一种主动后轮转向的快速控制原型实现方法技术

一种主动后轮转向的快速控制原型实现方法，属于转向控制系统领域。其特征在于，包括转向盘转角传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、纵向加速度传感器、工控机、接线端子板、显示器和转向电机，根据建立的后轮主动转向快速控制原型，实时采集与输出数据，实现后轮主动转向的控制，验证控制算法的正确性，实现控制器的快速开发，降低了开发成本、率缩短了开发周期、提高了开发效。本发明专利技术应用于后轮采用轮毂电机驱动的电动汽车上，能够提高车辆的转向稳定性，改善车辆系统的动态性能，并能在前轮转向失效情况下保证车辆的操纵稳定性，另外，通过控制轮毂电机的转速实现后轮的辅助转向。

【技术实现步骤摘要】
一种主动后轮转向的快速控制原型实现方法
本专利技术涉及一种主动后轮转向的快速控制原型实现方法，属于转向控制系统领域。
技术介绍
随着现代汽车技术的发展，越来越多的汽车走进家庭，交通事故频繁发生，人们对汽车的转向操纵性能和行驶稳定性的要求日益提高。汽车转向系统的好坏直接影响着汽车的操纵稳定性，如何设计高效的转向系统逐渐成为汽车研究以及设计的热点之一。主动后轮转向系统相对于传统的前轮转向系统，可以有效地提高汽车低速转向时的机动性和高速转向时的操纵稳定性，改善车辆的动态性能。目前，对主动后轮转向系统的研究一般采用数值仿真、台架试验、样车试验的方式进行，开发周期长，成本高。随着嵌入式计算机技术、实时仿真的发展，快速控制原型技术得到了迅猛发展。快速控制原型是在系统开发的初期阶段，通过快速地建立控制对象和控制器的模型，并对整个系统进行多次离线和在线的测试来验证控制方案的可行性，实现于产品研发的算法设计阶段与具体实现阶段之间。要实现主动后轮转向的快速开发，就需要有集成良好、便于使用的建模与设计、离线仿真、实时开发及测试工具。快速控制原型就是利用某种手段将工程师开发的算法下载到某个计算机硬件平台中，该计算机硬件平台在实时条件下运行模拟控制器，通过实际I/O设备与被控对象实物连接，验证算法的可靠性和准确度，可以将算法开发的错误及不当之处消除于设计初期，不仅提高了研发速度，还降低了研发成本。
技术实现思路
本专利技术的各个方面致力于提供一种主动后轮转向的快速控制原型实现方法，适用于模拟控制系统软件、调试产品级系统，尤其适用于后轮主动转向控制器的开发。一种主动后轮转向的快速控制装置，其特征在于，包括后轮主动转向系统、工控机(14)、接线端子板(15)、显示器(16)；所述后轮主动转向系统包括转向盘(1)、转向轴(2)、前轮转向执行机构(3)、后轮转向执行机构(4)、后轮转向电机(5)、轮毂电机(6)、转向盘转角传感器(7)、横摆角速度传感器(8)、侧向加速度传感器(9)、后轮转向电机位移传感器(10)、轮速传感器(11)、后轮转向电机控制器(12)、轮毂电机控制器(13)；转向盘转角传感器(7)、横摆角速度传感器(8)、侧向加速度传感器(9)、后轮转向电机位移传感器(10)、轮速传感器(11)、后轮转向电机控制器(12)、轮毂电机控制器(13)通过信号线与接线端子板(15)连接，用于信号的输入与输出，后轮转向电机(5)与后轮转向执行机构(4)连接，后轮转向电机(5)通过信号线与后轮转向电机控制器(12)连接，轮毂电机控制器(13)通过信号线与轮毂电机(6)连接，所述显示器(16)与工控机(14)通过串口线连接，实现串口通信，用于显示工控机运行的结果，工控机(14)与接线端子板(15)通过串口线连接，其扩展槽中内嵌数据采集卡(21)。一种主动后轮转向的快速控制原型实现方法，其特征在于：转向盘转角传感器(7)采集转向盘转角δ，进而转化为前轮转角δf，后轮转向电机位移传感器(10)采集后轮转角δr，轮速传感器(11)采集车轮的轮速，经换算得到当前的车速u，驾驶员操纵转向盘(1)，根据δf，δr是否变化切换转向模式：当δf不变化，前轮转向系统失效，即前轮转角处于一个非零转角的工况下，为后轮转向模式，运用车辆横向运动控制计算当前使车辆运行在理想的车道上所需要的后轮转角，运用模型预测控制理论跟踪后轮转角，使误差最小化，以保证行驶至所需的路径或者停止到一个安全的地方；当δf，δr均发生变化时，为主动后轮转向模式，根据δf，δr，u计算出理想的横摆角速度ωr，横摆角速度传感器(8)采集实际的横摆角速度ω，利用鲁棒控制理论对横摆角速度的差值Δω(Δω＝ω-ωr)进行控制，输出一个附加的后轮转角δsr反馈给汽车，从而实现对后轮主动转向汽车横摆角速度的控制。1、本专利技术应用于后轮采用轮毂电机驱动的电动汽车上，能够提高车辆的转向稳定性，改善车辆系统的动态性能，并能在前轮转向失效情况下保证车辆的操纵稳定性。2、本专利技术能够快速验证主动后轮转向控制算法与策略的正确性与可行性，能够使设计的错误与缺陷在产品开发前解决，降低了开发成本，提高了开发效率，缩短了开发周期。3、本专利技术可以通过使用MATLAB/Simulink等相关软件转化为C代码移植到真实控制器中，降低了控制器开发难度与成本，提高了开发速度。附图说明图1一种主动后轮转向的快速控制原型实现方法的结构示意图。具体实施方式下面参考附图详细描述本专利技术的示例性实施例。如图1所示，一种主动后轮转向的快速控制原型实现方法的结构示意图。