基于扩张状态量对轮胎回正力矩进行估计的方法技术

本发明专利技术基于扩张状态量对轮胎回正力矩进行估计的方法，涉及车辆线控转向系统技术领域。本发明专利技术的技术方案，具体包括如下步骤：1.建立齿条机构动力学模型；2.构建扩张状态量；3.构建三阶非线性扩张状态观测器；4.设定扩张状态观测器参数；5获得轮胎回正力矩。本发明专利技术是一种基于扩张状态的轮胎回正力矩估计方法，所构建的三阶扩张状态观测器对于系统模型不确定性、系统非线性和测量扰动具有一定的鲁棒性，实现对轮胎回正力矩的在线估计，仿真实验得到的结果验证扩张状态观测器算法的可行性和轮胎回正力矩估值的准确性。本方法较之直接测量和模型计算具有成本低、模型误差小、工作范围宽、容易实现等优势。更适于工程应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术，涉及车辆线控转向系统
。本专利技术的技术方案，具体包括如下步骤：1.建立齿条机构动力学模型；2.构建扩张状态量；3.构建三阶非线性扩张状态观测器；4.设定扩张状态观测器参数；5获得轮胎回正力矩。本专利技术是一种基于扩张状态的轮胎回正力矩估计方法，所构建的三阶扩张状态观测器对于系统模型不确定性、系统非线性和测量扰动具有一定的鲁棒性，实现对轮胎回正力矩的在线估计，仿真实验得到的结果验证扩张状态观测器算法的可行性和轮胎回正力矩估值的准确性。本方法较之直接测量和模型计算具有成本低、模型误差小、工作范围宽、容易实现等优势。更适于工程应用。【专利说明】
本专利技术涉及车辆线控转向系统
，具体指一种。
技术介绍
近年来，随着汽车电子技术的发展，线控转向技术成为汽车转向系统的发展方向之一。在线控转向技术的实现过程中，轮胎回正力矩的获取是关键技术之一。车辆轮胎回正力矩的获取大致可分为三种方法:直接测量、模型计算和间接估计。直接测量是利用安装在轮胎主销等位置的扭矩传感器，实时测量轮胎的回正力矩。这种方法的优点是能够直接获得轮胎回正力矩的实时信息；缺点是:1)传感器安装较困难；2)增加了成本；3)传感器信号无法直接用于控制。模型计算是根据对轮胎回正力矩的力学分析推导出轮胎回正力矩的模型，而后利用模型根据已知量进行轮胎回正力矩的计算。该方法的优点是物理概念清晰，表达式较为简单，控制器易于设计；缺点是多数力学模型属于稳态力学模型，无法体现出车辆在运动过程中由于车轮载荷的变化而引起的转向回正力矩的变化，且轮胎与车辆模型为降低复杂度进行了简化，因而计算结果主要适用于轮胎线性工作范围，工程应用价值有限。间接估计是利用现有的车辆信息通过某种算法对轮胎回正力矩进行估计。这种方法从系统的角度出发，通常将转向机构看作一个二阶机械系统，把轮胎回正力矩作用于转向机构的力(称为回正力)作为状态量，基于现代控制理论设计状态观测器(如卡尔曼滤波状态观测器，龙贝格状态观测器)对回正力进行估计，再用回正力乘以机构传动比来得到轮胎回正力矩。该方法的优点是无需安装专门的传感器，成本低，实现容易；同时轮胎回正力矩的估值直接来自转向系统，可全面反映车辆运动轮胎回正力矩的变化，适用于整个轮胎工作范围，避免了轮胎回正力矩模型带来的计算误差和只适用于轮胎线性工作范围的问题，更适于工程应用。间接估计较之直接测量和模型计算具有成本低、模型误差小、工作范围宽、容易实现等优势，其缺点是目前采用的线性状态观测器对系统模型的准确性依赖度较大，在实际应用过程中存在控制器匹配难度大，适应性差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足和缺失，提出一种基于扩张状态的轮胎回正力矩估计方法，即基于扩张状态观测器理论，将轮胎回正力矩作用于齿轮齿条机构的回正力扩张为新的状态量，进而构建扩张状态观测器对其进行观测，以实现对轮胎回正力矩的估计。本专利技术的技术方案为:一种基于扩张状态的轮胎回正力矩估计方法，具体包括如下步骤:1.建立齿条机构动力学模型；2.构建扩张状态量；3.构建三阶非线性扩张状态观测器；4.设定扩张状态观测器参数；5获得轮胎回正力矩。所述步骤1.根据附图1所示的转向机构动力学模型基础上，建立齿条机构动力学方程式:【权利要求】1.一种，其特征是，包括如下步骤: A.建立齿条机构动力学模型； B.构建扩张状态量； C.构建三阶非线性扩张状态观测器； D.设定扩张状态观测器参数； E.获得轮胎回正力矩。2.如权利要求1所述的，其特征是，所述步骤A.建立齿条机构动力学模型，根据牛顿力学定律，基于转向机构动力学模型，建立齿条机构动力学模型方程式: 3.如权利要求1所述的，其特征是，所述步骤B.构建扩张状态量: 基于齿条机构动力学模型方程式: 4.如权利要求1所述的，其特征是，所述步骤C.构建三阶非线性扩张状态观测器: 根据扩张状态观测器原理，对于方程式(4)所描述的非线性系统，构建一个三阶非线性扩张状态观测器，对状态量Xl、X2及扩张状态量X3进行观测，扩张状态观测器的方程式如下: 5.如权利要求1所述的，其特征是，所述步骤D.设定扩张状态观测器参数，以转向器小齿轮输入转矩和齿条位移为扩张状态观测器的输入量，对齿条回正 力进行估计。6.如权利要求1所述的，其特征是，所述步骤Ε.获得轮胎回正力矩，将齿条回正力估值乘以转向传动机构传动比: 其中，齿条回正力估值计算如下: 怂3 M 轮胎回正力祀ia = Fa.i 其中Ta为轮胎回正力矩，i为转向传动机构传动比。7.如权利要求4所述的，其特征是，所述C.构建三阶非线性扩张状态观测器，还包括: 分析扩张状态观测器的收敛性，设定方程式(4)中的w(t) =w0, Wtl为常数，则方程式(4)和方程式(5)的误差方程式如下:【文档编号】G06F17/50GK103886142SQ201410084162【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2013年12月30日 【专利技术者】李一染 申请人:上海师范大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于扩张状态量对轮胎回正力矩进行估计的方法，其特征是，包括如下步骤：A.建立齿条机构动力学模型；B.构建扩张状态量；C.构建三阶非线性扩张状态观测器；D.设定扩张状态观测器参数；E.获得轮胎回正力矩。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李一染，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31