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，它具有實現(xiàn)主動轉(zhuǎn)向以及可變轉(zhuǎn)向盤力矩反饋的功能，它的設(shè)計靈活，簡化結(jié)構(gòu)等特點受到大眾的追捧。對線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，特別強調(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)的運行強烈地依賴于傳感器信號的屬性，這也導致其可靠性較傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大大降低了。為了解決這一問題，提出運用卡爾曼濾波估計的方法減少傳感器的數(shù)量，以提高精度。但同時，也引出了另外一個問題——濾波發(fā)散。系統(tǒng)的數(shù)學模型或者噪聲的統(tǒng)計特性不準確，不能反映系統(tǒng)真實的物理過程，這些因素會使得卡爾曼濾波發(fā)散。

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

因此，對線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配備一個可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波器和一個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)向電機的驅(qū)動電流，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a、路感電機電流傳感器(6)、轉(zhuǎn)向電機b、轉(zhuǎn)向電機電流傳感器(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、濾波估計模塊l、安全判斷模塊p以及控制信號疊加模塊c，其中。

所述方向盤(1)通過連接機構(gòu)y的轉(zhuǎn)向管柱與路感電機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，方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器(3)采集方向盤(1)上施加的力矩信號，所測得的轉(zhuǎn)角信號和力矩信號輸入到濾波估計模塊l的輸入端和轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。

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

所述轉(zhuǎn)向電機b與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器(4)相連，轉(zhuǎn)向電機電流傳感器(7)與轉(zhuǎn)向電機b安裝在一起，所述轉(zhuǎn)向電機電流傳感器(7)檢測輸入轉(zhuǎn)向電機b的電流信號，并將檢測到的輸入轉(zhuǎn)向電機b的電流信號輸入到轉(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，并將檢測到的位移信號輸入到濾波估計模塊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)用于檢測前輪的轉(zhuǎn)向角的信號，所述車速傳感器(9)用于檢測汽車的實時的車速信號。測得的轉(zhuǎn)向角的信號和車速輸入到濾波估計模塊l的輸入端。

所述濾波估計模塊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，借助獲得的傳感器信號，運用抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計算法，估計出實時的汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，估計得到的數(shù)據(jù)輸入到安全判斷模塊p。

所述安全判斷模塊p接收濾波估計模塊l輸入的質(zhì)心側(cè)偏角的數(shù)據(jù)，判斷汽車實時的質(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)偏角處于危險范圍，它會將危險信號輸入到控制信號疊加模塊c。

所述控制信號疊加模塊c，接收到汽車危險信號后，通過汽車魯棒控制器的計算，輸出疊加的控制信號到轉(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)、路感電機電流傳感器(6)和轉(zhuǎn)向電機電流傳感器(7)的信號，一方面接收控制信號疊加模塊c的疊加信號。當汽車安全時，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)、路感電機電流傳感器(6)和轉(zhuǎn)向電機電流傳感器(7)的信號進行計算，輸出電子信號以驅(qū)動路感電機a和轉(zhuǎn)向電機b輸出電流。當汽車不安全時，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)、路感電機電流傳感器(6)和轉(zhuǎn)向電機電流傳感器(7)的信號外，還要接收控制信號疊加模塊c的疊加信號，結(jié)合兩者的信號計算，輸出電子信號以驅(qū)動路感電機a和轉(zhuǎn)向電機b輸出電流，以控制路感電機a、轉(zhuǎn)向電機b產(chǎn)生相應(yīng)的力矩，從而得到準確而穩(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，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，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，前輪轉(zhuǎn)角傳感器8采集前輪的轉(zhuǎn)向角的信號，車速傳感器8采集到汽車的實時的車速信號，濾波估計模塊l借助傳感器輸入的信號，運用抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計算法，估算出實時的汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，并將此信號輸入到安全判斷模塊p中。

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

步驟4，控制信號疊加模塊c，接收到汽車危險信號后，通過汽車魯棒控制器的計算，輸出疊加的控制信號到轉(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)輸入的信號輸出適當?shù)碾娮有盘栆则?qū)動控制路感電機a、轉(zhuǎn)向電機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中濾波估計模塊l借助傳感器輸入的信號，運用抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計算法，估算出實時的汽車的質(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)動慣量。δf為汽車前輪轉(zhuǎn)角。

