汽车电动助力转向系统的预测控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种汽车电动助力转向系统的预测控制方法，其通过电枢电流预测控制和转向杆位移预测控制两个闭环控制实现；电枢电流环负责电枢电流跟随助力特性曲线期望的参考电流，以实现对助力力矩的精确控制；转向杆位移环负责实际的转向杆位移跟随期望的转向杆位移，以实现对车轮转向角的精确控制。

【技术实现步骤摘要】
汽车电动助力转向系统的预测控制方法
本专利技术涉及汽车的动力转向
，具体涉及一种汽车电动助力转向系统的预测控制方法。
技术介绍
汽车电动助力转向系统以其节能环保，易于装配，占用空间小，易于控制的特点，已逐渐成为汽车助力转向系统的主流。电动助力转向系统可以在汽车转向过程中，根据车速的变化提供不同的助力，从而提高汽车操纵的稳定性，其中控制系统的设计是电动助力转向系统的关键技术，电动助力转向系统控制性能的好坏，直接关系到汽车的操纵性和安全性。2012年，谭光兴，宋场，吴列军，宁胜花在2012年《计算机测量与控制》20卷第7期第1796-1799页发表论文“基于整车动力学模型的EPS预测控制策略仿真研究”，将广义预测控制算法引入到了汽车电动助力转向控制系统中，使得电动助力转向控制系统对未来的控制情况有了预见性，能够根据系统结构规划未来的控制输入。然而其所采用的广义预测控制参考轨迹仍旧是在恒值控制中所采用的参考轨迹形式，不适应于电动助力转向系统控制中目标助力电流快速多变的特点。
技术实现思路
为解决现有汽车电动助力转向系统的预测控制方法不适用于目标助力电流快速多变的应用环境的不足，本专利技术提供一种汽车电动助力转向系统的预测控制方法，使广义预测控制算法更适应于转向柱助力式电动助力转向系统快速多变的应用环境。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：汽车电动助力转向系统的预测控制方法，通过电枢电流预测控制和转向杆位移预测控制两个闭环控制实现；电枢电流环负责电枢电流跟随助力特性曲线期望的参考电流，以实现对助力力矩的精确控制；转向杆位移环负责实际的转向杆位移跟随期望的转向杆位移，以实现对车轮转向角的精确控制。上述汽车电动助力转向系统的预测控制方法，具体包括步骤如下：步骤1、采集整车车速V、驾驶员输入力矩Td、方向盘转角θs、助力电机电枢电流Ia以及转向杆位移Xr；步骤2、根据采集到的整车车速V和驾驶员输入力矩Td，通过查找模糊助力特性曲线得到助力电机目标电枢电流Im；根据采集到驾驶员输入力矩Td和方向盘转角θs，通过转向杆位移估计公式得到理想的转向杆位移Xrm；步骤3、用电流传感器采集助力电机的实际电枢电流Ia，结合步骤2得到的助力电机目标电枢电流Im，通过参考轨迹设定算法设定理想的助力电流参考轨迹序列用转向杆位移传感器采集转向杆的位移量Xr，结合步骤2得到的理想的转向杆位移Xrm，通过参考轨迹设定算法设定理想的转向杆位移的参考轨迹序列步骤4、确定CARIMA模型，并根据确定的电动助力转向系统的CARIMA模型得到未来的控制序列和未来电动助力转向系统电枢电流输出序列与未来转向杆位移输出序列的关系；步骤5、采用最小方差最优化法对理想的助力电流参考轨迹序列与未来电动助力转向系统电枢电流输出序列进行电流预测滚动优化，同时采用最小方差最优化法对理想的转向杆位移的参考轨迹序列与未来电动助力转向系统转向杆位移输出序列进行转向杆位移预测滚动优化，使得系统的未来输出序列与理想的参考轨迹序列趋近，使得未来的控制序列最优化；步骤6、将最优的未来的控制序列的第一项，即当前时刻最优的控制量施加到实际的被控对象电动助力转向系统助力电动机上，驱动助力电动机为驾驶员转向提供助力。