[发明专利]一种无人驾驶汽车线控转向系统的故障观测器的设计方法

说明书

本发明涉及自动驾驶技术领域，特别是涉及一种无人驾驶汽车线控转向系统的故障观测器的设计方法及其故障观测器。故障观测器的设计方法包括如下步骤：S1：建立无人驾驶汽车的线控转向系统的数学模型。S2：基于数学模型建立存在传感器故障和执行器故障的线控转向系统的状态空间方程。S3：将上步骤的状态空间方程分别降阶为只包含传感器故障的第一子状态空间方程，以及只包含执行器故障的第二子状态空间方程，从而得到子系统一和子系统二。S4：分别为子系统一设计的一个自适应滑模观测器，以及为子系统二设计的一个未知输入观测器。本发明解决了传统技术无法同步监测和估计转向电机的转角传感器故障和输出电压执行器故障的问题。

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，特别是涉及一种无人驾驶汽车线控转向系统的故障观测器的设计方法，以及基于该方法设计出的一种故障观测器。

背景技术

汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，传统汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性；使得汽车转向系统的性能进一步发展。

线控转向系统采用信号控制，因而相较于传统的机械转向系统要复杂得多，对控制精度的要求也更高。线控转向系统在运行过程中可能发生故障，任何故障都可能会对车辆的运行安全造成挑战。转向电机是车辆线控转向系统的核心部件，转向电机在运行过程中最常见的故障类型是转角传感器故障和输出电压执行器故障。为了避免或及时消除线控转向系统故障带来的隐患，需要首先对线控转向系统中存在的故障进行实时监测和估计。但是，现有的技术中还没有用于同步观测转向电机转角传感器故障和执行器故障的故障观测器。传统的故障观测方法是基于独立的信号分别对电机转角传感器和执行器的输出电压进行分别观测，通过这种方法获得的估计值可能会与真实值之间存在偏差，这不利用车辆的安全控制。

发明内容

基于传统技术无法同步监测和估计转向电机的转角传感器故障和输出电压执行器故障的问题，有必要设计一种无人驾驶汽车线控转向系统的故障观测器。

一种无人驾驶汽车线控转向系统的故障观测器的设计方法，故障观测器的设计方法包括如下步骤：

S1：建立无人驾驶汽车的线控转向系统的数学模型。

S2：基于数学模型建立存在传感器故障和执行器故障的线控转向系统的状态空间方程。

S3：将上步骤的状态空间方程分别降阶为只包含传感器故障的第一子状态空间方程，以及只包含执行器故障的第二子状态空间方程，从而得到子系统一和子系统二。

S4：分别为子系统一和子系统二建立故障观测器；故障观测器包括为子系统一设计的一个自适应滑模观测器，以及为子系统二设计的一个未知输入观测器。故障观测器用于同步对无人驾驶汽车线控转向系统中转向电机的转角传感器故障和执行器故障进行监测和估计。

作为本发明进一步的改进，步骤S1中，建立的无人驾驶汽车的线控转向系统的数学模型如下：

其中，

u＝U，d＝T_r，