一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力矩及輪胎側(cè)向力估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)向力矩預(yù)估計(jì)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力矩及輪胎側(cè)向力估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向發(fā)展的三十年來，電機(jī)輸出助力的大小均是根據(jù)駕駛員輸入助力 的大小決定，這樣對汽車操縱穩(wěn)定性與行駛安全性非常不利，特別是在某些惡劣工況下。為 了改進(jìn)汽車的操縱穩(wěn)定性與行駛安全性，如果能提前預(yù)知地面附著情況及輪胎磨損情況， 及時(shí)地修正轉(zhuǎn)向力大小及轉(zhuǎn)向角度，改善過度轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)向不足，對汽車行車安全將有大大 的提高。而提前預(yù)知地面附著情況及輪胎磨損情況，需對汽車轉(zhuǎn)向力矩及輪胎的側(cè)向力進(jìn) 行預(yù)估計(jì)。
[0003] 在過去的二十年中，汽車側(cè)向動(dòng)力學(xué)得到了很大的發(fā)展。汽車的轉(zhuǎn)向力矩和側(cè)向 力對汽車的行駛穩(wěn)定性起到了關(guān)鍵性的作用，在轉(zhuǎn)向和主動(dòng)安全系統(tǒng)里，汽車側(cè)向力估計(jì) 值越精確，汽車行駛的安全系數(shù)就越高。然而，現(xiàn)代商業(yè)汽車上還沒有裝備能夠準(zhǔn)確測量汽 車側(cè)向力的儀器，主要原因在于不能很好地克服技術(shù)與成本之間的關(guān)系，從而導(dǎo)致汽車側(cè) 向力只能采用估計(jì)的方法進(jìn)行估值。從現(xiàn)有文獻(xiàn)中看出，目前側(cè)向力的估計(jì)多是采用輪胎 模型進(jìn)行估計(jì)，如魔術(shù)公式、Fila輪胎模型、DugofT輪胎模型等。采用所述的輪胎模型進(jìn)行 估計(jì)的存在一定的缺點(diǎn)和不足，具體是：（1)過多依賴于地面摩擦系數(shù)的實(shí)時(shí)檢測；(2)高 度非線性，導(dǎo)致估計(jì)的不準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷（不足），提供一種估計(jì)結(jié)果精 確度高的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力矩及輪胎側(cè)向力估計(jì)方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力矩及輪胎側(cè)向力估計(jì)方法，包括如下步驟：
[0007] SI.采集車輛各車輪的縱向力和側(cè)向力，根據(jù)車輛的七自由度模型，建立基于各個(gè) 輪胎旋轉(zhuǎn)中心以及質(zhì)心的橫擺力矩；
[0008] S2.利用干擾觀測器對各輪胎旋轉(zhuǎn)中心的橫擺力矩進(jìn)行計(jì)算得到各輪胎旋轉(zhuǎn)中心 的側(cè)向力矩估計(jì)值；
[0009] S3.采用最小二乘法估計(jì)前后輪胎的側(cè)向力之和；
[0010] S4.利用經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法分別計(jì)算前后輪的側(cè)向力；
[0011] S5.將前后輪的側(cè)向力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向力矩并輸出至助力電機(jī)中。
[0012] 上述方案中，步驟Sl中各個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)中心以及質(zhì)心的橫擺力矩的具體計(jì)算方式 如下：
[0013] 質(zhì)心的橫擺力矩：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力矩及輪胎側(cè)向力估計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟： si.采集車輛各車輪的縱向力和側(cè)向力，根據(jù)車輛的七自由度模型，建立基于各個(gè)輪胎 旋轉(zhuǎn)中心以及質(zhì)心的橫擺力矩；
52. 利用干擾觀測器對各輪胎旋轉(zhuǎn)中心的橫擺力矩進(jìn)行計(jì)算得到各輪胎旋轉(zhuǎn)中心的側(cè) 向力矩估計(jì)值；
53. 采用最小二乘法估計(jì)前后輪胎的側(cè)向力之和；
54. 利用經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法分別計(jì)算前后輪的側(cè)向力；
55. 將前后輪的側(cè)向力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向力矩并輸出至助力電機(jī)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力矩及輪胎側(cè)向力估計(jì)方法，其特征在于，步 驟Sl中各個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)中心以及質(zhì)心的橫擺力矩的具體計(jì)算方式如下： 質(zhì)心的橫擺力矩：
