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基于线控转向车辆转向盘扭矩预测的开环模型的实验验证


基于线控转向车辆转向盘扭矩预测的开环模型的 实验验证
白林超 王廷和 刘松年 李晓刚 (青岛理工大学机械工程学院,山东青岛 266033) 摘要:液压转向系统处于长期统治汽车市场的地位,近年来,线控转向系统已崭露头角,并 以其良好的驾驶特性、广阔的设计空间、节能省耗的特点被人们所接受。 Abstract: Hydraulic steering systems domin

ated the vehicle market for a long time ,more recently, a trend has been seen towards the use of electronic steer-by-wire systems which accepted by people for its good driving characteristics, wide design space and saving energy characteristics. 关键字:SBW; 扭矩预测; 开环模型
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Experimental Validation of an Open-Loop Model for Handwheel Torque Predictionin Steer-by-Wire Vehicles
Bailinchao1,Wangtinghe2,Liusongnian3,Lixiaogang4 (Mechanical Engineering Department ,Qingdao Technological University,266033) Abstract: Hydraulic steering systems dominated the vehicle market for a long

time ,more recently, a trend has been seen towards the use of electronic steer-by-wire systems which accepted by people for its good driving characteristics, wide design space and saving energy characteristics.
Keywords: SBW; Torque prediction; Open-loop model

0 引言
0.1 定义 汽车线性转向技术(SBW)是指应用智能机电一体化方法来取代应用复杂机械进行转 向的新的一代转向技术,它取消了在转向轮和操作员界面(通常指转向盘)之间安装的机械 连接。线性转向系统包括转向盘总成、转向执行总成、力矩传感器和转向盘回正力矩电机四 个主要部分。 其工作原理是通过传感器测量转向盘的转角, 将驾驶员的转向意图传递给主控 制器, 同时, 主控制器反馈回来的信号产生转向盘回正力矩, 以提供驾驶员相应的转向感觉。 0.2 研究现状 提供真实的转向感觉是 SBW 汽车发展过程中必须要考虑的重要因素,解决问题的关键 是要为 SBW 汽车研制力矩反馈装置,为驾驶员提供想要的力矩感觉,虽然在怎样达到提供 想要的力矩感觉这个问题上众说纷纭, 但是根据人体工程学的观点达成的一些共识, 在追求 SBW 汽车转向系统的设计策略上有着重要的意义。 现在面临的挑战是, 如何在没有机械连接的前提下提供给驾驶员所需的转向感觉, 即怎 样反馈转向力矩。在传统的转向系统中,可以通过机械连接,把转向轮上的转矩传递到转向 盘上,然而,在没有机械连接的情况下,反馈转向轮上的力矩就就无法解决,所以就有必要 制定一些策略来预测从转向轮子系统中反馈回来的力矩。 现在有个候选方案来解决模仿常规 车辆的转向力矩感觉的问题, 就是把在转向轮制动器上采集到的力矩信息反馈到转向盘系统

上, 但是,现实中车辆一般在比较嘈杂的环境下行驶,而在嘈杂的环境下,测量制动器上 的力矩信息是十分昂贵的。所以,在过去提出的大多数预测方案,只是使用了易于实时测量 的轮胎道路动态数学模型或动力转向系统的动态数学模型。

1 实验验证
1.1 简述 在本文中, 我们要研究的问题是验证一个给定的预测转向力矩的不确定性模型的可靠性。 具 体的说, 我们要研究以下问题: 测量在传统车辆中的鉴于离散时间的转向力矩与车轮转向角 的之间的实验数据的关系, 实验数据是否适合这个具有给定的不确定性模型的特定实例?在 传统车辆中, 转向盘的转矩感觉已通过转向盘的转向角与转向盘的转向力矩之间的磁滞曲线 得到验证,具体是通过把实验数据叠加到所需的磁滞曲线上验证的。但是,这条曲线不包括 动态特性的扭矩感觉, 即没有明确考虑扭矩随时间的连续变化。 我们的目标就是努力解决这 个问题。 1.2 测试条件 在试验中使用的车辆是配备了液压助力转向系统的 SUV 类车,所有的测试都是在干燥的沥 青路面上和在不同的常数纵波测试条件下获得的实验数据。 需要说明的是, 在任何给定的测 试中, 纵向速度都是保持恒定的, 所有的测试均假定是在司机紧紧握住方向盘的条件下进行 的。 1.3 不确定性模型的验证 本文所考虑的不确定性模型由一个标称模型和不确定参数的界限构成。 该模型在这里建立了 一个从轮胎转向角到转向盘力矩的系统, 它在本质上市开环的, 没有用于校正模型的关于转 向转矩或轮胎制动力的反馈信息。 需要说明的是,我们不能真正的验证模型,我们只能说模型是否失效。换句话说,如果一个 有着不确定模型的特定实例符合实验数据, 我们就可以得出这样的结论, 该模型是对现实的 准确描述。该问题利用了基于 Poola 等人提出的模型验证法的时域方法进行验证,假设纵向 速度固定为 v, M0 表示标称模型,Δ 表示系统的不确定性。我们发现,我们在不确定性系 统中的假设被限定在参数的不确定性上,Δ ?Δ LTI,此外,Tk 和 Yk 分别表示转向轮转向角的 时间历程和转向盘的力矩。当
δ Y (T ′T )

≤γ

--------------------------------(1)

时,我们使用的不确定性模型就没有失效。 式中δ ——最大奇异值 γ ——Δ 的 2 诱导范数的上限 Y、T——特普利茨矩阵,可以由标称模型的相关知识和实验数据来构造 Tk、Yk——原始测量的滤波形式。

2 结论
图一给出了标称模型预测v=60Km/h时的转向力矩与实验数据的吻合程度,图二给出了两者 的误差值, 我们可以看出实验数据和模型的预测值之间存在着误差, 但根据我们的研究结果 表明,当车辆的速度在10-100Km/h或3-30m/s,方向盘的转向幅度在0-60度时,不确定性模 型没有失效。 基于这些结果,可以得出结论,拟议在 SBW 车中使用的不确定性模型是一个很好的开环模

型结构。

图一 预测模型的性能图(v=60km/h) 参考文献 [1]刘俊,基于快速控制原理的电动助力转向控制系统的研究:[博士学位论文],合肥工业大 学,2009 [2]杜峰, 基于线控技术的四轮主动转向汽车控制策略仿真研究: [博士学位论文], 长安大学, 2009 [3]邱绪云、唐绍丰、曹亢子,线控转向系统路感 PID 控制仿真研究[J],山东交通学院学报; 2008 年 02 期 [3]于秀涛、李博,汽车线控转向系统分析[J],中小企业管理与科技(上旬刊);2010 年 10 期 [4]舒欣梅、龙驹,、现代控制理论基础,西安电子科大出版社,2008 年 2 月 作者简介:白林超,男,1987 年生,青岛理工大学机械制造及其自动化专业 2011 级硕士研 究生,主要研究方向:金属材料的热加工理论与装备 邮编:266033 邮箱:blchao@163.com 手机:15806564989


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