【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及乘用车线控转向，具体为一种基于高阶全驱理论的线控转向系统自适应转角跟踪策略。
技术介绍
1、现阶段的乘用车辆的转向系统主流是用电机电动助力系统。该系统相对于纯机械转向系统施加了电机驱动力矩，节省了驾驶员的人力，但依旧有方向盘与下转向机的机械耦合。线控转向系统则将机械耦合替换为电线和电控单元，通过电信号实现了角度传感器的采集、处理和发送，真正实现了机械解耦。线控转向系统为无人驾驶技术的落地提供了重要支持，以及助力了车辆的智能网联的发展。同时，由于取消了方向盘和下转向机的机械连接，在一定程度上节省了汽车零部件的设计，为乘客扩展了活动空间，提高驾驶体验和舒适度。
2、针对下转向机的转角跟踪问题，国内外众多研究人员对其跟踪控制策略进行了深入的探索和研究。当前，绝大多数研究者采用pid控制器、滑模控制器或者是二者的变式，如自适应pid控制器、滑模预测控制器等。以上方法是基于常规方法的完善和补充，未能跳出现有的控制策略。本专利技术采用一种全新的控制方法，即高阶全驱转角跟踪控制。本方法是在现有方法之外的一次重要创新。基于高阶全驱方法，我们做了大量尝试和探索，取得了理想的控制效果，在工程实践中有潜在的应用空间。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于高阶全驱理论的线控转向系统自适应转角跟踪策略，以解决上述
技术介绍
中提出的针对下转向机的转角跟踪问题，国内外众多研究人员对其跟踪控制策略进行了深入的探索和研究。当前，绝大多数研究者采用pid控制器、滑模控制器或者是二
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：包括以下步骤：
3、步骤一：根据乘用车辆的线控转向系统，建立线控转向系统的动力学模型，并确定状态变量和控制变量；
4、步骤二：根据步骤一建立的动力学模型设计扩展扰动观测器，用于观测系统内外部不确定性和扰动，补偿到控制器；
5、步骤三：将步骤一的线控转向系统动力学模型转化为全驱系统模型，设计自适应高阶全驱控制器；
6、步骤四：根据李雅普诺夫稳定性方法，验证步骤三设计的高阶全驱控制器的稳定性。
7、优选的，根据牛顿定律，结合线控转向系统特征，建立线控转向系统的动力学模型，模型表达式为：
8、
9、式中，je是等效到小齿轮柱上的转动惯量，be是等效到小齿轮柱上的阻尼系数，小齿轮柱转角位移、角速度和角加速度，d(δp,δp,t)是系统内外部可观测扰动，im是电机减速比，tm是电机扭矩；
10、上式的等效参数展开如下：
11、
12、jc,jgear,jm分别是转向柱、减速齿轮和电机的转动惯量，mrack是横拉杆质量，igc,imc,irc分别是变速箱到转向柱、电机转轴到转向柱和横拉杆到转向柱的减速比，bc,bgear,bm,brack分别是转向柱、减速齿轮、电机和横拉杆的阻尼系数；
13、系统内外部扰动展开为：
14、
15、tf是系统摩擦力，frack f是施加在转向横拉杆上的齿是系统不确定扰动；
16、继续简化为：
17、
18、式中
19、
20、优选的，根据步骤一建立的动力学模型设计扩展扰动观测器，用于观测系统内外部不确定性和扰动，补偿到控制器；
21、扩展扰动观测器的具体设计方法如下：
22、别是的计值，于是，扩展扰动观测器设计微分方程表达式为：
23、
24、式中
25、k1=3ω
26、k2＝3ω2
27、k3＝ω3
28、ω表示调节带宽。
29、优选的，将步骤一的线控转向系统动力学模型转化为全驱系统模型，并设计自适应高阶全驱控制器，具体设计方法如下：
30、由段广仁院士提出的高阶全驱控制方法，有以下追踪控制公式z(n)＝ht(z(0～n-1)，t)θ+l[z(0～n-1)，t]u+q[z(0～n-1)，t]-(x*)(n)
31、其中误差z为追踪误差，z的n阶导数为
32、z(n)＝x(n)＝(x*)(n)
33、于是，控制器输出的高阶公式为：
34、u＝l-1[z(0～n-1)，t][a(0～n-1)z(0～n-1)+q[z(0～n-1)，t]-(x*)(n)]
35、带入二阶线控转向系统模型公式，阶数n＝2得到如下控制器输出：
