本發(fā)明涉及的是汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的領(lǐng)域，具體描述的是一種基于可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波器的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，屬于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今，取消了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)械間連接的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有著較好的發(fā)展前景，它具有實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)向以及可變轉(zhuǎn)向盤力矩反饋的功能，它的設(shè)計(jì)靈活，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)受到大眾的追捧。對(duì)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，特別強(qiáng)調(diào)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必要的的“路感”，因此決定了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)行強(qiáng)烈地依賴于傳感器信號(hào)的屬性，這也導(dǎo)致其可靠性較傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大大降低了。為了解決這一問題，提出運(yùn)用卡爾曼濾波估計(jì)的方法減少傳感器的數(shù)量，以提高精度。但同時(shí)，也引出了另外一個(gè)問題——濾波發(fā)散。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型或者噪聲的統(tǒng)計(jì)特性不準(zhǔn)確，不能反映系統(tǒng)真實(shí)的物理過程，這些因素會(huì)使得卡爾曼濾波發(fā)散。

另外，在各種變化的工況下，對(duì)傳感器存在一定的噪聲干擾，而且汽車也會(huì)受到橫風(fēng)以及路面激勵(lì)的影響，這些都會(huì)影響汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性能對(duì)汽車的行車安全性有著極大的影響。

因此，對(duì)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配備一個(gè)可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波器和一個(gè)具有良好抗干擾性能和穩(wěn)定性能的轉(zhuǎn)向控制器是完全有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波器與μ綜合魯棒控制器協(xié)同工作的基于可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波器的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法，本發(fā)明所公開的系統(tǒng)能夠在保證轉(zhuǎn)向穩(wěn)定的前提下，通過控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，得到適應(yīng)不同工況下的轉(zhuǎn)向角度，使得系統(tǒng)具有良好的干擾抑制性能，從而能夠獲得良好的汽車操縱穩(wěn)定性。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波器的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括方向盤(1)及其連接機(jī)構(gòu)y、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(2)、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器(3)、路感電機(jī)a、路感電機(jī)電流傳感器(6)、轉(zhuǎn)向電機(jī)b、轉(zhuǎn)向電機(jī)電流傳感器(7)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器(4)、位置傳感器(5)、前輪轉(zhuǎn)角傳感器(8)、車速傳感器(9)、轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu、濾波估計(jì)模塊l、安全判斷模塊p以及控制信號(hào)疊加模塊c，其中。

所述方向盤(1)通過連接機(jī)構(gòu)y的轉(zhuǎn)向管柱與路感電機(jī)a連接，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(2)與方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器(3)均安裝在轉(zhuǎn)向管柱上，所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(2)采集方向盤(1)的轉(zhuǎn)角信號(hào)，方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器(3)采集方向盤(1)上施加的力矩信號(hào)，所測(cè)得的轉(zhuǎn)角信號(hào)和力矩信號(hào)輸入到濾波估計(jì)模塊l的輸入端和轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。

所述路感電機(jī)電流傳感器(6)與路感電機(jī)a安裝在一起，所述路感電機(jī)電流傳感器(6)用于檢測(cè)輸入路感電機(jī)a的電流信號(hào)，并將檢測(cè)到的輸入路感電機(jī)a的電流信號(hào)輸入到轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。

所述轉(zhuǎn)向電機(jī)b與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器(4)相連，轉(zhuǎn)向電機(jī)電流傳感器(7)與轉(zhuǎn)向電機(jī)b安裝在一起，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)電流傳感器(7)檢測(cè)輸入轉(zhuǎn)向電機(jī)b的電流信號(hào)，并將檢測(cè)到的輸入轉(zhuǎn)向電機(jī)b的電流信號(hào)輸入到轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。

所述齒輪齒條轉(zhuǎn)向器(4)上安裝位置傳感器(5)，所述位置傳感器(5)用于采集齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中齒條的位移信號(hào)，并將檢測(cè)到的位移信號(hào)輸入到濾波估計(jì)模塊l的輸入端和轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器(4)與前輪相連接。

