汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽車的動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的預(yù) 測(cè)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)W其節(jié)能環(huán)保，易于裝配，占用空間小，易于控制的特點(diǎn)， 已逐漸成為汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可W在汽車轉(zhuǎn)向過程中，根據(jù)車 速的變化提供不同的助力，從而提高汽車操縱的穩(wěn)定性，其中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是電動(dòng)助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制性能的好壞，直接關(guān)系到汽車的操縱性和安 全性。2012年，譚光興，宋場(chǎng)，吳列軍，寧勝花在2012年《計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制》20卷第7期 第1796-1799頁(yè)發(fā)表論文"基于整車動(dòng)力學(xué)模型的EPS預(yù)測(cè)控制策略仿真研究"，將廣義預(yù) 測(cè)控制算法引入到了汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中，使得電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)對(duì)未來的 控制情況有了預(yù)見性，能夠根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)規(guī)劃未來的控制輸入。然而其所采用的廣義預(yù)測(cè) 控制參考軌跡仍舊是在恒值控制中所采用的參考軌跡形式，不適應(yīng)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控 制中目標(biāo)助力電流快速多變的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決現(xiàn)有汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制方法不適用于目標(biāo)助力電流快速 多變的應(yīng)用環(huán)境的不足，本發(fā)明提供一種汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制方法，使廣義 預(yù)測(cè)控制算法更適應(yīng)于轉(zhuǎn)向柱助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)快速多變的應(yīng)用環(huán)境。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制方法，通過電樞電流預(yù)測(cè)控制和轉(zhuǎn)向桿位移預(yù) 測(cè)控制兩個(gè)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)；電樞電流環(huán)負(fù)責(zé)電樞電流跟隨助力特性曲線期望的參考電流， W實(shí)現(xiàn)對(duì)助力力矩的精確控制；轉(zhuǎn)向桿位移環(huán)負(fù)責(zé)實(shí)際的轉(zhuǎn)向桿位移跟隨期望的轉(zhuǎn)向桿位 移，W實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪轉(zhuǎn)向角的精確控制。
[0006] 上述汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制方法，具體包括步驟如下：
[0007] 步驟1、采集整車車速V、駕駛員輸入力矩Td、方向盤轉(zhuǎn)角0S、助力電機(jī)電樞電流I。 W及轉(zhuǎn)向桿位移Xf;
[0008] 步驟2、根據(jù)采集到的整車車速V和駕駛員輸入力矩Td，通過查找模糊助力特性曲 線得到助力電機(jī)目標(biāo)電樞電流Im;根據(jù)采集到駕駛員輸入力矩Td和方向盤轉(zhuǎn)角ΘS，通過轉(zhuǎn) 向桿位移估計(jì)公式得到理想的轉(zhuǎn)向桿位移X?;
[0009] 步驟3、用電流傳感器采集助力電機(jī)的實(shí)際電樞電流I。，結(jié)合步驟2得到的助力電 機(jī)目標(biāo)電樞電流Im，通過參考軌跡設(shè)定算法設(shè)定理想的助力電流參考軌跡序列Γ;用轉(zhuǎn)向 桿位移傳感器采集轉(zhuǎn)向桿的位移量Xf，結(jié)合步驟2得到的理想的轉(zhuǎn)向桿位移X"，通過參考 軌跡設(shè)定算法設(shè)定理想的轉(zhuǎn)向桿位移的參考軌跡序列:
[0010] 步驟4、確定CARIM模型，并根據(jù)確定的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的CARIM模型得到未 來的控制序列技和未來電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電樞電流輸出序列萬與未來轉(zhuǎn)向桿位移輸出序 列支;的關(guān)系；
