一种电动卡车线控转向系统及其网络不确定控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电动卡车线控转向系统及其网络不确定控制方法，该系统包括：主控制电动助力模块、从控制电动助力模块、路感电机模块、转向盘、上转向管柱、下转向管柱、齿轮齿条转向器、车轮、第一转角传感器、第二转角传感器、转向域控制器、车载CAN网络；本发明专利技术通过主从式控制器和执行机构的设计，融合了转角跟踪、转矩跟踪以及电流跟踪之间各自的优势，在满足电动卡车转向响应需求、功率需求的同时，增强了系统在随机网络时滞下的鲁棒性与容错性能。

An electric truck steer by wire system and its network uncertainty control method

【技术实现步骤摘要】
一种电动卡车线控转向系统及其网络不确定控制方法
本专利技术属于汽车底盘系统
，尤其涉及一种电动卡车线控转向系统及其网络不确定控制方法。
技术介绍
随着当前世界能源形势的日趋严峻以及各国环保法规的逐步增强，纯电动卡车凭借其节能环保的优势，已然转变成未来货运商用车发展的一个重要方向。例如特斯拉此前发布的电动卡车TeslaSemi，续航里程可达到800公里，有效满足了中短途货运需求。相比传统卡车转向系统，为实现高级别辅助驾驶功能并保证功能安全，纯电动卡车所采用的线控转向系统具有更多的传感器、执行器以及控制单元。受实际车载网络带宽的限制，日益增多的信号传递会诱发下层节点在接收目标信号时出现随机网络时滞。随机网络时滞会降低控制系统的瞬态性能甚至破坏控制系统的稳定性，从而使得系统在跟踪连续变化的目标信号时容易振荡。因此，如何在设计控制策略时将随机网络时滞对于系统的影响考虑在内，是提高电动卡车线控转向系统鲁棒性和稳定性的关键问题。由于鲁棒控制与不确定系统理论间的紧密联系，因此鲁棒控制被广泛应用于时滞系统的控制算法设计。例如：中国专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动卡车线控转向系统，其特征在于，该系统包括：主控制电动助力模块、从控制电动助力模块、路感电机模块、转向盘、上转向管柱、下转向管柱、齿轮齿条转向器、车轮、第一转角传感器、第二转角传感器、转向域控制器、车载CAN网络；/n所述的转向盘通过花键连接上转向管柱的力矩输入端，在转向盘与上转向管柱之间安装有第一转角传感器，上转向管柱的下端安装路感电机模块；所述上转向管柱与下转向管柱之间无机械连接，二者之间在垂直方向留有间隙，第二转角传感器安装在下转向管柱的输入端，下转向管柱的输出端与齿轮齿条转向器相连，所述的主控制电动助力模块及从控制电动助力模块安装于齿轮齿条转向器的齿条上，齿条末端与车轮相连；...

【技术特征摘要】
1.一种电动卡车线控转向系统，其特征在于，该系统包括：主控制电动助力模块、从控制电动助力模块、路感电机模块、转向盘、上转向管柱、下转向管柱、齿轮齿条转向器、车轮、第一转角传感器、第二转角传感器、转向域控制器、车载CAN网络；
所述的转向盘通过花键连接上转向管柱的力矩输入端，在转向盘与上转向管柱之间安装有第一转角传感器，上转向管柱的下端安装路感电机模块；所述上转向管柱与下转向管柱之间无机械连接，二者之间在垂直方向留有间隙，第二转角传感器安装在下转向管柱的输入端，下转向管柱的输出端与齿轮齿条转向器相连，所述的主控制电动助力模块及从控制电动助力模块安装于齿轮齿条转向器的齿条上，齿条末端与车轮相连；
所述的路感电机模块包括：路感控制器、第一电机、第一减速机构；第一电机输出端与第一减速机构的输入端相连，力矩经过第一减速机构减速增矩后，传递至上转向管柱；路感控制器控制第一电机的转速；路感控制器根据转向域控制器发出的目标转矩信号，模拟路面转矩；第一转角传感器通过车载CAN网络向转向域控制器发送驾驶员转角需求；转向域控制器将所述驾驶员转角需求转换成目标转矩信号，通过车载CAN网络发送到主控制电动助力模块；
所述的主控制电动助力模块包括：主控制器、第二电机、第二减速机构；第二电机输出端与第二减速机构的输入端相连，力矩经过第二减速机构减速增矩后，传递至齿轮齿条转向器；主控制器根据转向域控制器发出的需求转矩计算得到此时的目标电流，并进行电流分配，向从控制电动助力模块发送目标电流；
所述的从控制电动助力模块包括：从控制器、第三电机、第三减速机构；第三电机输出端与第三减速机构的输入端相连，力矩经过第三减速机构减速增矩后，传递至齿轮齿条转向器；
所述的主控制器根据转向域控制器、车载CAN网络动态来比对第一转角传感器、第二转角传感器的值，实现对于驾驶员驾驶意图的跟踪实现。


2.根据权利要求1所述的电动卡车线控转向系统，其特征在于，所述第一、第二及第三电机均采用永磁同步电机。


3.根据权利要求1所述的电动卡车线控转向系统，其特征在于，所述第一、第二及第三减速机构均采用蜗轮蜗杆减速机构。


4.根据权利要求1所述的电动卡车线控转向系统，其特征在于，所述从控制器包括电流采集电路，实现对第三电机当前电流信号的采集。


5.一种电动卡车线控转向系统的网络不确定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：建立包含随机网络时滞的电动卡车轨迹跟踪线性误差动力学模型；
步骤2)：建立随机网络时滞对于上述动力学模型轨迹跟踪性能和稳定性的评价体系，构建自适应预测模型；
步骤3)：构建时变矩阵多胞形随机网络时滞不确定性项表示方法，提出多胞形时滞不确定系统自适应模型预测控制算法。


6.根据权利要求5所述的电动卡车线控转向系统的网络不确定控制方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：
11)建立包含随机网络时滞电动卡车轨迹跟踪线性误差动力学模型为：









式中，uf为包含随机网络时滞前轮转角的控制量，x、y分别为车辆纵向、横向位移，分别为车辆纵向、横向速度，分别为车辆横摆角和横摆角速度；

为状态量在参考点处的值，ufr为控制量参考值；






其中，









12)连续模型离散化：
对在地面固定坐标系OXY下的电动卡车轨迹跟踪线性误差动力学模型进行离散化，如下式：



式中，



其中，Ts为采样时间，L-1为拉普拉斯反变换，s为拉普拉斯算子；
13)对系统模型进行增广：
建立包含步骤11)中所建立的包含随机网络时滞电动卡车轨迹跟踪线性误差动力学模型状态量和控制量的新状态量，如下式：



可得离散理想轨迹跟踪系统状态空间表达式如下式：

【专利技术属性】
技术研发人员：赵万忠，栾众楷，周小川，
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