[发明专利]基于回正力矩估计的主动转向理想方向盘转矩设计方法

摘要

本发明公开一种基于回正力矩估计的主动转向理想方向盘转矩设计方法：首先利用传感器得到相关参数，通过整车模型得到汽车的状态参数，输入轮胎模型后求得归一化轮胎侧偏力，将计算结果结合变传动比控制下的前轮转角一起传递给估计器，估计得到回正力矩，然后再通过对汽车行驶状态的判断，设计出此时对应的理想方向盘转矩；本发明在在线估计出实时的回正力矩的基础上，通过汽车在线性范围与非线性范围行驶时前轮回正力矩与前轮转角以及车速间的关系，通过实验数据和驾驶员的转向体验，设计出合理的理想方向盘转矩，力矩的大小可以有效地表征汽车行驶状态，有助于驾驶员通过此力矩的反馈来掌握汽车的运行，以便更有效地操纵汽车。

主权项

1.一种基于前轮回正力矩估计的理想方向盘转矩设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)利用传感器得到汽车的方向盘转角θ以及纵向车速V，依据主动转向汽车变传动比公式获得汽车的前轮转角δ；主动转向汽车变传动比公式为：式(1)中，Ku为转向不足系数，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，Ks范围为0.12‑0.371/s；(b)将获得的汽车的前轮转角δ输入到二自由度整车模型中得到汽车的状态参数横摆角速度ω，质心侧偏角β，以及侧向加速度ay；二自由度整车模型为：式(2)中，Iz为汽车绕z轴的转动惯量；(c)根据公式：获得汽车状态参数ω、β，再依据doguff轮胎模型，求得轮胎归一化侧向力Fy0；doguff轮胎模型为：式(6)中，Kx、Ky分别为轮胎的纵滑和侧偏刚度，α为轮胎侧偏角；(d)利用求得的4个轮胎的归一化侧向力根据侧向动力学模型，通过扩展卡尔曼滤波估计结合前轮变传动比控制策略设计出的估计器估计出四轮对应的路面附着系数，继而得到F_yf；侧向动力学模型：式(7)中，为4个轮胎的归一化侧向力；μ₁、μ₂、μ₃、μ₄为四轮对应的路面附着系数；由前轮侧向力Fyf计算得到前轮回正力矩Mz：式(8)中，n_s为主销拖距，a为轮胎拖距，F_z为前轮载荷，D_k为主销内移量，为主销内倾角；(e)将前轮转角δ、纵向车速v、侧向加速度ay以及前轮回正力矩Mz带入到方向盘理想转矩模块，得到汽车在行驶状态下的理想方向盘转矩：式(9)中，G为主动转向机构齿轮齿条传动比，Mzmax为侧向加速度为4m/s2时的前轮回正力矩，Ev为车速系数；步骤(d)所述扩展卡尔曼滤波估计法的具体步骤如下：2.1建立系统状态模型：式(10)中，x(t)为状态变量；u(t)为控制变量；w(t)为系统噪声向量；y(t)为量测输出；v(t)为量测噪声；2.2将模型线性化，式(11)中，F(t),H(t)为非线性函数f(x(t),u(t),w(t))、h(x(t),v(t))对状态x(t)求偏导的雅克比矩阵；Φ(t)为状态转移矩阵；Δt为采样时间；2.3进行滤波估计，估计流程如下：预测模块：校正模块：然后通过扩展卡尔曼滤波结合前轮变传动比控制策略，在线更新数据，得到实时的回正力矩参数。