所述前輪轉(zhuǎn)角傳感器(8)以及車速傳感器(9)安裝在前輪上，所述前輪轉(zhuǎn)角傳感器(8)用于檢測(cè)前輪的轉(zhuǎn)向角的信號(hào)，所述車速傳感器(9)用于檢測(cè)汽車的實(shí)時(shí)的車速信號(hào)。測(cè)得的轉(zhuǎn)向角的信號(hào)和車速輸入到濾波估計(jì)模塊l的輸入端。

所述濾波估計(jì)模塊l，輸入端接收方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(2)、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器(3)、位置傳感器(5)、前輪轉(zhuǎn)角傳感器(8)以及車速傳感器(9)的信號(hào)，借助獲得的傳感器信號(hào)，運(yùn)用抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計(jì)算法，估計(jì)出實(shí)時(shí)的汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，估計(jì)得到的數(shù)據(jù)輸入到安全判斷模塊p。

所述安全判斷模塊p接收濾波估計(jì)模塊l輸入的質(zhì)心側(cè)偏角的數(shù)據(jù)，判斷汽車實(shí)時(shí)的質(zhì)心側(cè)偏角是否在安全范圍內(nèi)，它將汽車轉(zhuǎn)向姿態(tài)安全的信號(hào)輸入到轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。如果判斷汽車的質(zhì)心側(cè)偏角處于危險(xiǎn)范圍，它會(huì)將危險(xiǎn)信號(hào)輸入到控制信號(hào)疊加模塊c。

所述控制信號(hào)疊加模塊c，接收到汽車危險(xiǎn)信號(hào)后，通過汽車魯棒控制器的計(jì)算，輸出疊加的控制信號(hào)到轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。

所述轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu輸入端一方面接收方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(2)、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器(3)、位置傳感器(5)、路感電機(jī)電流傳感器(6)和轉(zhuǎn)向電機(jī)電流傳感器(7)的信號(hào)，一方面接收控制信號(hào)疊加模塊c的疊加信號(hào)。當(dāng)汽車安全時(shí)，依據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(2)、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器(3)、位置傳感器(5)、路感電機(jī)電流傳感器(6)和轉(zhuǎn)向電機(jī)電流傳感器(7)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，輸出電子信號(hào)以驅(qū)動(dòng)路感電機(jī)a和轉(zhuǎn)向電機(jī)b輸出電流。當(dāng)汽車不安全時(shí)，轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu除了接收方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(2)、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器(3)、位置傳感器(5)、路感電機(jī)電流傳感器(6)和轉(zhuǎn)向電機(jī)電流傳感器(7)的信號(hào)外，還要接收控制信號(hào)疊加模塊c的疊加信號(hào)，結(jié)合兩者的信號(hào)計(jì)算，輸出電子信號(hào)以驅(qū)動(dòng)路感電機(jī)a和轉(zhuǎn)向電機(jī)b輸出電流，以控制路感電機(jī)a、轉(zhuǎn)向電機(jī)b產(chǎn)生相應(yīng)的力矩，從而得到準(zhǔn)確而穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向反應(yīng)。

一種基于可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波器的線控轉(zhuǎn)向控制方法，包括以下步驟：

步驟1：方向盤以力矩和轉(zhuǎn)角輸入，借助連接機(jī)構(gòu)y、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器(4)將力矩以及轉(zhuǎn)角傳遞到前輪，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的操作。

步驟2，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(2)采集方向盤(1)轉(zhuǎn)角信號(hào)，方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器(3)采集方向盤(1)上施加的力矩的信號(hào)，位置傳感器(5)采集齒輪齒條轉(zhuǎn)向器4中齒條的位移信號(hào)，前輪轉(zhuǎn)角傳感器8采集前輪的轉(zhuǎn)向角的信號(hào)，車速傳感器8采集到汽車的實(shí)時(shí)的車速信號(hào)，濾波估計(jì)模塊l借助傳感器輸入的信號(hào)，運(yùn)用抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計(jì)算法，估算出實(shí)時(shí)的汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，并將此信號(hào)輸入到安全判斷模塊p中。

步驟3，安全判斷模塊p接收濾波估計(jì)模塊l輸入的質(zhì)心側(cè)偏角的數(shù)據(jù)，判斷汽車實(shí)時(shí)的質(zhì)心側(cè)偏角是否在安全范圍內(nèi)，依據(jù)信號(hào)判斷是否驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)疊加模塊c。

