一种基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110304135A(43)申请公布日2019.10.08(21)申请号201910618754.6(22)申请日2019.07.10(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人吴晓东章鸣铭苏成睿(74)专利代理机构上海旭诚知识产权代理有限公司31220代理人郑立(51)Int.Cl.B62D5/04(2006.01)B62D6/00(2006.01)B62D113/00(2006.01)B62D137/00(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图4页(54)发明名称一种基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法(57)摘要本发明公开了一种基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法，涉及电动汽车线控转向领域。本发明用广义齿条力表达路面反馈信息，将其定义为由轮胎自回正力矩产生的狭义齿条力、参数不确定性以及模型不确定性的总和；线控转向系统动力学模型建模后，设计扩张干扰观测器，实现严苛工况的实时齿条力评估，对比其他方法具有更加精准，实时性好的优点。CN110304135ACN110304135A权利要求书1/3页1.一种基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、线控转向系统动力学模型建模：所述线控转向系统的动力学微分方程为：其中，J是等效系统惯量，B是系统等效粘滞阻尼，是系统模型不确定性，τf是系统摩擦力，Frack是施加在转向横拉杆上的齿条力，τm是转向执行电机的输出扭矩，irc是拉杆到转向柱轴的广义传动比，imc是电机轴到转向柱的减速比，θ，是转向柱的角位置、角速度和角加速度；将所述模型不确定性所述系统摩擦力τf和所述齿条力irc·Frack作为一个块干扰，定义为满足一阶有界条件的广义齿条力d(t)：所述线控转向系统的动力学方程成为：其中p1＝B/J，p2＝imc/J，p3＝1/J；定义状态变量x1＝θ、所述线控转向系统动力学的状态空间为：步骤2、扩张干扰观测器设计：将所述广义齿条力d(t)视为扩张状态，定义系统的扩张状态变量x3(t)＝d(t)，假设所述广义齿条力d(t)的一阶微分有界且满足建立了所述线控转向系统的扩张干扰观测器如下：其中，β1，β2，β3是非线性增益函数；步骤3、所述扩张干扰观测器结合角度反馈信号输入，完成对所述广义齿条力d(t)的估计。2.如权利要求1所述的基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法，其特征在于，所述步骤1的所述等效系统惯量J为：其中，Jc、Jm、Jgear表示转向柱、电机和减速齿轮箱的转动惯量，Mrack是转向齿条的质量，igc是减速箱到转向柱轴的减速比。2CN110304135A权利要求书2/3页3.如权利要求2所述的基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法，其特征在于，所述步骤1的所述等效系统惯量J满足边界条件：|J-J0|＜ΔJ其中J0是系统标称值。4.如权利要求1所述的基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法，其特征在于，所述步骤1的所述系统等效粘滞阻尼B为：其中，Bc、Bm、Bgear、Brack表示转向柱、电机、减速箱和转向齿条的粘滞阻尼，igc是减速箱到转向柱轴的减速比。5.如权利要求4所述的基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法，其特征在于，所述步骤1的所述系统等效粘滞阻尼B满足边界条件：|B-B0|＜ΔB其中B0是系统标称值。6.如权利要求1所述的基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法，其特征在于，所述步骤1的所述p1、p2、p3满足边界条件：|p1-p10|＜Δp1|p2-p20|＜Δp2|p3-p30|＜Δp3其中p10、p20、p30是参数初始值。7.如权利要求1所述的基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法，其特征在于，所述步骤2还包括：步骤2.1、线性干扰观测器在全维龙伯格状态观测器的基础上，将所述广义齿条力干扰dTT(t)用状态变量xd表示，并添加到状态向量x当中构建成新的状态向量[x1，x2，xd]＝[x，xd]；所述状态变量xd满足以下自治系统其中，Ad＝0，Cd＝1；步骤2.2、将表征所述状态变量xd动态特性的所述自治系统与所述状态空间进行合并可得所述线性干扰观测器为：步骤2.3、将所述线性干扰观测器构建为分块矩阵的表达形式，如下：T其中，G＝[G1，G2]为待设计的反馈增益矩阵，ALDO为所述线性干扰观测器的系统矩阵；3CN110304135A权利要求书3/3页步骤2.4、在所述线性干扰观测器的基础上，引入所述非线性增益函数，建立所述扩张干扰观测器。8.如权利要求1所述的基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法，其特征在于，所述步骤2的所述非