(19)，侧向加速度传感器(20)和横摆角速度传感器(21)；所述中央控制器包括运算控制器(7)、鲁棒性控制及补偿单元(18)；所述鲁棒性控制及补偿单元(18)包括鲁棒性控制单元和补偿控制策略单元；所述转向盘总成包括依次连接的转向盘(1)、转向柱(2)、路感电机(3)和路感电机控制器(6)；所述前轮转向总成包括依次连接的转角电机控制器(8)，转角电机(10)，双级减速器(11)，转矩电机控制器(16)，转矩电机(13)，减速器(14)，齿轮齿条机构(15)，前轮(17)；其中，转向盘(1)通过转向杆柱(2)与路感电机(3)及转向盘转角传感器(4)相连接，转向盘力矩传感器(5)安装在转向杆柱(2)上；路感电机控制器(6)安装在路感电机(3)上，并与转向盘力矩传感器(5)相接；齿轮齿条转向器(15)分别与转角电机(10)、转矩电机(13)、双级减速器(11)、减速器(14)相连接，前轮(17)安装在齿轮齿条转向器(15)的两侧；前轮转角传感器(9)安装在前轮(17)上；前轮转角传感器(9)与转矩传感器(12)连接总线，将转角电机控制器(8)及转矩电机控制器(16)的信号输入到总线中，再通过总线传输到鲁棒性控制及补偿单元(18)中；转角电机(10)及双级减速器(11)均与转角电机控制器(8)相连接，转矩电机(13)及减速器(14)均与转矩电机控制器(16)相连接；侧向加速度传感器(20)和横摆角速度传感器(21)均安装在前轮(17)上，侧向加速度传感器(20)和横摆角速度传感器(21)均分别与鲁棒性控制及补偿单元(18)连接；鲁棒性控制及补偿的单元(18)与路感控制器(6)分别与总线相连接，鲁棒性控制及补偿的单元(18)与转矩电机控制器(12)，转角电机控制器(8)，前轮转角传感器(9)，转矩传感器(12，运算控制器(7)，转角电机控制器(8)及转矩电机控制器(16)分别连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统，其特征在于，该系统包括：采集单元、中央控制器、转向盘总成和前轮转向总成；所述采集单元包括：转向盘转角传感器(4)，转向盘力矩传感器(5)，前轮转角传感器(9)，前轮力矩传感器(12)，车速传感器(19)，侧向加速度传感器(20)和横摆角速度传感器(21)；所述中央控制器包括运算控制器(7)、鲁棒性控制及补偿单元(18)；所述鲁棒性控制及补偿单元(18)包括鲁棒性控制单元和补偿控制策略单元；所述转向盘总成包括依次连接的转向盘(1)、转向柱(2)、路感电机(3)和路感电机控制器(6)；所述前轮转向总成包括依次连接的转角电机控制器(8)，转角电机(10)，双级减速器(11)，转矩电机控制器(16)，转矩电机(13)，减速器(14)，齿轮齿条机构(15)，前轮(17)；其中，转向盘(1)通过转向杆柱(2)与路感电机(3)及转向盘转角传感器(4)相连接，转向盘力矩传感器(5)安装在转向杆柱(2)上；路感电机控制器(6)安装在路感电机(3)上，并与转向盘力矩传感器(5)相接；齿轮齿条转向器(15)分别与转角电机(10)、转矩电机(13)、双级减速器(11)、减速器(14)相连接，前轮(17)安装在齿轮齿条转向器(15)的两侧；前轮转角传感器(9)安装在前轮(17)上；前轮转角传感器(9)与转矩传感器(12)连接总线，将转角电机控制器(8)及转矩电机控制器(16)的信号输入到总线中，再通过总线传输到鲁棒性控制及补偿单元(18)中；转角电机(10)及双级减速器(11)均与转角电机控制器(8)相连接，转矩电机(13)及减速器(14)均与转矩电机控制器(16)相连接；侧向加速度传感器(20)和横摆角速度传感器(21)均安装在前轮(17)上，侧向加速度传感器(20)和横摆角速度传感器(21)均分别与鲁棒性控制及补偿单元(18)连接；鲁棒性控制及补偿的单元(18)与路感控制器(6)分别与总线相连接，鲁棒性控制及补偿的单元(18)与转矩电机控制器(12)，转角电机控制器(8)，前轮转角传感器(9)，转矩传感器(12，运算控制器(7)，转角电机控制器(8)及转矩电机控制器(16)分别连接。2.如权利要求1所述基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统的横摆稳定性补偿策略，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：在汽车行驶过程中，通过采集单元采集驾驶员的行为信号，方向盘转角传感器的转角信号δsw1，实际横摆角速度信号ωr，车速信号u，转角电机的转角信号θ，转矩电机的转矩信号并传递给运算控制器；步骤2.1：运算控制器通过驾驶员行为辨识得到反应驾驶员意图的理想转向盘转角δsw；设车辆质心相对于地面坐标系的位置为(X，Y)，车辆纵轴线与X轴的夹角为φ(车辆横摆角)，则X，Y和φ可以通过下式求得：其中，X0，Y0是t＝0时刻车辆的位置；根据预瞄点处的位移误差和汽车当前位置的行驶角误差来决定转向盘转角的输入大小：前视时间Tp的预瞄点处位移误差εy由期望路径的侧向位移Yd、当前时刻车辆质心处的侧向位移Yd和确定；转向盘转角可表示为汽车行驶位移误差与方向误差的加权和与驾驶员操作延迟的乘积：其中：δsw为理想方向盘转角；K1和K2分别为驾驶员对位移误差和方向误差的补偿增益；τd为延迟时间；步骤2.2：运算控制器通过综合横摆角速度增益与侧向加速度增益的影响得到线控转向双电机汽车的理想传动比：其中：Cwr是横摆角速度增益对应的系数，取值范围为3.03-6.25，Cay是侧向加速度增益对应的系数，取值范围0.16-0.22；步骤2.3：运算控制器将实时转向盘δsw代入逆向理想输入模型(5)，获得转角电机输入理想电流i2，并进一步传递给转角电机控制器；其中δf是前轮转角，δsw是转向盘转角...

【专利技术属性】
技术研发人员：王安，赵万忠，陈莉娟，王春燕，张寒，
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