【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆的路面附着系数估计，特别是基于转向系统共振频率的路面附着系数的估计方法。
技术介绍
电控助力转向，其充分利用了电机转矩可精确观测和快速可控的特点，是汽车电控技术的一个重要发展方向。其转向助力电机的精确信息可以作为其他状态估计的重要信息来源，其应用有待进一步发掘。作为整车重要的环境状态—路面附着系数：是指轮胎与地面间作用的纵向力、侧向力的合力与垂向力的比值。精确估计路面附着系数是车辆稳定性控制的可靠前提。目前国内外对于路面峰值附着系数实时估算方法已经进行了大量研究，这些方法可以分为基于原因的方法和基于效果的方法两类。前种方法是利用超声波传感器等来检测路面状况来估算路面附着系数，该种方法需要外加昂贵的传感器，并且对于环境的依赖程度较高。后种方法则是直接利用车辆与轮胎的动力学特性来估计路面附着系数，例如用μ-s曲线斜率(附着系数与滑移率曲线)或者μ-α曲线斜率(附着系数与轮胎侧偏角曲线)估算路面附着系数的方法。该类方法由于需要准确的轮胎力和滑移率或侧偏角估计值，所以对信号噪声和稳态误差的要求比较高，也就是需要车轮发生较大滑转或者大的侧向滑动时才能较好的估计，而且目前该类方法均采用稳态轮胎模型，不适用于瞬态工况。
技术实现思路
为了解决现有用μ-s曲线斜率、μ-α曲线斜率等估算路面附着系数的方法不适用于小滑移率、小侧偏角工况，且对方向盘转角噪声和稳态误差灵敏度高的缺点，本专利技术提出一种新型...
【技术保护点】
一种基于转向系统共振频率的路面附着系数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先建立轮胎回正刚度与转向系统共振频率之间的关系，为：f0≈12πGskαJd---(20)]]>式中f0为转向系统共振频率，kα为轮胎回正刚度，Gs为转向系统传动比，Jd为前轮及转向机构等效到转向管柱的转动惯量；2)然后利用公式(22)、(23)、(24)，计算得到f0：f0=di2-ci22π---(22)]]>ci=ln(Re(λi)2+Im(λi)2)2ΔT---(23)]]>di=-12ΔTIm(λi)Re(λi)---(24)]]>其中，ΔT为采样时间，Re、Im分别表示数学计算中的实部和虚部；λi是在整车控制器获取实时的方向盘轮速信号ω和电机的电流信号iq，利用MATLAB软件输出二阶系统模型传递函数的系数a1，a2，a3的基础上，利用如公式(21)的传递函数计算得到的解中的任何一个解，i＝1或2：G(λi)＝a1λi2+a2λi+a3 (21)3)在任意时刻，将利用公式(20...
【技术特征摘要】
1.一种基于转向系统共振频率的路面附着系数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)首先建立轮胎回正刚度与转向系统共振频率之间的关系，为：
f 0 ≈ 1 2 πG s k α J d - - - ( 20 ) ]]>式中f0为转向系统共振频率，kα为轮胎回正刚度，Gs为转向系统传动比，Jd为前轮及转向
机构等效到转向管柱的转动惯量；
2)然后利用公式(22)、(23)、(24)，计算得到f0：
f 0 = d i 2 - c i 2 2 π - - - ( 22 ) ]]> c i = l n ( Re ( λ i ) 2 + Im ( λ i ) 2 ) 2 Δ T - - - ( 23 ) ]]> d i = - 1 2 Δ T Im ( λ i ) Re ( λ i ) - - - ( 24 ) ]]>其中，ΔT为采样时间，Re、Im分别表示数学计算中的实部和虚部；
λi是在整车控制器获取实时的方向盘轮速信号ω和电机的电流信号iq，利用MATLAB软
件输出二阶系统模型传递函数的系数a1，a2，a3的基础上，利用如公式(21)的传递函数计算
得到的解中的任何一个解，i＝1或2：
G(λi)＝a1λi2+a2λi+a3(21)
3)在任意时刻，将利用公式(20)得到的轮胎回正刚度kα，代入公式(25)中计算得到路面
附着系数μmax(t)：
μ m a x ( t ) = a μ m a x k α ( t ) + b μ m a x - - - ( 25 ) ]]>式中的系数根据实验数据采用数据拟合的方法得到。
2.根据权利要求1所述的基于转向系统共振频率的路面附着系数估计方法，其特征在
于，在建立轮胎回转刚度与带有转向电机的转向系统共振频率的关系时，按照如下方法实