步驟2.2：對估計系統(tǒng)的時間進行更新。

往前一時刻推算系統(tǒng)的狀態(tài)變量：

往前一時刻推算系統(tǒng)的誤差變量：

步驟2.3：對估計系統(tǒng)的量測更新過程。

計算卡爾曼濾波增益：

由觀測量zk更新估計：

更新誤差方程：

其中：為系統(tǒng)k時刻的狀態(tài)變量，k為時間步長，為利用上一個狀態(tài)預測的結(jié)果，uk為控制變量，為k時刻對應(yīng)的協(xié)方差矩陣，為利用上一個狀態(tài)預測k時刻的協(xié)方差矩陣zk為測量向量，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為測量噪聲協(xié)方差矩陣，kk為增益系數(shù)，zk為k時刻的觀測量。

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發(fā)散，增大濾波誤差方差陣的方法如下：

計算得加權(quán)系數(shù)

其中：sk為加權(quán)系數(shù)，εk為新息序列。

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

步驟4.1：建立控制對象的模型

本控制器的控制對象是線控系統(tǒng)中的執(zhí)行電機，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]，量測輸出為y＝[β]，擾動輸入為w＝[θhfvtr]^t，評價輸出z＝[z1z2z3]^t，建立的控制對象模型如下：

其中：

式中：jm是轉(zhuǎn)向電機的轉(zhuǎn)動慣量。bm轉(zhuǎn)向電機的阻尼系數(shù)。km是轉(zhuǎn)向電機及減速機構(gòu)總成的剛度系數(shù)。n是方向盤到前輪的總的傳動比。e橫風等效作用點距離質(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)向風干擾。tr為助力電機反電動勢。θr為疊加的轉(zhuǎn)角。

步驟4.2：設(shè)計魯棒控制器

系統(tǒng)的廣義控制對象為：

式中：gunc為考慮系統(tǒng)攝動的不確定性模型。

設(shè)計目標是求解控制器c使增廣被控對象內(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)的評價輸出。該系統(tǒng)的擾動輸入β^*為理想的橫擺角速度，控制輸入u為前輪的補償轉(zhuǎn)角，干擾輸入為理想的前輪轉(zhuǎn)角δf^*、側(cè)向風干擾fv以及路面的干擾力矩tr。

為進行μ綜合魯棒控制器的設(shè)計，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是想整個閉環(huán)系統(tǒng)變得穩(wěn)定，則：

其中：設(shè)m(s)＝fl(p,c)為無模型攝動下的系統(tǒng)閉環(huán)矩陣，m為廣義對象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，運用卡爾曼濾波估計器進行參數(shù)估計，這能減少汽車傳感器的使用數(shù)量。

2)運用具有抑制濾波發(fā)散功能的卡爾曼濾波估計器估計得到汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，較普通的卡爾曼濾波器，其可以得到較為準確的數(shù)據(jù)，進而使得線控轉(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)計一個魯棒控制器，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)計出的穩(wěn)定性控制策略為汽車提供一個附加轉(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a、路感電機電流傳感器6、轉(zhuǎn)向電機b、轉(zhuǎn)向電機電流傳感器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、濾波估計模塊l、安全判斷模塊p、控制信號疊加模塊c以及轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實例僅用于說明本發(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)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(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a、路感電機電流傳感器6、轉(zhuǎn)向電機b、轉(zhuǎn)向電機電流傳感器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、濾波估計模塊l、安全判斷模塊p、控制信號疊加模塊c以及轉(zhuǎn)向電子控制單元ecu。

所述方向盤(1)通過連接機構(gòu)轉(zhuǎn)向管柱(y)與路感電機(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，所測得信號輸入到濾波估計模塊(l)的輸入端。

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

所述轉(zhuǎn)向電機(b)與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器(4)相連，轉(zhuǎn)向電機電流傳感器(7)與轉(zhuǎn)向電機(b)安裝在一起，檢測輸入轉(zhuǎn)向電機的電流信號，另外一部分作為信號輸入到轉(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)，位置傳感器信號輸入到濾波估計模塊的輸入端。此外，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器借助其他的一些機械機構(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，其測得信號輸入到濾波估計模塊的輸入端。

所述濾波估計模塊(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，借助獲得的傳感器信號，運用可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計算法，估計出實時的汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，估計得到的數(shù)據(jù)輸入到安全判斷模塊。

所述安全判斷模塊(p)，接收濾波估計模塊輸入的質(zhì)心側(cè)偏角的數(shù)據(jù)，判斷汽車實時的質(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)偏角處于危險范圍，它會將危險信號輸入到控制信號疊加模塊。

