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原文传递一种汽车主动前轮转向系统的容错控制方法

专利名称：	一种汽车主动前轮转向系统的容错控制方法
摘要：	本发明公开了一种汽车主动前轮转向系统的容错控制方法，包括下述步骤：步骤一，基于理想的车辆前轮转向系统动力学模型，以其作为汽车运行过程中的参考模型，用于输出汽车的实际运动状态信息，包括汽车横向速度、横摆角速度、质心侧偏角和横向轮胎力；步骤二，由于车辆的质量随着乘客数量变化而改变，其值在一定范围内波动，因此对存在于车辆模型中的不确定参数，采用Takagi‑Sugeno，即T‑S模糊的方法进行处理；本发明的控制方法具有结构简单，运算量小，便于实现等优点；并且，前轮转向角控制和横摆力矩控制的结合使得本发明方案在控制效果上优于单一方式的控制方法，复合控制一方面能保证较好的转角精度，另一方面能获得较好的控制效果。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	广东工业大学
发明人：	李鸿一;陈林;周琪;李攀硕;任鸿儒
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910243727.5
公开号：	CN110126816A
代理机构：	广东广信君达律师事务所
代理人：	杜鹏飞;杨晓松
分类号：	B60W30/045(2012.01);B;B60;B60W;B60W30
申请人地址：	510062 广东省广州市大学城外环西路100号
主权项：	1.一种汽车主动前轮转向系统的容错控制方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一，基于理想的车辆前轮转向系统动力学模型，以其作为汽车运行过程中的参考模型，用于输出汽车的实际运动状态信息，包括汽车横向速度、横摆角速度、质心侧偏角和横向轮胎力；步骤二，由于车辆的质量随着乘客数量变化而改变，其值在一定范围内波动，因此对存在于车辆模型中的不确定参数，采用Takagi-Sugeno，即T-S模糊的方法进行处理；步骤三，在一定范围的扰动情况下，车辆运行中会发生执行器故障，则需要构建一个执行器故障模型；步骤四，将驾驶员提供的方向盘转角和由CAN总线收发器通过CAN总线采集的实际车速作为车辆模型的输入，在信号传输过程中，考虑到时延的影响，则需要构建一个时延模型；同时通过设计有效的前轮转向角控制器和横摆力矩控制器来保证车辆行驶的稳定性，提高车辆的控制性能。 2.根据权利要求1所述的汽车主动前轮转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤一中理想的车辆前轮转向系统动力学模型具体构造过程如下：构建车辆转向系统的动力学模型：其中vx和vy分别表示车辆的纵向速度和横向速度，m表示车辆的质量，lz表示车辆的转动惯量，Γz表示车辆的横摆角速度，ω1(t)和ω2(t)表示车辆的外界干扰，Fyf和Fyr分别表示车辆的前后轮横向轮胎力，Δ表示车辆的横摆力矩；车辆的前后轮横向轮胎力可以表示为： Fyi＝ζiαi,(i＝f,r)， (2) 上式中，ζi表示轮胎侧偏刚度，αi表示轮胎的偏离角，并且可以得到：上式中，表示前轮转向角；定义系统的状态变量控制输入外部干扰根据公式(1)至(3)，则车辆模型的状态方程可以整理为：系统矩阵为：系统的测量输出y(t)可以表示为： y(t)＝ζ1χ(t)， (5) 上式中，ζ1＝[01]；系统的控制输出z(t)可以表示为： z(t)＝ζ2χ(t)， (6) 上式中，ζ2＝diag{1,1}；有效的状态反馈控制器设计可以保证系统稳定，并且满足H∞的性能：上式中，λ表示一个正常量。 3.根据权利要求1所述的汽车主动前轮转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤二中T-S模糊模型的具体构造过程如下：由于车辆的质量是伴随负载和乘客数量变化而发生改变的，车辆的质量m和转动惯量lz将成为一个变化的参数；基于公式(4)至(7)，通过采用T-S模糊模型的方法，假设m(t)∈[mmin mmax]和lz(t)∈[lzmin lzmax],可以得到含有执行器故障的模糊车辆模型：其中，ξi(θ(t))表示隶属度函数。 4.根据权利要求1所述的汽车主动前轮转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤三中执行器故障模型的具体构造过程如下：在实际的系统中，执行器故障是不可避免的，它会降低转向系统的性能；执行器故障模型可以表示为： μf(t)＝δaμ(t)， (9) 其中，矩阵变量δa＝diag{δa1,δa2,...,δas}，并且变量δai(i＝1,2,...,s)满足不等式则未知的参数δa可以表示为： δa＝δa0(I+ρa),\|ρa\|≤Ja≤I。 (10) 5.根据权利要求1所述的汽车主动前轮转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤四中时延模型的具体构造过程如下：在信息传输的过程中，考虑时延和数据丢包的影响，则可得到：上式中，σ(k)表示在采样时刻的数据丢包的数量tk，h表示采样周期，τk表示时延。 6.根据权利要求1所述的汽车主动前轮转向系统的容错控制方法，其特征在于，所述步骤四中前轮转向角控制器和横摆力矩控制器的具体构造过程如下：设计的前轮转向角控制器和横摆力矩控制器可以表示为：其中，K表示期望的控制器增益；因此，采用前轮转向角控制器和横摆力矩控制器对车辆转向系统进行实时控制，保证系统稳定，并且满足H∞性能。
所属类别：	发明专利