[0011] 步驟5、采用最小方差最優(yōu)化法對(duì)理想的助力電流參考軌跡序列與未來電動(dòng)助 力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電樞電流輸出序列4進(jìn)行電流預(yù)測(cè)滾動(dòng)優(yōu)化，同時(shí)采用最小方差最優(yōu)化法對(duì)理 想的轉(zhuǎn)向桿位移的參考軌跡序列^與未來電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向桿位移輸出序列進(jìn) 行轉(zhuǎn)向桿位移預(yù)測(cè)滾動(dòng)優(yōu)化，使得系統(tǒng)的未來輸出序列與理想的參考軌跡序列趨近，使得 未來的控制序列巧最優(yōu)化；
[0012] 步驟6、將最優(yōu)的未來的控制序列巧的第一項(xiàng)，即當(dāng)前時(shí)刻最優(yōu)的控制量施加到實(shí) 際的被控對(duì)象電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力電動(dòng)機(jī)上，驅(qū)動(dòng)助力電動(dòng)機(jī)為駕駛員轉(zhuǎn)向提供助力。
[0013] 步驟2中，轉(zhuǎn)向桿位移估計(jì)公式如下：
[0014]
[001引式中，Xrm為理想的轉(zhuǎn)向桿位移，rp為轉(zhuǎn)向齒輪半徑，Θ歷方向盤轉(zhuǎn)角，Td為駕駛 員輸入力矩，氏為扭矩傳感器的剛度系數(shù)。
[0016] 步驟3中，參考軌跡設(shè)定算法設(shè)定參考軌跡不是恒定值，參考軌跡向量為：
Ni為預(yù)測(cè)時(shí)域長(zhǎng)度；參考軌跡確定方法如下：
[0017]yr化+1) =YrGO+uGO
[0018] 參考軌跡未來的設(shè)定值ω并不是一個(gè)恒定量，其變化趨勢(shì)恒定，其未來的設(shè)定值 遞推序列如下：
[0019]ω化+1) = 3Χω化)-3Χω化-1) +ω化-2)
[0020] 其中，控制參考軌跡y^k+1)趨近于變化的設(shè)定值ω化+1)的參考軌跡控制量 U化)，采用增量式數(shù)字PID的形式確定，其公式如下：
[0021]U似=U化-1) +ΔU化）
[0022] ΔU化）=kpX[e(k)-e化-1) ]+kiXe(k)+kdX[e(k) -2Xe化-1)+e化-2)]
[0023]其中kp，ki，kd為PID參數(shù)；
[0024] e化+1) =ω化+l)-yr化+1)
[00巧]=ω化）+Δω(k)-Yr(k)-u化）
[0026] =e化)+Δω似-u化）
[0027] 控制要求|e化+1)I《|e化）I;
[0028] 未來變化速率相同的設(shè)定值序列：
[0029] ω化+1) =ω化)+e(k)= 2ω化)-ω化-1)
[0030] 未來變化趨勢(shì)相同的設(shè)定值序列
[0031] e化+1) =e(k) +(e(k)-e化-1)) = 2Xe(k)-e化-1)
[0032]ω(k+1) =ω化)+e(k+1) = 3ω(k)-3ω(k_l) +ω化-2)
[0033] 未來變化的設(shè)定值要求限制其變化范圍在當(dāng)前設(shè)定值為中屯、的一個(gè)可允許的變 化范圍內(nèi)I ω化+Ν)-ω化）I《Gm。、，為允許的最大變化范圍。
[0034] 步驟3中，通過參考軌跡設(shè)定算法設(shè)定理想的助力電流參考軌跡序列r的具體過 程如下：
[003引 If化+1) = Ir(k)+Ui(k)
[0036] 參考軌跡未來的設(shè)定值Im并不是一個(gè)恒定量，其變化趨勢(shì)恒定，其未來的設(shè)定值 遞推序列如下：
[0037] Im化+1) = 3 X Im似-3 X Im化-1) +Im化-2)
[0038] 其中，控制參考軌跡If化+1)趨近于變化的設(shè)定值Im化+1)的參考軌跡控制量 Ui化)，采用增量式數(shù)字PID的形式確定，其公式如下：
[0039] Ui化）=Ui化-1)+ ΔUi化）
[0040] ΔUi化）=kpX [e;化)-e;化-1)] +kiX e;化)+kdX [e;似-2X e;化-1)+e;化-2)]
[0041]其中kp，ki，kd為PID參數(shù)；
[004引ei(k+l) = Im化+1)-Ir(k+1)
[0043] =Im(k) +ΔIm(k)-If(k)-Ui(k)
[0044] =e;化）+ ΔIm似-Ui化）
[004引控制要求|ei(k+l) I《|e;似I ;
[004引其中，參考軌跡的初始值If似=laGO、UiOc-l) = 0、e;似=Im似-Ia(k)、 化-1) = Im化-l)-Uk-l)、ei化-2) = Uk-2)-Ia化-2);其中，Uk)為當(dāng)前電流傳感器采 集到的電樞電流，1?；?1)與1?；?扣為前兩個(gè)采樣時(shí)刻采集到的電樞電流；Im似為當(dāng)前時(shí) 刻的目標(biāo)助力電流，Im(k-l)與Im化-2)為前兩個(gè)采樣時(shí)刻的目標(biāo)助力電流。
[0047] 步驟3中，通過參考軌跡設(shè)定算法設(shè)定理想的轉(zhuǎn)向桿位移的參考軌跡序列文；的 具體過程如下：
[0048]Xrr化+1)= Xrr(k)+Ur(k)
[0049] 參考軌跡未來的設(shè)定值Xfm并不是一個(gè)恒定量，其變化趨勢(shì)恒定，其未來的設(shè)定值 遞推序列如下：
[0050]Xrm化+1)=3XXrm似-3XX? 化-1) +X? 化-2)
[005。其中，控制參考軌跡x"(k+l)趨近于變化的設(shè)定值X"(k+1)的參考軌跡控制量Uf化)，采用增量式數(shù)字PID的形式確定，其公式如下：
[0052]Uf(k) = Uf化-l) + AUf化）
[0053]ΔUf化）=kpX [Gf(k)-Gf(k-1)] +kiX化)+kdX [Gf(k) -2X化-1)+6r化-