本發(fā)明涉及車輛，尤其涉及一種系統(tǒng)摩擦力矩的估算方法及裝置、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和車輛。

背景技術(shù)：

1、目前的eps(electrical?power?steering，eps，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng))助力系統(tǒng)中，由于增加了減速器等零部件，使得系統(tǒng)摩擦力矩增加。為了提升轉(zhuǎn)向過程中的手感，可以基于系統(tǒng)摩擦力矩設(shè)定一個補(bǔ)償常數(shù)，在轉(zhuǎn)向過程中進(jìn)行補(bǔ)償。

2、顯然，在不同工況下，系統(tǒng)摩擦力矩大小不一，現(xiàn)有補(bǔ)償方式單一，對轉(zhuǎn)向手感體驗的提升有限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種系統(tǒng)摩擦力矩的估算方法及裝置、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和車輛，以解決相關(guān)技術(shù)中的不足。

2、根據(jù)本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種系統(tǒng)摩擦力矩的估算方法，應(yīng)用于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊，所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和主銷和輪胎；轉(zhuǎn)向器包括小齒輪和與所述小齒輪嚙合的齒條，所述齒條與所述轉(zhuǎn)向橫拉桿鉸接，所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的另一端與所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸接，所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂與所述輪胎固連，所述齒條拉動所述轉(zhuǎn)向橫拉桿往復(fù)移動，以驅(qū)動所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂和所述輪胎繞所述主銷轉(zhuǎn)動；

3、所述估算方法包括：

4、通過滑模觀測器觀測得到所述前軸側(cè)向力的估計值；

5、獲取所述前軸側(cè)向力與主銷力矩mkp之間的函數(shù)關(guān)系；

6、基于mkp＝frackrarm、所述前軸側(cè)向力與主銷力矩mkp之間的函數(shù)關(guān)系和所述前軸側(cè)向力的估計值，得到估算的齒條力，其中，frack為齒條力，rarm為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度；

7、基于所述估算的齒條力、系統(tǒng)摩擦力矩-齒條力的函數(shù)模型，得到估算的系統(tǒng)摩擦力矩。

8、可選的，所述通過滑模觀測器觀測得到所述前軸側(cè)向力的估計值，包括：

9、定義滑模觀測器的觀測狀態(tài)向量為輸出向量為

10、根據(jù)下述滑模觀測器觀測得到所述前軸側(cè)向力的估計值，

11、

12、其中，izz為車體橫擺轉(zhuǎn)動慣量、lf為車輛質(zhì)心到前輪軸的距離、lr為車輛質(zhì)心到后輪軸的距離、fyf為車輛前軸側(cè)向力、fyr為車輛后軸側(cè)向力、為車輛橫擺角速度、ay為車輛側(cè)向加速度的實際值、ρ1、ρ2、ρ3、ρ4、ρ5和ρ6均為增益常數(shù)、sgn(e)為符號函數(shù)，帶有∧上標(biāo)的均表示為估計值，未帶有∧符號的均表示為實際值。

13、可選的，還包括：

14、根據(jù)車輛二自由度動力學(xué)模型、滑模面模型和增益系數(shù)模型，獲取所述滑模觀測器；

15、其中，所述車輛二自由度動力學(xué)模型為：

16、

17、滑模面模型為：

18、

19、增益系數(shù)模型為：

20、

21、其中，m為整車質(zhì)量；ay為車輛側(cè)向加速度；izz為車體橫擺轉(zhuǎn)動慣量；為車輛橫擺角速度；lf為車輛質(zhì)心到前輪軸的距離；lr為車輛質(zhì)心到后輪軸的距離；fyf為車輛前軸側(cè)向力；fyr為車輛后軸側(cè)向力；ρ*為滑模觀測器的未知增益系數(shù)；