步驟4，控制信號(hào)疊加模塊c，接收到汽車危險(xiǎn)信號(hào)后，通過汽車魯棒控制器的計(jì)算，輸出疊加的控制信號(hào)到轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。

步驟5，轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu依據(jù)輸入的信號(hào)輸出適當(dāng)?shù)碾娮有盘?hào)以驅(qū)動(dòng)控制路感電機(jī)a、轉(zhuǎn)向電機(jī)b輸出電流，執(zhí)行汽車轉(zhuǎn)向操作，得到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向狀態(tài)。

所述步驟2中濾波估計(jì)模塊l借助傳感器輸入的信號(hào)，運(yùn)用抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計(jì)算法，估算出實(shí)時(shí)的汽車的質(zhì)心側(cè)偏角的方法，包括以下步驟：

步驟2.1，建立整車線性二自由度的整車模型，。

其中：β車身質(zhì)心側(cè)偏角。γ為汽車橫擺角速度。k1為汽車前輪側(cè)偏剛度。k2為汽車后輪側(cè)偏剛度。m為汽車整車質(zhì)量。u為車速。a為汽車質(zhì)心到前軸的距離。b為汽車質(zhì)心到后軸的距離。iz為汽車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。δf為汽車前輪轉(zhuǎn)角。

步驟2.2：對(duì)估計(jì)系統(tǒng)的時(shí)間進(jìn)行更新。

往前一時(shí)刻推算系統(tǒng)的狀態(tài)變量：

往前一時(shí)刻推算系統(tǒng)的誤差變量：

步驟2.3：對(duì)估計(jì)系統(tǒng)的量測(cè)更新過程。

計(jì)算卡爾曼濾波增益：

由觀測(cè)量zk更新估計(jì)：

更新誤差方程：

其中：為系統(tǒng)k時(shí)刻的狀態(tài)變量，k為時(shí)間步長(zhǎng)，為利用上一個(gè)狀態(tài)預(yù)測(cè)的結(jié)果，uk為控制變量，為k時(shí)刻對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，為利用上一個(gè)狀態(tài)預(yù)測(cè)k時(shí)刻的協(xié)方差矩陣zk為測(cè)量向量，ak、bk、hk為狀態(tài)矩陣，為狀態(tài)矩陣ak的轉(zhuǎn)置，qk為過程噪聲協(xié)方差矩陣，rk為測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣，kk為增益系數(shù)，zk為k時(shí)刻的觀測(cè)量。

步驟2.4，通過加權(quán)的方法增大濾波誤差方差陣，從而間接地增大增益陣，以抑制濾波器的真實(shí)發(fā)散，增大濾波誤差方差陣的方法如下：

計(jì)算得加權(quán)系數(shù)

其中：sk為加權(quán)系數(shù)，εk為新息序列。

步驟4中控制信號(hào)疊加模塊c，接收到汽車危險(xiǎn)信號(hào)后，通過汽車魯棒控制器的計(jì)算，輸出疊加的控制信號(hào)到轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu的方法，包括以下步驟：

步驟4.1：建立控制對(duì)象的模型

本控制器的控制對(duì)象是線控系統(tǒng)中的執(zhí)行電機(jī)，綜合考慮汽車行駛過程中的不確定因素的干擾，取控制系統(tǒng)的狀態(tài)變量為系統(tǒng)的控制輸入為u＝[θr]，量測(cè)輸出為y＝[β]，擾動(dòng)輸入為w＝[θhfvtr]^t，評(píng)價(jià)輸出z＝[z1z2z3]^t，建立的控制對(duì)象模型如下：

