[发明专利]带有传感器信号容错功能的线控转向系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车一种线控转向系统，具体讲是一种带有传感器信号容错功能的线控转向系统及控制方法，属于汽车转向控制领域。

背景技术

转向系统是汽车的关键部件之一，它不仅能保证汽车能按驾驶员的意志进行转向行驶，还关系到汽车的操纵稳定性。如何合理地设计转向系统，使汽车具有更好更稳定的操纵性，始终是设计人员研究的重要课题。在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计变得极为重要。线控转向系统的发展正是迎合了这种客观需求，是继电动助力转向系统后发展起来的新一代转向系统。

汽车线控转向系统形式不同于以往的转向系统，它取消了以往转向系统方向盘到前轮的机械连接，用控制信号控制汽车转向。它主要由方向盘模块、转向执行模块、主控制器、动力电源等组成，由于线控转向系统的运行强烈依赖于传感器信号，其可靠性较传统转向系统大大降低。目前，现有技术中所应用的线控转向系统无法通过传感器配置方式和有效的重构算法能够实现传感器之间的信号互判和解析冗余，其控制系统的可靠性和稳定性相对较差，并影响行车的安全性。此外，现有的车型中大多备有一套冗余的机械系统，其不仅成本昂贵，不适用于经济车型的开发，而且造成不必要的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能提高线控转向系统的可靠性、汽车行驶时的稳定性和安全性的带有传感器信号容错功能的线控转向系统及控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的带有传感器信号容错功能的线控转向系统，包括转向盘总成、方向盘转角传感器、路感电机及减速机构总成、转向电机及减速机构总成、车速传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、前轮转角传感器、齿轮齿条转向器、路感控制单元、转向控制单元和容错控制单元；

所述转向盘总成连接路感电机及其减速机构总成，方向盘转角传感器分别与路感控制单元和转向控制单元连接；所述路感控制单元连接并控制路感电机及其减速机构；

所述转向电机及减速机构总成与齿轮齿条转向器连接，齿轮齿条转向器上安装前轮；所述前轮上安装前轮转角传感器，前轮转角传感器连接容错控制单元；所述转向控制单元连接转向电机及其减速机构；

所述侧向加速传感器、横摆角速度传感器均与容错控制单元连接；所述车速传感器分别与路感控制单元和转向控制单元相连；

所述容错控制单元分别与路感控制单元和转向控制单元相连，所述容错控制单元将侧向加速信号、横摆角速度信号传输到路感控制单元，将前轮转角信号传输到转向控制单元；所述转向控制单元将转向控制信号同时传输到容错控制单元、转向电机及其减速机构。

本发明还提供了上述带有传感器信号容错功能的线控转向系统的控制方法，包括以下步骤：

1)、建立转向模块与整车数学模型，求取鲁棒控制器：

式中，δ为前轮转角；v为纵向车速；β为质心侧偏角；ω为横摆角速度；a_y是汽车侧向加速度；L为汽车前后轴距；m为整车质量；b为质心到后轴轴距；a为质心到前轴轴距；K₁、K₂为前后轮侧偏刚度；I_z为整车绕z轴转动惯量；J_R、B_R为齿轮齿条系统的等效转动惯量与阻尼；G为齿轮齿条转向器传动比；K_z为电机转矩系数；i_z为电机减速器减速比；I为电机电流；

令系统状态为系统控制输入u＝I、v＝[1,0,0,0]x、G(s)为由δ到v的传递函数，ω＝δ^*，z1和z2为被调输出，W1、W2为相对应的加权函数，z＝[z1；z2]，P(s)为广义受控对象，y为测量输出，K为控制器，设计如下的鲁棒控制系统：

选择z的H₂范数作为目标函数求取鲁棒控制系统的控制器K；

2)、转向控制单元通过方向盘转角传感器、车速传感器采集到方向盘转角θ以及车速信号v，根据变传动比规律(4)得到汽车该时刻的理想前轮转角δ：

式中，i为转向系统传动比；θ为转向盘转角；K_u为转向不足系数，计算如式(5)；K_s为行驶角系数，范围为0.12-0.37 1/s：