[发明专利]电液耦合的线控转向系统及其转角跟踪控制器的设计方法

说明书

本发明公开了电液耦合的线控转向系统及其转角跟踪控制器的设计方法，涉及汽车转向技术领域，包括如下步骤：(1)建立考虑非线性因素的电液转向系统模型；(2)建立系统的状态方程；(3)建立包括线性扩张状态观测器的自适应鲁棒控制器，并采用控制器对线控电液转向系统进行转角跟踪控制。得到目标转角后，通过系统状态方程可得目标控制量，所设计的转角跟踪控制器通过自适应控制平衡参数摄动，通过鲁棒控制削弱系统无法通过建模得到的不确定性因素，通过扩张状态观测器预测非线性因素，进行前馈补偿，使控制量趋近于目标量，实现在非线性因素存在的情况下对系统转角进行精确跟踪，最终使车辆达到目标转角。

技术领域

本发明涉及汽车转向技术领域，具体涉及电液耦合的线控转向系统及其转角跟踪控制器的设计方法。

背景技术

线控转向系统克服了传统转向系统中机械结构的各种限制，可以任意设置转向传动比，是未来车辆转向系统的发展方向。驾驶员仅输入转向盘的转角指令，在保持操纵稳定的条件下，ECU(电子控制单元)根据转向盘输入转角、车辆当前行驶状态等信息，依据有关控制算法确定合理的车轮转角，实现准确的转向。

现有的线控转向系统采用的电机助力的方式，针对商用车的转向系统来说所能提供的转向转矩有限，因此多数应用于前轴载荷较小的乘用车，商用车若要实现线控转向则需要考虑能否提供足够的力矩问题。

液压系统可产生较大的转向助力转矩，因此常用于驱动大型商用车的转向系统。且液压转向技术发展成熟，通过液压泵、换向阀对油液进行流量、方向的调节，性能稳定，操控效果也更为精确。因此考虑结合电动助力与液压助力为商用车实现线控转向，由于电液耦合转向系统中非线性因素会对系统转角跟踪的精确性有影响，需要设计一种位置伺服控制方法达到线控电液转向系统的转角精确跟踪。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对上述技术问题，本发明提供了一种电液耦合的线控转向系统及其转角跟踪控制器的设计方法，它实现在非线性因素存在的情况下对系统转角进行精确跟踪，最终使车辆达到目标转角。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：一种转角跟踪控制器的设计方法，包括如下步骤：

(1)建立考虑非线性因素的电液转向系统模型：

式中，m_r为螺母及其固连部分的质量，r_w为齿扇半径，l₁为转向摇臂长，l₃为转向节臂长，δ为前轮转角，为前轮转角转速，/为前轮转角加速度，c_r为活塞的阻尼系数，C_w为转向系阻尼系数，I_w为前轮及其固连模块绕主销的转动惯量，T_r为转向阻力矩，i_p为转向传动机构力传动比，η为转向传动机构的效率，γ_T为螺杆半径，α_T为螺杆螺旋滚道的导程角，ρ_T为螺杆螺母副换算摩擦角，T_f为转向系统内部摩擦力，T_a为电机力矩，F_h为液压助力，/为非线性量。/

(2)定义x₁＝δ，建立系统的状态方程为：

式中，

其中，d₁非线性跳动量均值，主要包括非线性摩擦等非线性参数，为非线性量与其均值的差；

定义非线性参数：