22、定義滑模觀測器設(shè)計模型的誤差狀態(tài)向量為系統(tǒng)狀態(tài)向量與觀測向量之差，得到觀測誤差微分方程；

23、所述誤差狀態(tài)向量如下；

24、

25、所述觀測誤差微分方程如下：

26、

27、其中，帶有～上標(biāo)的表示為誤差值

28、選取滑模觀測器方程的增益系數(shù)ρ*，使誤差狀態(tài)向量漸進(jìn)地趨近于零。

29、可選的，還包括：

30、將替代所述滑模觀測器中的sgn(e)的符號函數(shù)。

31、可選的，所述前軸側(cè)向力與主銷力矩之間的函數(shù)關(guān)系為：

32、mkp＝fyrτcosτcosσcosδk+mzcosτcosσ+gfnσcosτsinσcosσsinδk；

33、輪胎的側(cè)偏特性處于線性區(qū)間時滿足，mz＝fynp；

34、mkp為主銷力矩；fy＝fyf為車輛前軸側(cè)向力，rτ為主銷接地中心與輪胎接地中心之間的水平距離，τ為車輛前輪主銷后傾角，σ為車輛前輪主銷內(nèi)傾角，δk為車輛前輪主銷轉(zhuǎn)角，mz為車輛前輪自回正力矩，gf為車輛前軸載荷，nσ為車輛前輪主銷與車輪中心處在車身長度方向上的距離，np為輪胎氣動拖距。

35、可選的，所述基于所述齒條力與系統(tǒng)摩擦力矩之間的函數(shù)關(guān)系，得到估算的系統(tǒng)摩擦力矩，包括：

36、以預(yù)設(shè)齒條力作為橫軸，系統(tǒng)摩擦力矩預(yù)算值為縱軸，繪制所述系統(tǒng)摩擦力矩預(yù)算值和所述齒條力之間的離散點(diǎn)圖；其中，tf＝tmir-frackrp，其中，tm為轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動力矩，ir是減速器速比，rp為轉(zhuǎn)向器小齒輪的節(jié)圓半徑，tf為系統(tǒng)摩擦力矩預(yù)算值；

37、將上述離散點(diǎn)圖進(jìn)行擬合，得到所述系統(tǒng)摩擦力矩-齒條力之間的函數(shù)模型。

38、根據(jù)本發(fā)明實施例的第二方面，提供一種系統(tǒng)摩擦力矩的估算裝置，應(yīng)用于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊，所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和主銷和輪胎；轉(zhuǎn)向器包括小齒輪和與所述小齒輪嚙合的齒條，所述齒條與所述轉(zhuǎn)向橫拉桿鉸接，所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的另一端與所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸接，所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂與所述輪胎固連，所述齒條拉動所述轉(zhuǎn)向橫拉桿往復(fù)移動，以驅(qū)動所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂和所述輪胎繞所述主銷轉(zhuǎn)動；

39、所述估算裝置包括：

40、觀測模塊，通過滑模觀測器觀測得到所述前軸側(cè)向力的估計值；

41、第一獲取模塊，獲取前軸側(cè)向力與主銷力矩mkp之間的函數(shù)關(guān)系；

42、估算模塊，基于mkp＝frackrarm、所述前軸側(cè)向力與主銷力矩mkp之間的函數(shù)關(guān)系和所述前軸側(cè)向力的估計值，得到估算的齒條力，其中，frack為齒條力，rarm為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度；

43、第二獲取模塊，基于所述估算的齒條力、系統(tǒng)摩擦力矩-齒條力的函數(shù)模型，得到估算的系統(tǒng)摩擦力矩。

44、根據(jù)本發(fā)明實施例的第三方面，提供一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括處理器，所述處理器被配置為執(zhí)行如上述中任一項所述方法的步驟

45、根據(jù)本發(fā)明實施例的第四方面，提供一種車輛，括如上述中任一項所述的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

46、根據(jù)本發(fā)明實施例的第五方面，提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)指令，該指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述中任一項所述方法的步驟。