其中：

式中：jm是轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。bm轉(zhuǎn)向電機(jī)的阻尼系數(shù)。km是轉(zhuǎn)向電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)總成的剛度系數(shù)。n是方向盤到前輪的總的傳動(dòng)比。e橫風(fēng)等效作用點(diǎn)距離質(zhì)心的距離。d為汽車輪胎的縱向拖距。m是整車質(zhì)量。iz是汽車的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。k1是汽車前輪的側(cè)偏剛度。k2是汽車后輪的側(cè)偏剛度。a、b分別是前、后軸到質(zhì)心的距離。u是汽車的縱向速度。θf為前輪轉(zhuǎn)角。θh為方向盤轉(zhuǎn)角。β為質(zhì)心側(cè)偏角。ωr橫擺角速度。fv為側(cè)向風(fēng)干擾。tr為助力電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)。θr為疊加的轉(zhuǎn)角。

步驟4.2：設(shè)計(jì)魯棒控制器

系統(tǒng)的廣義控制對(duì)象為：

式中：gunc為考慮系統(tǒng)攝動(dòng)的不確定性模型。

設(shè)計(jì)目標(biāo)是求解控制器c使增廣被控對(duì)象內(nèi)部穩(wěn)定，即是輸入w到輸出z的傳遞函數(shù)||hzw||∞<1。

基于質(zhì)心側(cè)偏角反饋的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性控制問題表示為：

u＝ky

其中：gd(s)(s＝1,2,3)分別表示為到z1、z2和z3閉環(huán)傳遞函數(shù)。w1，w2為加權(quán)函數(shù)。wd為干擾加權(quán)矩陣。z1、z2和z3為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)輸出。該系統(tǒng)的擾動(dòng)輸入β^*為理想的橫擺角速度，控制輸入u為前輪的補(bǔ)償轉(zhuǎn)角，干擾輸入為理想的前輪轉(zhuǎn)角δf^*、側(cè)向風(fēng)干擾fv以及路面的干擾力矩tr。

為進(jìn)行μ綜合魯棒控制器的設(shè)計(jì)，μ綜合方法是基于結(jié)構(gòu)奇異值的迭代算法，該控制器的控制目標(biāo)是想整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)變得穩(wěn)定，則：

其中：設(shè)m(s)＝fl(p,c)為無模型攝動(dòng)下的系統(tǒng)閉環(huán)矩陣，m為廣義對(duì)象p和控制器c所構(gòu)成的下線性分式。μ為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)奇異值。

分析奇異值μ的上界性質(zhì)，求解下面式子的最優(yōu)化問題，通常采用d-k迭代算法，就可以得到μ綜合魯棒控制器。

其中，d為對(duì)角常數(shù)縮放矩陣。

優(yōu)選的：質(zhì)心側(cè)偏角的上限設(shè)為βup＝tan^-1(0.02μg)，其中μ是路面附著系數(shù)，g為重力加速度。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

1)借助傳感器的信號(hào)，運(yùn)用卡爾曼濾波估計(jì)器進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，這能減少汽車傳感器的使用數(shù)量。

2)運(yùn)用具有抑制濾波發(fā)散功能的卡爾曼濾波估計(jì)器估計(jì)得到汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，較普通的卡爾曼濾波器，其可以得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，進(jìn)而使得線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感得到應(yīng)有的保證。

3)用估計(jì)的方法得到汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，節(jié)約了線控系統(tǒng)的成本。

4)本發(fā)明設(shè)計(jì)一個(gè)魯棒控制器，是以質(zhì)心側(cè)偏角為反饋的控制器，能將汽車的質(zhì)心側(cè)偏角控制在安全范圍內(nèi)，讓汽車消除外界對(duì)其帶來的影響，使得線控轉(zhuǎn)向車輛可以自緊急情況下通過設(shè)計(jì)出的穩(wěn)定性控制策略為汽車提供一個(gè)附加轉(zhuǎn)角，從而使汽車保持穩(wěn)定，從而提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的魯棒性、抗干擾性以及汽車行駛的穩(wěn)定性和安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是本發(fā)明所公開的控制器的控制結(jié)構(gòu)框圖

方向盤1及其連接機(jī)構(gòu)y、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器2、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器3、路感電機(jī)a、路感電機(jī)電流傳感器6、轉(zhuǎn)向電機(jī)b、轉(zhuǎn)向電機(jī)電流傳感器7、車速傳感器8、前輪轉(zhuǎn)角傳感器9、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器4、位置傳感器5、濾波估計(jì)模塊l、安全判斷模塊p、控制信號(hào)疊加模塊c以及轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