36、
37、优选的，根据李雅普诺夫稳定性方法，验证步骤三设计的高阶全驱控制器的稳定性；
38、将控制器方程代入系统动力学方程得到：
39、
40、为了使得
41、z(0～1)→0
42、证明：
43、闭环部分可以写成以下状态空间形式：
44、
45、φt(a0～n-1)p(a0～n-1)+p(a0～n-1)φ(a0～n-1)≤-q
46、需要做以下准备来满足控制器设计的要求：
47、对于任意μ＞0,a∈rr×r满足：
48、
49、其中μ＞0,p＞0有以下关系
50、φt(a0～n-1)p(a0～n-1)+p(a0～n-1)φ(a0～n-1)≤-μp(a0～n-1)因此，我们可以构造李雅普诺夫函数v＝(z(0～1))tpz(0～1)
51、对其求导得
52、
53、其中
54、
55、当t趋向无穷时
56、
57、综上可知v≤0，证明了所设计的高阶全驱控制器是稳定的。
58、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
59、1、本专利技术在搭建的线控转向系统模型中考虑了系统内外部的不确定性干扰，并将这些干扰集总，用扩展扰动观测器进行观测并补偿到控制器中，提高了控制系统的准确性和鲁棒性；
60、2、本专利技术同时还使用高阶全驱控制思想，无需状态空间方法“降阶”处理，是真正从“控制”本身而非“状态”考虑的方法，同时高阶全驱系统方法允许更换全部开环系统特性，获得一个线性定常的闭环系统，这在一阶系统方法中难以实现；
61、3、本专利技术提出的高阶全驱方法在设计中具有较高的设计自由度，可以有效加以利用来实现系统的多目标综合优化设计，并且具有很好的控制灵活性，对于某些满足特定条件的非线性项，可以在设计中通过闭环线性部分的稳定鲁棒性来改善，从而达到简化控制器的效果；
62、4、本专利技术实施例是在实验平台测试中得到很好地验证，以一般的正弦工况和双移线工况为例对比了比例积分微分控制器(pid)、滑模控制器(smc)和高阶全驱控制器(hofa)，试验结果表明，本专利技术设计的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高阶全驱理论的线控转向系统自适应转角跟踪策略，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于高阶全驱理论的线控转向系统自适应转角跟踪策略步骤一，其特征在于：根据牛顿定律，结合线控转向系统特征，建立线控转向系统的动力学模型，模型表达式为：
3.根据权利要求1所述的基于高阶全驱理论的线控转向系统自适应转角跟踪策略步骤二，其特征在于：根据步骤一建立的动力学模型设计扩展扰动观测器，用于观测系统内外部不确定性和扰动，补偿到控制器；
4.根据权利要求1所述的基于高阶全驱理论的线控转向系统自适应转角跟踪策略步骤三，其特征在于：将步骤一的线控转向系统动力学模型转化为全驱系统模型，并设计自适应高阶全驱控制器，具体设计方法如下：
5.根据权利要求1所述的基于高阶全驱理论的线控转向系统自适应转角跟踪策略步骤四，其特征在于：根据李雅普诺夫稳定性方法，验证步骤三设计的高阶全驱控制器的稳定性；
【技术特征摘要】
1.一种基于高阶全驱理论的线控转向系统自适应转角跟踪策略，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于高阶全驱理论的线控转向系统自适应转角跟踪策略步骤一，其特征在于：根据牛顿定律，结合线控转向系统特征，建立线控转向系统的动力学模型，模型表达式为：
3.根据权利要求1所述的基于高阶全驱理论的线控转向系统自适应转角跟踪策略步骤二，其特征在于：根据步骤一建立的动力学模型设计扩展扰动观测器，用...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑灵欢，耿争辉，任鑫，姜坤鹏，陈侃，
申请(专利权)人：北京英创汇智汽车技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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