[发明专利]一种处理状态不等式约束的线控转向系统建模控制方法

权利要求书

1.一种可处理状态不等式约束的线控转向系统建模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立线控转向系统动力学模型；

S2、基于该系统实际工作过程中所受状态不等式约束的限制，构建一一映射的转换函数；

S3、利用转换函数将系统中受状态不等式约束的状态变量转换为新的“自由”状态变量，得到变量转换后的动力学方程；

S4、针对转换后的动力学方程和性能约束，建立基于Udwadia-Kalaba理论的控制器控制该系统的运行。

2.根据权利要求1所述的一种可处理状态不等式约束的线控转向系统建模控制方法，其特征在于：所述S1中的构建线控转向系统动力学模型为：

其中，J_eq表示系统等效转动惯量，B_eq表示系统等效粘性摩擦系数，表示转向系统的库伦摩擦力，F_s表示库仑摩擦系数，τ_e表示前轮转向回正力矩，r表示转换参数，N₁和N₂分别表示齿条和齿轮变速箱的齿数，r_g表示转向电机的连接比例，τ_dis表示总的脉动干扰，表示驱动转向电机的转动力矩控制输入，δ_f表示前轮转向角，表示δ_f的一阶导数，表示δ_f的二阶导数；

系统等效转动惯量J_eq由转向马达的转动惯量J_fw和转向前轮的转动惯量J_sm等效得到，具体等效关系如下：

系统等效粘性摩擦系数B_eq由转向马达的粘性摩擦系数B_fw和转向前轮的粘性摩擦系数B_sm等效得到，具体等效关系如下：

系统总的脉冲扰动主要由第六转矩谐波τ_sm6和第十二转矩谐波τ_sm12组成，表达式如下：

前轮转向回正力矩τ_e是汽车转向几何参数的函数表达式，当汽车轮胎侧倾角α_f小于5°时，可简化表达如下：

τ_e＝-(l_c+l_p)C_fα_f (5)

其中，l_c表示前轮机械拖距，l_p表示前轮轮胎拖距，C_f表示前轮轮胎侧偏刚度。

3.根据权利要求1所述的一种可处理状态不等式约束的线控转向系统建模控制方法，其特征在于，所述S2中基于线控转向系统实际工作过程中前轮转向角δ_f所受的状态不等式约束限制，构建一一映射的转换函数：

δ_fmin＜δ_f＜δ_fmax (6)

基于正切函数的函数特性，建立以下一般形式的转换函数I：

y＝tan(k₀δ_f+k₁)+k₂ (7)

转换函数I中的三个参数k₀、k₁和k₂由前轮转向角实际所受状态不等式约束式(6)两边界δ_fmin和δ_fmax决定

tan(k₀*0+k₁)+k₂＝0 (10)

结合方程公式(8)、(9)和公式(10)，解出三个参数的值：

k₂＝-tan k₁ (13)

结合方程公式(7)、(11)、(12)和公式(13)，最终整理后转换函数II为：