如圖1所示，一種基于可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波器的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括方向盤1及其連接機(jī)構(gòu)y、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器2、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器3、路感電機(jī)a、路感電機(jī)電流傳感器6、轉(zhuǎn)向電機(jī)b、轉(zhuǎn)向電機(jī)電流傳感器7、車速傳感器8、前輪轉(zhuǎn)角傳感器9、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器4、位置傳感器5、濾波估計(jì)模塊l、安全判斷模塊p、控制信號(hào)疊加模塊c以及轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。

所述方向盤(1)通過連接機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向管柱(y)與路感電機(jī)(a)連接，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(2)與方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器(3)安裝在轉(zhuǎn)向管柱(y)上，所測(cè)得信號(hào)輸入到濾波估計(jì)模塊(l)的輸入端。

所述路感電機(jī)電流傳感器(6)與路感電機(jī)(a)安裝在一起，檢測(cè)輸入電機(jī)的電流信號(hào)，另外一部分作為信號(hào)輸入到轉(zhuǎn)向電子控制單元(ecu)。

所述轉(zhuǎn)向電機(jī)(b)與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器(4)相連，轉(zhuǎn)向電機(jī)電流傳感器(7)與轉(zhuǎn)向電機(jī)(b)安裝在一起，檢測(cè)輸入轉(zhuǎn)向電機(jī)的電流信號(hào)，另外一部分作為信號(hào)輸入到轉(zhuǎn)向電子控制單元。

所述齒輪齒條轉(zhuǎn)向器(4)上安裝位置傳感器(5)，位置傳感器信號(hào)輸入到濾波估計(jì)模塊的輸入端。此外，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器借助其他的一些機(jī)械機(jī)構(gòu)與前輪連接起來。

所述前輪轉(zhuǎn)角傳感器(8)以及車速傳感器(9)安裝在前輪上，其測(cè)得信號(hào)輸入到濾波估計(jì)模塊的輸入端。

所述濾波估計(jì)模塊(l)，輸入端接收方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器、位置傳感器、前輪轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器等傳感器的信號(hào)，借助獲得的傳感器信號(hào)，運(yùn)用可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計(jì)算法，估計(jì)出實(shí)時(shí)的汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，估計(jì)得到的數(shù)據(jù)輸入到安全判斷模塊。

所述安全判斷模塊(p)，接收濾波估計(jì)模塊輸入的質(zhì)心側(cè)偏角的數(shù)據(jù)，判斷汽車實(shí)時(shí)的質(zhì)心側(cè)偏角是否在安全范圍內(nèi)，它將汽車轉(zhuǎn)向姿態(tài)安全的信號(hào)輸入到轉(zhuǎn)向電子控制單元。如果判斷汽車的質(zhì)心側(cè)偏角處于危險(xiǎn)范圍，它會(huì)將危險(xiǎn)信號(hào)輸入到控制信號(hào)疊加模塊。

所述控制信號(hào)疊加模塊(c)，接收到汽車危險(xiǎn)信號(hào)后，通過汽車魯棒控制器的計(jì)算，輸出疊加的控制信號(hào)到轉(zhuǎn)向電子控制單元。

所述轉(zhuǎn)向電子控制單元(ecu)輸入端一方面接收傳感器信號(hào)，一方面接收控制信號(hào)疊加模塊的疊加信號(hào)。當(dāng)汽車安全時(shí)，依據(jù)傳感器信號(hào)計(jì)算，輸出適當(dāng)?shù)碾娮有盘?hào)以驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出電流。當(dāng)汽車不安全時(shí)，轉(zhuǎn)向電子控制單元除了接收傳感器信號(hào)外，還要接收控制信號(hào)疊加模塊的疊加信號(hào)，結(jié)合兩者的信號(hào)計(jì)算，輸出適當(dāng)?shù)碾娮有盘?hào)以驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出電流。此外，電子控制單元的另外兩個(gè)輸入端接收路感電機(jī)電流傳感器以及轉(zhuǎn)向電機(jī)電流傳感器輸入的電流信號(hào)。