步骤2中，转向杆位移估计公式如下：式中，Xrm为理想的转向杆位移，rp为转向齿轮半径，θs为方向盘转角，Td为驾驶员输入力矩，Ks为扭矩传感器的刚度系数。步骤3中，参考轨迹设定算法设定参考轨迹不是恒定值，参考轨迹向量为：N1为预测时域长度；参考轨迹确定方法如下：yr(k+1)＝yr(k)+u(k)参考轨迹未来的设定值ω并不是一个恒定量，其变化趋势恒定，其未来的设定值递推序列如下：ω(k+1)＝3×ω(k)-3×ω(k-1)+ω(k-2)其中，控制参考轨迹yr(k+1)趋近于变化的设定值ω(k+1)的参考轨迹控制量u(k)，采用增量式数字PID的形式确定，其公式如下：u(k)＝u(k-1)+Δu(k)Δu(k)＝kp×[e(k)-e(k-1)]+ki×e(k)+kd×[e(k)-2×e(k-1)+e(k-2)]其中kp，ki，kd为PID参数；e(k+1)＝ω(k+1)-yr(k+1)＝ω(k)+Δω(k)-yr(k)-u(k)＝e(k)+Δω(k)-u(k)控制要求|e(k+1)|≤|e(k)|；未来变化速率相同的设定值序列：ω(k+1)＝ω(k)+e(k)＝2ω(k)-ω(k-1)未来变化趋势相同的设定值序列e(k+1)＝e(k)+(e(k)-e(k-1))＝2×e(k)-e(k-1)ω(k+1)＝ω(k)+e(k+1)＝3ω(k)-3ω(k-1)+ω(k-2)未来变化的设定值要求限制其变化范围在当前设定值为中心的一个可允许的变化范围内|ω(k+N)-ω(k)|≤emax，emax为允许的最大变化范围。步骤3中，通过参考轨迹设定算法设定理想的助力电流参考轨迹序列的具体过程如下：Ir(k+1)＝Ir(k)+ui(k)参考轨迹未来的设定值Im并不是一个恒定量，其变化趋势恒定，其未来的设定值递推序列如下：Im(k+1)＝3×Im(k)-3×Im(k-1)+Im(k-2)其中，控制参考轨迹Ir(k+1)趋近于变化的设定值Im(k+1)的参考轨迹控制量ui(k)，采用增量式数字PID的形式确定，其公式如下：ui(k)＝ui(k-1)+Δui(k)Δui(k)＝kp×[ei(k)-ei(k-1)]+ki×ei(k)+kd×[ei(k)-2×ei(k-1)+ei(k-2)]其中kp，ki，kd为PID参数；ei(k+1)＝Im(k+1)-Ir(k+1)＝Im(k)+ΔIm(k)-Ir(k)-ui(k)＝ei(k)+ΔIm(k)-ui(k)控制要求|ei(k+1)|≤|ei(k)|；其中，参考轨迹的初始值Ir(k)＝Ia(k)、ui(k-1)＝0、ei(k)＝Im(k)-Ia(k)、ei(k-1)＝Im(k-1)-Ia(k-1)、ei(k-2)＝Im(k-2)-Ia(k-2)；其中，Ia(k)为当前电流传感器采集到的电枢电流，Ia(k-1)与Ia(k-2)为前两个采样时刻采集到的电枢电流；Im(k)为当前时刻的目标助力电流，Im(k-1)与Im(k-2)为前两个采样时刻的目标助力电流。步骤3中，通过参考轨迹设定算法设定理想的转向杆位移的参考轨迹序列的具体过程如下：Xrr(k+1)＝Xrr(k)+ur(k)参考轨迹未来的设定值Xrm并不是一个恒定量，其变化趋势恒定，其未来的设定值递推序列如下：Xrm(k+1)＝3×Xrm(k)-3×Xrm(k-1)+Xrm(k-2)其中，控制参考轨迹Xrr(k+1)趋近于变化的设定值Xrm(k+1)的参考轨迹控制量ur(k)，采用增量式数字PID的形式确定，其公式如下：ur(k)＝ur(k-1)+Δur(k)Δur(k)＝kp×[er(k)-er(k-1)]+ki×er(k)+kd×[er(k)-2×er(k-1)+er(k-2)]其中kp，ki，kd为PID参数；er(k+1)＝Xrm(k+1)-Xrr(k+1)＝Xrm(k)+ΔXrm(k)-Xrr(k)-ur(k)＝er(k)+ΔXrm(k)-ur(k)控制要求|er(k+1)|≤|e本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车电动助力转向系统的预测控制方法，其特征是，通过电枢电流预测控制和转向杆位移预测控制两个闭环控制实现；电枢电流环负责电枢电流跟随助力特性曲线期望的参考电流，以实现对助力力矩的精确控制；转向杆位移环负责实际的转向杆位移跟随期望的转向杆位移，以实现对车轮转向角的精确控制。