其中，Y為橫擺角速度，戶表示橫擺角加速度，e為前后輪輪距，δ為前輪轉(zhuǎn)角，fl、fr、 rl、rr分別表示左前、右前、左后、右后，X和y分別表示縱向和側(cè)向，lf、L分別為整車質(zhì)心 至前、后軸的距離，F(xiàn)xfi為左前輪的縱向力，F(xiàn)xft為右前輪的縱向力，F(xiàn)xlr為左后輪的縱向力， Fm為右后輪的縱向力，F(xiàn)yfl為左前輪的側(cè)向力，F(xiàn)yfr右前輪的側(cè)向力，F(xiàn) yrl為左后輪的側(cè)向 力，F(xiàn)yrr為右后輪的側(cè)向力T x。表示質(zhì)心縱向力矩，T y。表示質(zhì)心側(cè)向力矩； m為整車質(zhì)量，ax為車體縱向加速度，a y為車體側(cè)向加速度，M &為各旋轉(zhuǎn)中心的橫擺力 矩，i = 1，2, 3, 4分別表示車輛左后輪、左前輪、右前輪、右后輪； Iz為整車?yán)@鉛垂軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；T Mi、Tytji為各旋轉(zhuǎn)中心縱向與側(cè)向的橫擺力矩，i = 1，2, 3, 4分別表示車輛左后輪、左前輪、右前輪、右后輪。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力矩及輪胎側(cè)向力估計(jì)方法，其特征在于，步 驟S2的具體計(jì)算過程如下：
進(jìn)行拉普拉斯轉(zhuǎn)換得到IzS Y (S) = Txo (S)+Tyo (S) ; (2) 進(jìn)行低通濾波得到
進(jìn)一步變換得到
其中，泠)為Y拉普拉斯變換估計(jì)值，Tx。作為干擾觀測器的輸入值，ξ。為輪胎側(cè)向力 矩的初始值，f = 7-f為橫擺角速度的測量值與估計(jì)值之差； 將上述公式（3)式減去公式（2)式得如下方程：
得到各旋轉(zhuǎn)中心的側(cè)向力矩估計(jì)值：
其中，t為Ty。拉普拉斯變換估計(jì)值，& = Γν。-?。為側(cè)向力矩測量值與估計(jì)值之差，Kp、 I、Kd為PID控制器增益。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力矩及輪胎側(cè)向力估計(jì)方法，其特征在于，步 驟S3的具體估計(jì)過程如下：
通過使用最小二乘方法，找到一個(gè)矢量P滿足
其中^表示縱向 力，F(xiàn)y表示側(cè)向力，+ ξ為橫擺力矩估計(jì)的誤差值，得到： 6 g為側(cè)向力矩估計(jì)值； 其中，A為Fy的估計(jì)值； 1) 針對參考點(diǎn)〇, 〇為質(zhì)心 Ty0^i (F yfi+Fyfr) lfcos δ -Ir (Fyrl+Fyrr) 2) 針對參考點(diǎn)01，01為左后輪旋轉(zhuǎn)中心 Tyol^i (Fyfl+Fyfr) (If+Ir) COS 5 3) 針對參考點(diǎn)02, 02為左前輪旋轉(zhuǎn)中心 Tyo2^ ~(Fyri+Fyrr) (lf+lr) 4) 針對參考點(diǎn)03, 03為右前輪旋轉(zhuǎn)中心 TyoS^i ~(Fyri+Fyrr) (lf+lr) 5) 針對參考點(diǎn)04, 04為右后輪旋轉(zhuǎn)中心 Ty0P O^yflC0S 3 將上式進(jìn)行合并，得到如下方程：
從而得到：
表示前輪側(cè)向力估計(jì)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力矩及輪胎側(cè)向力估計(jì)方法，其特征在于，步 驟S4的具體計(jì)算過程如下： 休捉盡向士的十/1、按hk仿il4V配前輪側(cè)向士
其中λ為不同側(cè)向加速度下左右垂向力分配系數(shù)，z表示垂向力，F(xiàn)zfl、Fzfr、Fzrl、 Fzrr、分別表示左前輪、右前輪、左后輪、右后輪的垂向力，左前輪、右前輪、左后輪、右后輪 的垂向力根據(jù)車輛固有參數(shù)獲取。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶的轉(zhuǎn)向力矩預(yù)估計(jì)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，更具體地，涉及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力矩及輪胎側(cè)向力估計(jì)方法。其包括如下步驟： S1.采集車輛的縱向力和側(cè)向力，根據(jù)車輛的七自由度模型，建立基于各個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)中心以及質(zhì)心的橫擺力矩；S2.利用干擾觀測器對各輪胎旋轉(zhuǎn)中心的橫擺力矩進(jìn)行計(jì)算得到各輪胎旋轉(zhuǎn)中心的側(cè)向力矩估計(jì)值；S3.采用最小二乘法估計(jì)前后輪胎的側(cè)向力之和；S4.利用經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法分別計(jì)算前后輪的側(cè)向力；S5.將前后輪的側(cè)向力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向力矩并輸出至助力電機(jī)中。本發(fā)明無需使用復(fù)雜的非線性輪胎模型，估計(jì)結(jié)果精確較高，也不需要實(shí)時(shí)檢測地面摩擦系數(shù)，對于環(huán)境的適應(yīng)性更高。
【IPC分類】B62D5-04
【公開號】CN104527775
【申請?zhí)枴緾N201410799242
【發(fā)明人】高明, 姚常瓦, 趙斌
【申請人】株洲易力達(dá)機(jī)電有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月20日