根據(jù)所述的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法。如下步驟：

步驟1：轉(zhuǎn)向盤以力矩和轉(zhuǎn)角輸入，通過轉(zhuǎn)向器等機(jī)構(gòu)將力矩以及轉(zhuǎn)角傳遞到前輪，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作。

步驟2：方向盤轉(zhuǎn)角傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)，方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器采集方向盤上施加的力矩的信號(hào)，位置傳感器采集齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中齒條的位移信號(hào)，前輪轉(zhuǎn)角傳感器采集前輪的轉(zhuǎn)向角的信號(hào)，車速傳感器采集到汽車的實(shí)時(shí)的車速信號(hào)，采集到的信號(hào)傳輸?shù)綖V波估計(jì)模塊中，經(jīng)過該模塊運(yùn)用可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計(jì)算法，得出實(shí)時(shí)的汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，并將此信號(hào)也輸入到安全判斷模塊中。

步驟2中所述可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計(jì)器對(duì)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)重構(gòu)，以估計(jì)汽車實(shí)時(shí)質(zhì)心側(cè)偏角，其估計(jì)的具體步驟如下：

步驟2.1：建立整車線性二自由度的整車模型。

步驟2.2：對(duì)估計(jì)系統(tǒng)的時(shí)間進(jìn)行更新。

往前一時(shí)刻推算系統(tǒng)的狀態(tài)變量：

往前一時(shí)刻推算系統(tǒng)的誤差變量：

步驟2.3：對(duì)估計(jì)系統(tǒng)的量測(cè)更新過程。

計(jì)算卡爾曼濾波增益：

由觀測(cè)量zk更新估計(jì)：

更新誤差方程：

其中：為系統(tǒng)k時(shí)刻的狀態(tài)變量，k為時(shí)間步長(zhǎng)，為利用上一個(gè)狀態(tài)預(yù)測(cè)的結(jié)果，uk為控制變量，為k時(shí)刻對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，為利用上一個(gè)狀態(tài)預(yù)測(cè)k時(shí)刻的協(xié)方差矩陣zk為測(cè)量向量，ak、bk、hk為狀態(tài)矩陣，為狀態(tài)矩陣ak的轉(zhuǎn)置，qk為過程噪聲協(xié)方差矩陣，rk為測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣，kk為增益系數(shù)，zk為k時(shí)刻的觀測(cè)量。

步驟2.4：通過加權(quán)的方法人為地增大濾波誤差方差陣，從而間接地增大增益陣，以抑制濾波器的真實(shí)發(fā)散。

前一時(shí)刻估計(jì)完成后，新息序列包含了實(shí)際估計(jì)誤差的信息，而濾波器發(fā)散的實(shí)際估計(jì)誤差超過理論預(yù)計(jì)值。因此，判斷卡爾曼濾波器是否發(fā)散的判據(jù)為：其中γ為儲(chǔ)備系數(shù)，(γ>1)，tr{·}為矩陣的跡，εk為更新序列。

當(dāng)不滿足判據(jù)時(shí)，則濾波發(fā)散：當(dāng)判據(jù)成立時(shí)，將增大濾波誤差方差陣。

從而

計(jì)算得加權(quán)系數(shù)

此過程通過測(cè)量數(shù)據(jù)和加權(quán)系數(shù)sk，對(duì)kk進(jìn)行必要的修正。如果誤差增加，使得sk也增加，導(dǎo)致也增加，結(jié)果使得||kk||也增加，從而加強(qiáng)了對(duì)新的信息的重視程度，進(jìn)而克服了濾波發(fā)散。

步驟3：安全判斷模塊接收濾波估計(jì)模塊輸入的質(zhì)心側(cè)偏角的數(shù)據(jù)，判斷汽車的質(zhì)心側(cè)偏角是否在安全范圍內(nèi)，依據(jù)信號(hào)判斷是否驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)疊加模塊。