47、本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

48、由上述實施例可知，本發(fā)明建立的滑模觀測器以及前軸側(cè)向力與主銷力矩之間的函數(shù)關(guān)系，能夠?qū)崟r觀測轉(zhuǎn)向齒條力，進(jìn)一步結(jié)合本發(fā)明建立的齒條力-系統(tǒng)摩擦力矩函數(shù)模型，能夠?qū)崟r估計轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的系統(tǒng)摩擦力矩，有利于在線控轉(zhuǎn)向過程中對系統(tǒng)摩擦力矩進(jìn)行實時補(bǔ)償，優(yōu)化線控轉(zhuǎn)向控制。

49、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

技術(shù)特征：

1.一種系統(tǒng)摩擦力矩的估算方法，其特征在于，應(yīng)用于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊，所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和主銷和輪胎；轉(zhuǎn)向器包括小齒輪和與所述小齒輪嚙合的齒條，所述齒條與所述轉(zhuǎn)向橫拉桿鉸接，所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的另一端與所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸接，所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂與所述輪胎固連，所述齒條拉動所述轉(zhuǎn)向橫拉桿往復(fù)移動，以驅(qū)動所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂和所述輪胎繞所述主銷轉(zhuǎn)動；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估算方法，其特征在于，所述通過滑模觀測器觀測得到所述前軸側(cè)向力的估計值，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的估算方法，其特征在于，還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的估算方法，其特征在于，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的估算方法，其特征在于，所述前軸側(cè)向力與主銷力矩之間的函數(shù)關(guān)系為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估算方法，其特征在于，所述基于所述齒條力與系統(tǒng)摩擦力矩之間的函數(shù)關(guān)系，得到估算的系統(tǒng)摩擦力矩，包括：

7.一種系統(tǒng)摩擦力矩的估算裝置，其特征在于，應(yīng)用于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊，所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和主銷和輪胎；轉(zhuǎn)向器包括小齒輪和與所述小齒輪嚙合的齒條，所述齒條與所述轉(zhuǎn)向橫拉桿鉸接，所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的另一端與所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸接，所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂與所述輪胎固連，所述齒條拉動所述轉(zhuǎn)向橫拉桿往復(fù)移動，以驅(qū)動所述轉(zhuǎn)向節(jié)臂和所述輪胎繞所述主銷轉(zhuǎn)動；

8.一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，包括處理器，所述處理器被配置為執(zhí)行如權(quán)利要求1-6中任一項所述方法的步驟。

9.一種車輛，其特征在于，包括如權(quán)利要求8所述的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

10.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)指令，其特征在于，該指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-6中任一項所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明是關(guān)于一種系統(tǒng)摩擦力矩的估算方法及裝置、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和車輛。估算方法應(yīng)用于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊，轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的齒條與轉(zhuǎn)向橫拉桿鉸接，轉(zhuǎn)向橫拉桿的另一端與轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸接，轉(zhuǎn)向節(jié)臂與輪胎固連，齒條拉動轉(zhuǎn)向橫拉桿往復(fù)移動，以驅(qū)動轉(zhuǎn)向節(jié)臂和輪胎繞主銷轉(zhuǎn)動；估算方法包括：通過滑模觀測器觀測得到前軸側(cè)向力的估計值；獲取前軸側(cè)向力與主銷力矩M<subgt;kp</subgt;之間的函數(shù)關(guān)系；基于M<subgt;kp</subgt;＝F<subgt;rack</subgt;r<subgt;arm</subgt;、前軸側(cè)向力與主銷力矩M<subgt;kp</subgt;之間的函數(shù)關(guān)系和前軸側(cè)向力的估計值，得到估算的齒條力，其中，F(xiàn)<subgt;rack</subgt;為齒條力，r<subgt;arm</subgt;為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度；基于所述估算的齒條力、系統(tǒng)摩擦力矩?齒條力的函數(shù)模型，得到估算的系統(tǒng)摩擦力矩。

技術(shù)研發(fā)人員：胡岳偉,季學(xué)武,陶書鑫,劉賀,董梒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2