[发明专利]一种双电机智能线控转向系统及其控制方法

权利要求书

1.一种双电机智能线控转向系统的控制方法，所述双电机智能线控转向系统包括转向盘模块、车速传感器、变传动比模块和转向执行模块；

所述转向盘模块包括转向盘、转向柱、转向盘转角传感器、路感电机和路感电机减速器；

所述转向柱上端和转向盘固连；

所述路感电机的输出轴通过路感电机减速器和转向柱下端相连，用于经转向柱向转向盘传递路感；

所述转向盘转角传感器设置在转向柱上，用于获得转向盘转角信号，并将其传递给所述变传动比模块；

所述车速传感器用于获取车辆的车速信号，并将其传递给所述变传动比模块；

所述变传动比模块用于根据获得的转向盘转角信号、车速信号计算出转向电机参考角度信号，并将其传递给转向执行模块；

所述转向执行模块包括转向电机A、减速器A、角度传感器A、电流传感器A、小齿轮A、角度控制器A、电流控制器A、转向电机B、减速器B、角度传感器B、电流传感器B、小齿轮B、角度控制器B、电流控制器B、齿条和转向横拉杆；

所述转向电机A通过减速器A和小齿轮A的转轴相连，转向电机B通过减速器B和小齿轮B的转轴相连，转向电机A、转向电机B型号相同，小齿轮A、小齿轮B的型号相同，减速器A、减速器B的型号相同；

所述角度传感器A、电流传感器A均设置在转向电机A中，分别用于获取转向电机A的角度信号、电流信号；

所述角度传感器B、电流传感器B均设置在转向电机B中，分别用于获取转向电机B的角度信号、电流信号；

所述角度控制器A用于控制转向电机A的角度，所述电流控制器A用于控制转向电机A的电流；

所述角度控制器B用于控制转向电机B的角度，所述电流控制器B用于控制转向电机B的电流；

所述小齿轮A、小齿轮B均和所述齿条啮合；所述齿条固定在所述转向横拉杆上；所述转向横拉杆的两端分别和汽车的两个驱动轮对应相连；

角度控制器A包括角度跟踪控制器A、角度同步控制器A；角度控制器B包括角度跟踪控制器B、角度同步控制器B；所述角度跟踪控制器A、角度同步控制器A、角度跟踪控制器B、角度同步控制器B均采用超螺旋二阶滑模控制器，电流控制器A、电流控制器B均采用H_∞/H₂控制器；

令角度传感器A获取的转向电机A的角度信号为θ₁，角度传感器B获取的转向电机B的角度信号为θ₂，变传动比模块计算的转向电机参考角度信号为θ_d，则所述角度跟踪控制器A根据θ_d和θ₁的差值进行控制，所述角度同步控制器A根据θ₁和平均角度信号θ_m的差值进行控制，θ_m＝(θ₁+θ₂)/2；

令角度跟踪控制器A的输出电流为I_A1，角度同步控制器A的输出电流为I_A2，根据I_A1、I_A2计算电流控制器A的参考电流I_A：I_A＝I_A1+I_A2；

所述电流控制器A根据参考电流I_A和电流传感器A获取的转向电机A的电流信号i₁的差值进行控制，得到转向电机A的输入电压U_A，从而驱动转向电机A转动；

所述角度跟踪控制器B根据θ_d和θ₂的差值进行控制，所述角度同步控制器B根据θ₂和平均角度信号θ_m的差值进行控制；

令角度跟踪控制器B的输出电流为I_B1，角度同步控制器B的输出电流为I_B2，根据I_B1、I_B2计算电流控制器B的参考电流I_B：I_B＝I_B1+I_B2；

所述电流控制器B根据参考电流I_B和电流传感器B获取的转向电机B的电流信号i₂的差值进行控制，得到转向电机B的输入电压U_B，从而驱动转向电机B转动；

其特征在于，所述角度跟踪控制器A的建立方法如下：

步骤4.1)，建立转向电机A的动力学模型：

式中，T₁为转向电机A的电磁转矩；ω₁为转向电机A的角速度；i₁为转向电机A的电流；T_L1为转向电机A的负载转矩；K_t为转向电机A转矩系数；J为转向电机A的转动惯量；B为转向电机A黏滞摩擦系数；

步骤4.2)，对转向电机A的角度求解一阶和二阶微分：

将上式带入转向电机A的动力学模型，得到：

步骤4.3)，取θ_d和θ₁的偏差量作为控制变量，定义角度跟踪控制器A的控制变量e_1,d：

e_1,d＝θ_d-θ₁；

接着对e_1,d求解一阶微分得到：

步骤4.4)，定义超螺旋二阶滑模控制器的滑模面函数s₁为：

式中，c₁为大于0的常数；

对滑模面函数s₁求解一阶微分得到：

将带入上式得到：

步骤4.5)，定义超螺旋二阶滑模角度跟踪控制器A的全局控制律u_1,d＝u_eq1+u_st1，其中，u_eq1为等效控制项，u_st1为超螺旋控制项；

等效控制项u_eq1的表达式通过求解得到：

超螺旋控制项u_st1的表达式为：

式中，λ₁、γ₁均为大于0的常数，sign为符号函数；

步骤4.6)，超螺旋二阶滑模角度跟踪控制器A的控制输出I_A1的表达式为：

2.根据权利要求1所述的双电机智能线控转向系统的控制方法，其特征在于，所述角度同步控制器A的建立步骤如下：

步骤5.1)，定义转向电机A的角度偏差e_1,m为：

步骤5.2)，定义超螺旋二阶滑模控制的滑模面函数s₂为：

式中，c₂为大于0的常数；

对滑模面函数s₂求解一阶微分：将θ_m＝(θ₁+θ₂)/2代入其中，得到

步骤5.3)，定义超螺旋二阶滑模角度同步控制器A的全局控制律u_1,m＝u_eq2+u_st2，式中：

等效控制项u_eq2通过将代入并且求解得到：

超螺旋控制项u_st2的表达式为：

步骤5.4)，超螺旋二阶滑模角度同步控制器A的控制输出I_A2的表达式为：