一种转向系统转向力矩及轮胎侧向力估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及转向力矩预估计的电动助力转向控制系统领域，更具体地，涉及一种 转向系统转向力矩及轮胎侧向力估计方法。
【背景技术】
[0002] 在电动助力转向发展的三十年来，电机输出助力的大小均是根据驾驶员输入助力 的大小决定，这样对汽车操纵稳定性与行驶安全性非常不利，特别是在某些恶劣工况下。为 了改进汽车的操纵稳定性与行驶安全性，如果能提前预知地面附着情况及轮胎磨损情况， 及时地修正转向力大小及转向角度，改善过度转向及转向不足，对汽车行车安全将有大大 的提高。而提前预知地面附着情况及轮胎磨损情况，需对汽车转向力矩及轮胎的侧向力进 行预估计。
[0003] 在过去的二十年中，汽车侧向动力学得到了很大的发展。汽车的转向力矩和侧向 力对汽车的行驶稳定性起到了关键性的作用，在转向和主动安全系统里，汽车侧向力估计 值越精确，汽车行驶的安全系数就越高。然而，现代商业汽车上还没有装备能够准确测量汽 车侧向力的仪器，主要原因在于不能很好地克服技术与成本之间的关系，从而导致汽车侧 向力只能采用估计的方法进行估值。从现有文献中看出，目前侧向力的估计多是采用轮胎 模型进行估计，如魔术公式、Fila轮胎模型、DugofT轮胎模型等。采用所述的轮胎模型进行 估计的存在一定的缺点和不足，具体是：（1)过多依赖于地面摩擦系数的实时检测；(2)高 度非线性，导致估计的不准确性。
【发明内容】
[0004] 本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种估计结果精 确度高的转向系统转向力矩及轮胎侧向力估计方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0006] -种转向系统转向力矩及轮胎侧向力估计方法，包括如下步骤：
[0007] SI.采集车辆各车轮的纵向力和侧向力，根据车辆的七自由度模型，建立基于各个 轮胎旋转中心以及质心的横摆力矩；
[0008] S2.利用干扰观测器对各轮胎旋转中心的横摆力矩进行计算得到各轮胎旋转中心 的侧向力矩估计值；
[0009] S3.采用最小二乘法估计前后轮胎的侧向力之和；
[0010] S4.利用经验估计法分别计算前后轮的侧向力；
[0011] S5.将前后轮的侧向力转换为转向力矩并输出至助力电机中。
[0012] 上述方案中，步骤Sl中各个轮胎旋转中心以及质心的横摆力矩的具体计算方式 如下：
[0013] 质心的横摆力矩：
【主权项】
1. 一种转向系统转向力矩及轮胎侧向力估计方法，其特征在于，包括如下步骤： si.采集车辆各车轮的纵向力和侧向力，根据车辆的七自由度模型，建立基于各个轮胎 旋转中心以及质心的横摆力矩；
52. 利用干扰观测器对各轮胎旋转中心的横摆力矩进行计算得到各轮胎旋转中心的侧 向力矩估计值；
53. 采用最小二乘法估计前后轮胎的侧向力之和；
54. 利用经验估计法分别计算前后轮的侧向力；
55. 将前后轮的侧向力转换为转向力矩并输出至助力电机中。
2. 根据权利要求1所述的转向系统转向力矩及轮胎侧向力估计方法，其特征在于，步 骤Sl中各个轮胎旋转中心以及质心的横摆力矩的具体计算方式如下： 质心的横摆力矩：