對(duì)質(zhì)心側(cè)偏角的安全范圍對(duì)于給定的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和車速，可獲得期望的質(zhì)心側(cè)偏角。但為了確保質(zhì)心側(cè)偏角不至于過大，必須設(shè)置上限值。當(dāng)質(zhì)心側(cè)偏角很大時(shí)，輪胎會(huì)失去線性的特性且接近路面附著極限，因此，有必要設(shè)置質(zhì)心側(cè)偏角的上限。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，質(zhì)心側(cè)偏角的上限設(shè)為βup＝tan^-1(0.02μg)，其中μ是路面附著系數(shù)。g為重力加速度。

所要控制的目標(biāo)質(zhì)心側(cè)偏角βr定義為：

步驟4：控制信號(hào)疊加模塊，接收到汽車危險(xiǎn)信號(hào)后，通過汽車魯棒控制器的計(jì)算，輸出疊加的控制信號(hào)到轉(zhuǎn)向電子控制單元。

如圖2所示，本發(fā)明所公開的汽車μ綜合魯棒控制器，其控制方法，包含以下步驟：

步驟1：建立控制對(duì)象的模型

本控制器的控制對(duì)象是線控系統(tǒng)中的執(zhí)行電機(jī)，綜合考慮汽車行駛過程中的諸多不確定因素的干擾，取控制系統(tǒng)的狀態(tài)變量為系統(tǒng)的控制輸入為u＝[θr]，量測(cè)輸出為y＝[β]，擾動(dòng)輸入為w＝[θhfvtr]^t，評(píng)價(jià)輸出z＝[z1z2z3]^t，建立的控制對(duì)象模型如下：

其中：

c2＝[0010]。d21＝[000]。d22＝[0]。

式中：jm是轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。bm轉(zhuǎn)向電機(jī)的阻尼系數(shù)。km是轉(zhuǎn)向電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)總成的剛度系數(shù)。n是方向盤到前輪的總的傳動(dòng)比。e橫風(fēng)等效作用點(diǎn)距離質(zhì)心的距離。d為汽車輪胎的縱向拖距。m是整車質(zhì)量。iz是汽車的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。k1是汽車前輪的側(cè)偏剛度。k2是汽車后輪的側(cè)偏剛度。a、b分別是前、后軸到質(zhì)心的距離。u是汽車的縱向速度。θf為前輪轉(zhuǎn)角。θh為方向盤轉(zhuǎn)角。β為質(zhì)心側(cè)偏角。ωr橫擺角速度。fv為側(cè)向風(fēng)干擾。tr為助力電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)。θr為疊加的轉(zhuǎn)角。

步驟2：設(shè)計(jì)魯棒控制器。

系統(tǒng)的廣義控制對(duì)象為：

式中：gunc為考慮系統(tǒng)攝動(dòng)的不確定性模型。

設(shè)計(jì)目標(biāo)是求解控制器c使增廣被控對(duì)象內(nèi)部穩(wěn)定，即是輸入w到輸出z的傳遞函數(shù)||hzw||∞<1。

因此，基于質(zhì)心側(cè)偏角反饋的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性控制問題就可以表示為：

u＝ky

其中：gd(s)(s＝1,2,3)分別表示為到z1、z2和z3閉環(huán)傳遞函數(shù)。w1，w2為加權(quán)函數(shù)。wd為干擾加權(quán)矩陣。z1、z2和z3為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)輸出。該系統(tǒng)的擾動(dòng)輸入β^*為理想的橫擺角速度，控制輸入u為前輪的補(bǔ)償轉(zhuǎn)角，干擾輸入為理想的前輪轉(zhuǎn)角δf^*、側(cè)向風(fēng)干擾fv以及路面的干擾力矩tr。

為進(jìn)行μ綜合魯棒控制器的設(shè)計(jì)，μ綜合方法是基于結(jié)構(gòu)奇異值的迭代算法，該控制器的控制目標(biāo)是想整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)變得穩(wěn)定，則：

其中：設(shè)m(s)＝fl(p,c)為無模型攝動(dòng)下的系統(tǒng)閉環(huán)矩陣，m為廣義對(duì)象p和控制器c所構(gòu)成的下線性分式。μ為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)奇異值。

分析奇異值μ的上界性質(zhì)，求解下面式子的最優(yōu)化問題，通常采用d-k迭代算法，就可以得到μ綜合魯棒控制器。

其中，d為對(duì)角常數(shù)縮放矩陣。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。