现：
1)首先分别建立线控转向系统模型、稳态轮胎回正力矩模型、瞬态轮胎回正力矩模型、
简化电机模型：
2)然后假设电机转矩由两部分组成，分为恒定部分与高频部分，如下所示：
Tm＝T0+T1sin(2πf·t)(5)
式中T0表示恒定转矩；T1sin(2πf·t)表示高频转矩，其中T1为转矩振幅，f为高频转矩
的频率，t是表示某一时刻；
3)将公式(5)带入到线控转向系统模型中，转向模型可表示为：
T h + G m ( T 0 + T 1 s i n ( 2 π f · t ) ) - T α D G s = B d θ · d + J d θ ·· d - - - ( 6 ) ]]>其中，Th为驾驶员在方向盘上输入的力矩，Gm为蜗轮蜗杆机构传动比，TαD为轮胎瞬态回
正力矩，Gs为转向系统传动比，Bd为前轮与转向机构等效到转向管柱的阻尼系数，为
转向管柱转角θd的一阶和二阶导数，Jd为前轮及转向机构等效到转向管柱的转动惯量；
对公式(6)两端同时对时间求导，得到公式(7)：
G m ( 2 π f ) T 1 c o s ( 2 π f · t ) - T · α D G s = B d θ ·· d + J d θ ··· d - - - ( 7 ) ]]>再将公式(7)乘以时间常数τ，然后与公式(6)求和得公式(8)：
T h + G m T 0 + G m T 1 [ ( 2 π f τ ) c o s ( 2 π f · t ) + s i n ( 2 π f · t ) ] - τ T · α D G s - T α D G s = B d θ · d + ( τB d + J d ) θ ·· d + τJ d θ ··· d - - - ( 8 ) ]]>结合稳态轮胎回正力矩模型和瞬态轮胎回正力矩模型、三角函数公式，公式(8)简化为
公式(9)：
T h + G m T 0 + aG m T 1 sin ( 2 π f · t + φ ) - k α α G s = B d θ · d + ( τB d + J d ) θ ·· d + τJ d θ ··· d a = 1 + ( 2 π f τ ) 2 , φ = arctan ( 2 π f τ ) - - - ( 9 ) ]]>式中aT1为合并后高频信号的振幅，φ为合并后高频信号的初始相位，α为轮胎侧偏角；
对公式(9)两边求导，表示为公式(10)：
2 πfaG m T 1 c o s ( 2 π f · t + φ ) - k α α · G S = B d θ ·· d + ( τB d + J d ) θ ··· d + τJ d θ ···· d - - - ( 10 ) ]]>对轮胎侧偏角α的定义式两侧求导可得：
α · = - θ · d G s + v · y + a ω · r v x - - - ( 11 ) ]]>式中，vx和vy分别为车辆质心处纵向和横向速度，ωr为车身横摆角速度，a为前轴到质
心的距离；
假设车辆纵向匀速，车辆接近于稳态转向，且侧向速度和横摆角速度均较小，车辆的侧
向加速度和横摆角加速度相比车轮的转向角加速度可以忽略，公式(10)进一步
简化为公式(12)：
2 πfaG m T 1 c o s ( 2 π f · t + φ ) = k α θ · d G s 2 + B d θ ·· d + ( τB d + J d ) θ ··· d + τJ d θ ···· d - - - ( 12 ) ]]>令：
T2＝T1cos(2πf·t+φ)(13)
公式(12)表示为公式(14)：
2 πfaG m T 2 = k α θ · d G s 2 + B d θ ·· d + ( τB d + J d ) θ ··· d + τJ d θ ···· d - - - ( 14 ) ]]>令并对公式(14)两端作拉普拉斯变换，得到公式(15)：
2 πfaG m T 2 ( λ ) = [ k α G s 2 + B d λ + ( τB d + J d ) ...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗禹贡，陈龙，李克强，边明远，张东好，秦兆博，张书玮，解来卿，王建强，连小珉，郑四发，杨殿阁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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