首先，对主动后轮转向系统进行动力学分析，建立其数学模型，根据已建立的数学模型，在工控机(14)中MATLAB/Simulink软件平台建立控制器模型(18)、后轮主动转向系统的车辆动力学模型(17)、输入信号处理模块(19)、输出信号处理模块(20)。利用仿真工具对主动后轮转向系统进行离线数字仿真验证控制器的有效性。其次，转向盘转角传感器(7)、横摆角速度传感器(8)、侧向加速度传感器(9)、后轮转向电机位移传感器(10)、轮速传感器(11)、后轮转向电机控制器(12)、轮毂电机控制器(13)直接连接接线端子板(15)，为输入信号；接线端子板(15)经后轮转向电机控制器(12)与后轮转向电机(5)连接，接线端子板(15)经轮毂电机控制器(13)与轮毂电机(6)连接，为输出信号；工控机(14)与显示器(16)串口线连接，用于监视运行结果。其中的输入信号均是模拟量，输出信号均是数字量。最后，运行MATLAB/Simulink软件平台，控制器模型(18)接收输入信号，进行数据处理后再输出信号给上述被控对象，实现闭环控制。具体步骤如下：1)建立相应的数学模型和控制方法。转向盘转角传感器(7)采集转向盘转角δ，进而转化为前轮转角δf，后轮转向电机位移传感器(10)采集后轮转角δr，轮速传感器(11)采集车轮的轮速，经换算得到当前的车速u，驾驶员操纵转向盘(1)，根据δf，δr是否变化切换转向模式，当δf不变化，前轮转向系统失效，即前轮转角处于一个非零转角的工况下，为后轮转向模式，运用车辆横向运动控制计算当前使车辆运行在理想的车道上所需要的后轮转角，运用模型预测控制理论跟踪后轮转角，使误差最小化，以保证行驶至所需的路径或者停止到一个安全的地方；当δf，δr均发生变化时，为主动后轮转向模式，理想参考模型根据δf，δr，u计算出理想的横摆角速度ωr，横摆角速度传感器(8)采集实际的横摆角速度ω，利用鲁棒控制理论对横摆角速度的差值Δω(Δω＝ω-ωr)进行控制，输出一个附加的后轮转角δsr反馈给汽车，从而实现对后轮主动转向汽车横摆角速度的控制，达到横摆角速度可以很好地对理想参考模型进行跟踪的目的，提高汽车的操纵稳定性。2)数据采集卡(21)插到工控机(14)的卡槽中，同时与MTALAB/Simulink软件进行配置，通过实时数据端口相连，创建软件系统和数据采集板卡(21)之间的实时通讯环境；接线端子板(15)和数据采集卡(21)通过电缆连接；3)在主机中建立MATLAB/Simulink模型，进行纯数字仿真，分析并验证模型和控制方法的正确性；4)根据图1，连接显示器(16)、工控机(14)、转向盘转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主动后轮转向的快速控制装置，其特征在于，包括后轮主动转向系统、工控机(14)、接线端子板(15)、显示器(16)；所述后轮主动转向系统包括转向盘(1)、转向轴(2)、前轮转向执行机构(3)、后轮转向执行机构(4)、后轮转向电机(5)、轮毂电机(6)、转向盘转角传感器(7)、横摆角速度传感器(8)、侧向加速度传感器(9)、后轮转向电机位移传感器(10)、轮速传感器(11)、后轮转向电机控制器(12)、轮毂电机控制器(13)；转向盘转角传感器(7)、横摆角速度传感器(8)、侧向加速度传感器(9)、后轮转向电机位移传感器(10)、轮速传感器(11)、后轮转向电机控制器(12)、轮毂电机控制器(13)通过信号线与接线端子板(15)连接，用于信号的输入与输出，后轮转向电机(5)与后轮转向执行机构(4)连接，后轮转向电机(5)通过信号线与后轮转向电机控制器(12)连接，轮毂电机控制器(13)通过信号线与轮毂电机(6)连接，所述显示器(16)与工控机(14)通过串口线连接，实现串口通信，用于显示工控机运行的结果，工控机(14)与接线端子板(15)通过串口线连接，其扩展槽中内嵌数据采集卡(21)。

【技术特征摘要】
1.一种主动后轮转向的快速控制装置，其特征在于，包括后轮主动转向系统、工控机(14)、接线端子板(15)、显示器(16)；所述后轮主动转向系统包括转向盘(1)、转向轴(2)、前轮转向执行机构(3)、后轮转向执行机构(4)、后轮转向电机(5)、轮毂电机(6)、转向盘转角传感器(7)、横摆角速度传感器(8)、侧向加速度传感器(9)、后轮转向电机位移传感器(10)、轮速传感器(11)、后轮转向电机控制器(12)、轮毂电机控制器(13)；转向盘转角传感器(7)、横摆角速度传感器(8)、侧向加速度传感器(9)、后轮转向电机位移传感器(10)、轮速传感器(11)、后轮转向电机控制器(12)、轮毂电机控制器(13)通过信号线与接线端子板(15)连接，用于信号的输入与输出，后轮转向电机(5)与后轮转向执行机构(4)连接，后轮转向电机(5)通过信号线与后轮转向电机控制器(12)连接，轮毂电机控制器(13)通过信号线与轮毂电机(6)连接，所述显示器(16)与工控机(14)通过串口线连接，实现串...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯能莲，陈龙科，米磊，王军，张春强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11