[发明专利]带有传感器信号容错功能的线控转向系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种带有信号容错功能的线控转向系统及控制方法，属于汽车转向控制领域。在行驶过程中，通过采集前轮转角、横摆角速度、侧向加速度以及转向电机电流联合探测诊断传感器故障情况，如果传感器发生故障，则通过其他传感器信号估计补偿得到，控制汽车转向。通过实时探测诊断传感器故障情况，在发生故障时能够在线进行信号重构，补偿故障信号，作为信号输入，对驾驶员的转向指令做出准确的响应，对转向电机进行鲁棒控制，提高线控转向系统的可靠性和汽车行驶时的稳定性和安全性。

主权项

一种带有传感器信号容错功能的线控转向系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)、建立转向模块与整车数学模型，求取鲁棒控制器：δ·δ··β·ω·=0100KtJRG2-BRJR-KtJRG2-KtaJRG2v-K1mv0K1+K2mv(aK1-bK2mv2-1)-aK1Iz0aK1-bK2Iza2K1+b2K2Izvδδ·βω+0KzigJRG00I---(1)]]>ay=aK1-bK2mvω+K1+K2mβ-K1mδ---(2)]]>式中，δ为前轮转角；v为纵向车速；β为质心侧偏角；ω为横摆角速度；ay是汽车侧向加速度；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；Iz为整车绕z轴转动惯量；JR、BR为齿轮齿条系统的等效转动惯量与阻尼；G为齿轮齿条转向器传动比；Kz为电机转矩系数；iz为电机减速器减速比；I为电机电流；令系统状态为系统控制输入u＝I、v＝[1，0，0，0]x、G(s)为由δ到v的传递函数，ω＝δ*，z1和z2为被调输出，W1、W2为相对应的加权函数，z＝[z1；z2]，P(s)为广义受控对象，y为测量输出，K为控制器，设计如下的鲁棒控制系统：z1z2y=P(s)0W1W2-G(s)W2I-G(s)δ*I,u=Ky---(3)]]>选择z的H2范数作为目标函数求取鲁棒控制系统的控制器K；2)、转向控制单元通过方向盘转角传感器、车速传感器采集到方向盘转角θ以及车速信号v，根据变传动比规律(4)得到汽车该时刻的理想前轮转角δ：i=θδ=vKs(L+Kuv2)---(4)]]>式中，i为转向系统传动比；θ为转向盘转角；Ku为转向不足系数，计算如式(5)；Ks为行驶角系数，范围为0.12‑0.37 1/s：Ku=m(bK2-aK1)K1K2L---(5)]]>将前轮转角传感器采集实时前轮转角信号，与求得的理想前轮转角δ做差，通过鲁棒控制器求得转向电机电流，输入到转向及减速机构总成，控制汽车转向；3)、容错控制单元采集转向电机电流信号I、前轮转角信号δ、横摆角速度信号ω、侧向加速度信号ay：通过无迹卡尔曼滤波算法，由转向电机电流和横摆角速度估计得到前轮转角信号δ1，估计模型为：δ·δ··β·=010KtJRG2-BRJR-KtJRG2-K1mv0K1+K2mvδδ·β+00KzigJRG-KtaJRGv0(aK1-bK2mv2-1)Iω---(6)]]>由转向电机电流和侧向加速度估计得到前轮转角信号δ2，估计模型为：δ·δ··β·=010-KtJRG2(bK2aK1-bK2)-BRJRKtJRG2((a+b)K2aK1-bK2)-K1vaK1-bK20(K1+K2)vaK1-bK2δδ·β+00KzigJRG-amKt(aK1-bK2)JRG201v-mvaK1-bK2Iay---(7)]]>通过δ、δ1、δ2相互做差判断故障源，|δ‑δ1|＞Δ时，s1设为1，否则为0；|δ1‑δ2|＞Δ，s2设为1，否则为0；|δ‑δ2|＞Δ，s3设为1，否则为0；标志向量S＝[s1，s2，s3]，通过标志值判断传感器是否发生故障，若S＝[0，0，0]，所有传感器正常；若S＝[0，1，1]，侧向加速度传感器故障；若S＝[1，0，1]，前轮转角传感器故障；若S＝[1，1，0]，横摆角速度传感器故障；当前轮转角传感器故障时，通过式(7)使用侧向加速度信号和转向电机电流来重构故障信号；当横摆角速度传感器故障时，通过式(2)和(7)使用侧向加速度信号和转向电机电流来重构故障信号；当侧向加速度传感器故障时，通过式(2)和(6)使用横摆角速度信号和转向电机电流来重构故障信号。