其中，Y为横摆角速度，户表示横摆角加速度，e为前后轮轮距，δ为前轮转角，fl、fr、 rl、rr分别表示左前、右前、左后、右后，X和y分别表示纵向和侧向，lf、L分别为整车质心 至前、后轴的距离，Fxfi为左前轮的纵向力，Fxft为右前轮的纵向力，Fxlr为左后轮的纵向力， Fm为右后轮的纵向力，Fyfl为左前轮的侧向力，Fyfr右前轮的侧向力，F yrl为左后轮的侧向 力，Fyrr为右后轮的侧向力T x。表示质心纵向力矩，T y。表示质心侧向力矩； m为整车质量，ax为车体纵向加速度，a y为车体侧向加速度，M &为各旋转中心的横摆力 矩，i = 1，2, 3, 4分别表示车辆左后轮、左前轮、右前轮、右后轮； Iz为整车绕铅垂轴转动惯量；T Mi、Tytji为各旋转中心纵向与侧向的横摆力矩，i = 1，2, 3, 4分别表示车辆左后轮、左前轮、右前轮、右后轮。
3. 根据权利要求2所述的转向系统转向力矩及轮胎侧向力估计方法，其特征在于，步 骤S2的具体计算过程如下：
进行拉普拉斯转换得到IzS Y (S) = Txo (S)+Tyo (S) ; (2) 进行低通滤波得到
进一步变换得到
其中，泠)为Y拉普拉斯变换估计值，Tx。作为干扰观测器的输入值，ξ。为轮胎侧向力 矩的初始值，f = 7-f为横摆角速度的测量值与估计值之差； 将上述公式（3)式减去公式（2)式得如下方程：
得到各旋转中心的侧向力矩估计值：
其中，t为Ty。拉普拉斯变换估计值，& = Γν。-?。为侧向力矩测量值与估计值之差，Kp、 I、Kd为PID控制器增益。
4. 根据权利要求3所述的转向系统转向力矩及轮胎侧向力估计方法，其特征在于，步 骤S3的具体估计过程如下：
通过使用最小二乘方法，找到一个矢量P满足
其中^表示纵向 力，Fy表示侧向力，+ ξ为横摆力矩估计的误差值，得到： 6 g为侧向力矩估计值； 其中，A为Fy的估计值； 1) 针对参考点〇, 〇为质心 Ty0^i (F yfi+Fyfr) lfcos δ -Ir (Fyrl+Fyrr) 2) 针对参考点01，01为左后轮旋转中心 Tyol^i (Fyfl+Fyfr) (If+Ir) COS 5 3) 针对参考点02, 02为左前轮旋转中心 Tyo2^ ~(Fyri+Fyrr) (lf+lr) 4) 针对参考点03, 03为右前轮旋转中心 TyoS^i ~(Fyri+Fyrr) (lf+lr) 5) 针对参考点04, 04为右后轮旋转中心 Ty0P O^yflC0S 3 将上式进行合并，得到如下方程：
从而得到：
表示前轮侧向力估计值。
5.根据权利要求4所述的转向系统转向力矩及轮胎侧向力估计方法，其特征在于，步 骤S4的具体计算过程如下： 休捉盡向士的十/1、按hk仿il4V配前轮侧向士
其中λ为不同侧向加速度下左右垂向力分配系数，z表示垂向力，Fzfl、Fzfr、Fzrl、 Fzrr、分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的垂向力，左前轮、右前轮、左后轮、右后轮 的垂向力根据车辆固有参数获取。
【专利摘要】本发明涉及一种带的转向力矩预估计的电动助力转向控制系统，更具体地，涉及转向系统转向力矩及轮胎侧向力估计方法。其包括如下步骤： S1.采集车辆的纵向力和侧向力，根据车辆的七自由度模型，建立基于各个轮胎旋转中心以及质心的横摆力矩；S2.利用干扰观测器对各轮胎旋转中心的横摆力矩进行计算得到各轮胎旋转中心的侧向力矩估计值；S3.采用最小二乘法估计前后轮胎的侧向力之和；S4.利用经验估计法分别计算前后轮的侧向力；S5.将前后轮的侧向力转换为转向力矩并输出至助力电机中。本发明无需使用复杂的非线性轮胎模型，估计结果精确较高，也不需要实时检测地面摩擦系数，对于环境的适应性更高。
【IPC分类】B62D5-04
【公开号】CN104527775
【申请号】CN201410799242
【发明人】高明, 姚常瓦, 赵斌
【申请人】株洲易力达机电有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月20日