所述控制信號疊加模塊(c)，接收到汽車危險信號后，通過汽車魯棒控制器的計算，輸出疊加的控制信號到轉(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，一方面接收控制信號疊加模塊的疊加信號。當汽車安全時，依據(jù)傳感器信號計算，輸出適當?shù)碾娮有盘栆则?qū)動電機輸出電流。當汽車不安全時，轉(zhuǎn)向電子控制單元除了接收傳感器信號外，還要接收控制信號疊加模塊的疊加信號，結(jié)合兩者的信號計算，輸出適當?shù)碾娮有盘栆则?qū)動電機輸出電流。此外，電子控制單元的另外兩個輸入端接收路感電機電流傳感器以及轉(zhuǎn)向電機電流傳感器輸入的電流信號。

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)向器等機構(gòu)將力矩以及轉(zhuǎn)角傳遞到前輪，以實現(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，方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器采集方向盤上施加的力矩的信號，位置傳感器采集齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中齒條的位移信號，前輪轉(zhuǎn)角傳感器采集前輪的轉(zhuǎn)向角的信號，車速傳感器采集到汽車的實時的車速信號，采集到的信號傳輸?shù)綖V波估計模塊中，經(jīng)過該模塊運用可抑制發(fā)散的卡爾曼濾波估計算法，得出實時的汽車的質(zhì)心側(cè)偏角，并將此信號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器對汽車的運動狀態(tài)重構(gòu)，以估計汽車實時質(zhì)心側(cè)偏角，其估計的具體步驟如下：

步驟2.1：建立整車線性二自由度的整車模型。

步驟2.2：對估計系統(tǒng)的時間進行更新。

往前一時刻推算系統(tǒng)的狀態(tài)變量：

往前一時刻推算系統(tǒng)的誤差變量：

步驟2.3：對估計系統(tǒng)的量測更新過程。

計算卡爾曼濾波增益：

由觀測量zk更新估計：

更新誤差方程：

其中：為系統(tǒng)k時刻的狀態(tài)變量，k為時間步長，為利用上一個狀態(tài)預測的結(jié)果，uk為控制變量，為k時刻對應(yīng)的協(xié)方差矩陣，為利用上一個狀態(tài)預測k時刻的協(xié)方差矩陣zk為測量向量，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為測量噪聲協(xié)方差矩陣，kk為增益系數(shù)，zk為k時刻的觀測量。

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發(fā)散。

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

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

從而

計算得加權(quán)系數(shù)

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

步驟3：安全判斷模塊接收濾波估計模塊輸入的質(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)信號判斷是否驅(qū)動控制信號疊加模塊。

對質(zhì)心側(cè)偏角的安全范圍對于給定的轉(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。當質(zhì)心側(cè)偏角很大時，輪胎會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。

所要控制的目標質(zhì)心側(cè)偏角βr定義為：

步驟4：控制信號疊加模塊，接收到汽車危險信號后，通過汽車魯棒控制器的計算，輸出疊加的控制信號到轉(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：建立控制對象的模型

本控制器的控制對象是線控系統(tǒng)中的執(zhí)行電機，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]，量測輸出為y＝[β]，擾動輸入為w＝[θhfvtr]^t，評價輸出z＝[z1z2z3]^t，建立的控制對象模型如下：

其中：

c2＝[0010]。d21＝[000]。d22＝[0]。

式中：jm是轉(zhuǎn)向電機的轉(zhuǎn)動慣量。bm轉(zhuǎn)向電機的阻尼系數(shù)。km是轉(zhuǎn)向電機及減速機構(gòu)總成的剛度系數(shù)。n是方向盤到前輪的總的傳動比。e橫風等效作用點距離質(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)向風干擾。tr為助力電機反電動勢。θr為疊加的轉(zhuǎn)角。

步驟2：設(shè)計魯棒控制器。

系統(tǒng)的廣義控制對象為：

式中：gunc為考慮系統(tǒng)攝動的不確定性模型。

設(shè)計目標是求解控制器c使增廣被控對象內(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)的評價輸出。該系統(tǒng)的擾動輸入β^*為理想的橫擺角速度，控制輸入u為前輪的補償轉(zhuǎn)角，干擾輸入為理想的前輪轉(zhuǎn)角δf^*、側(cè)向風干擾fv以及路面的干擾力矩tr。

為進行μ綜合魯棒控制器的設(shè)計，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是想整個閉環(huán)系統(tǒng)變得穩(wěn)定，則：

其中：設(shè)m(s)＝fl(p,c)為無模型攝動下的系統(tǒng)閉環(huán)矩陣，m為廣義對象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為對角常數(shù)縮放矩陣。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出：對于本技術(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和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。