[发明专利]基于回正力矩估计的主动转向理想方向盘转矩设计方法

说明书

本发明公开一种基于回正力矩估计的主动转向理想方向盘转矩设计方法：首先利用传感器得到相关参数，通过整车模型得到汽车的状态参数，输入轮胎模型后求得归一化轮胎侧偏力，将计算结果结合变传动比控制下的前轮转角一起传递给估计器，估计得到回正力矩，然后再通过对汽车行驶状态的判断，设计出此时对应的理想方向盘转矩；本发明在在线估计出实时的回正力矩的基础上，通过汽车在线性范围与非线性范围行驶时前轮回正力矩与前轮转角以及车速间的关系，通过实验数据和驾驶员的转向体验，设计出合理的理想方向盘转矩，力矩的大小可以有效地表征汽车行驶状态，有助于驾驶员通过此力矩的反馈来掌握汽车的运行，以便更有效地操纵汽车。

技术领域

本发明涉及汽车主动转向系统领域，特别是一种基于前轮回正力矩估计的理想方向盘转矩设计方法。

背景技术

转向系统是汽车的关键部件之一，它不仅保证汽车能按驾驶员的意志进行转向行驶，还与汽车操纵稳定性密切相关，现阶段车辆广泛应用的转向系统为电控液压助力转向系统及电动助力转向(EPS)，这些助力转向系统能根据驾驶员的转向操作，借助液压助力系统或者电机助力系统施加可变的转向助力，来减轻驾驶员的转向负担。但是这些动力转向系统只能改变转向力，不能根据汽车在行驶过程中的遇到的不同状况改变传动比，也不能对外界干扰进行稳定性控制。

为了帮助驾驶员更有效地操纵车辆，提高汽车行驶的稳定性，主动前轮转向系统获得了越来越多的关注，主动前轮转向系统通过转向转角的叠加，可根据车速控制转向转动比的大小，实现理想转向传动比，通过系统力特性的控制，实现转向轻便性和转向路感的协调统一；通过对前轮施加附加转角产生附加的横摆力矩，控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角，保持车辆行驶稳定性。由于改变了转向系统的里传递特性，前轮主动转向系统并不能很好地反映出转向时的路感，另一方面，汽车在行驶过程中时常会遭遇各种意外情况，例如路面附着系数的变化，侧向风干扰等，这些外界干扰都会对汽车的行驶稳定性产生巨大的影响，且驾驶员一般无法及时而准确的对此做出修正；此外，轮胎的非线性特性也会对汽车行驶特性产生影响，当汽车运行在非线性范围内时，驾驶员将很难按自己的意志对汽车进行操纵，因此对行驶的安全性能产生危害。

目前在汽车转向稳定性控制中所需要的车辆运行状态并不能完全由传感器直接测量得到，一些状态及参数需要通过估计才能获得，目前使用较多的估计方法有最小二乘法，卡尔曼滤波估计等；卡尔曼滤波是一套适用于计算机实现的实时递推算法，它所处理的对象是随机信号，能够根据系统方程和观测方程对所有需要处理的信号进行最优估计，通过对非线性模型进行泰勒展开，可以得到扩展的卡尔曼滤波估计法，符合汽车状态参数估计的要求。目前结合卡尔曼滤波的利用前轮回正力矩估计理想方向盘转矩设计方法，在本领域并不存在相关报道。

发明内容

针对现有技术中前轮主动转向系统并不能很好地反映出转向时的路感的问题，本发明公开一种基于前轮回正力矩估计的理想方向盘转矩设计方法，在实时估计前轮回正力矩的同时，考虑汽车的运行状态，设计出理想方向盘转矩特性，能够良好的反映路感，帮助驾驶员更有效操纵车辆，本发明是这样实现的：

一种基于前轮回正力矩估计的理想方向盘转矩设计方法，包括以下步骤：

(a)利用传感器得到汽车的方向盘转角θ以及纵向车速V，依据主动转向汽车变传动比公式获得汽车的前轮转角δ；

主动转向汽车变传动比公式为：

式(1)中，K_u为转向不足系数，L为汽车前后轴距，m为整车质量，b为质心到后轴轴距，a为质心到前周轴距，K₁、K₂为前后轮侧偏刚度，K_s范围为0.12-0.371/s；

(b)将获得的汽车的前轮转角δ输入到二自由度整车模型中得到汽车的状态参数横摆角速度ω，质心侧偏角β，以及侧向加速度a_y；

二自由度整车模型为：