【技术特征摘要】
1.一种汽车电动助力转向系统的预测控制方法，其特征是，通过电枢电流预测控制和转向杆位移预测控制两个闭环控制实现；电枢电流环负责电枢电流跟随助力特性曲线期望的参考电流，以实现对助力力矩的精确控制；转向杆位移环负责实际的转向杆位移跟随期望的转向杆位移，以实现对车轮转向角的精确控制，即具体包括步骤如下：步骤1、采集整车车速V、驾驶员输入力矩Td、方向盘转角θs、助力电机电枢电流Ia以及转向杆位移Xr；步骤2、根据采集到的整车车速V和驾驶员输入力矩Td，通过查找模糊助力特性曲线得到助力电机目标电枢电流Im；根据采集到驾驶员输入力矩Td和方向盘转角θs，通过转向杆位移估计公式得到理想的转向杆位移Xrm；步骤3、用电流传感器采集助力电机的实际电枢电流Ia，结合步骤2得到的助力电机目标电枢电流Im，通过参考轨迹设定算法设定理想的助力电流参考轨迹序列用转向杆位移传感器采集转向杆的位移量Xr，结合步骤2得到的理想的转向杆位移Xrm，通过参考轨迹设定算法设定理想的转向杆位移的参考轨迹序列步骤4、确定CARIMA模型，并根据确定的电动助力转向系统的CARIMA模型得到未来的控制序列和未来电动助力转向系统电枢电流输出序列与未来转向杆位移输出序列的关系；步骤5、采用最小方差最优化法对理想的助力电流参考轨迹序列与未来电动助力转向系统电枢电流输出序列进行电流预测滚动优化，同时采用最小方差最优化法对理想的转向杆位移的参考轨迹序列与未来电动助力转向系统转向杆位移输出序列进行转向杆位移预测滚动优化，使得系统的未来输出序列与理想的参考轨迹序列趋近，使得未来的控制序列最优化；步骤6、将最优的未来的控制序列的第一项，即当前时刻最优的控制量施加到实际的被控对象电动助力转向系统助力电动机上，驱动助力电动机为驾驶员转向提供助力。2.根据权利要求1所述的汽车电动助力转向系统的预测控制方法，其特征是，步骤2中，转向杆位移估计公式如下：式中，Xrm为理想的转向杆位移，rp为转向齿轮半径，θs为方向盘转角，Td为驾驶员输入力矩，Ks为扭矩传感器的刚度系数。3.根据权利要求1所述的汽车电动助力转向系统的预测控制方法，其特征是，步骤3中，参考轨迹设定算法设定参考轨迹不是恒定值，参考轨迹向量为：N1为预测时域长度；参考轨迹确定方法如下：yr(k+1)＝yr(k)+u(k)参考轨迹未来的设定值ω并不是一个恒定量，其变化趋势恒定，其未来的设定值递推序列如下：ω(k+1)＝3×ω(k)-3×ω(k-1)+ω(k-2)其中，控制参考轨迹yr(k+1)趋近于变化的设定值ω(k+1)的参考轨迹控制量u(k)，采用增量式数字PID的形式确定，其公式如下：u(k)＝u(k-1)+△u(k)△u(k)＝kp×[e(k)-e(k-1)]+ki×e(k)+kd×[e(k)-2×e(k-1)+e(k-2)]其中kp,ki,kd为PID参数；△ω(k)＝ω(k+1)-ω(k)；e(k)＝ω(k)-yr(k)；控制要求|e(k+1)|≤|e(k)|；未来变化速率相同的设定值序列：ω(k+1)＝ω(k)+e(k)＝2ω(k)-ω(k-1)未来变化趋势相同的设定值序列e(k+1)＝e(k)+(e(k)-e(k-1))＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向文，李靖，许勇，党选举，伍锡如，莫太平，潘明，任风华，徐金龙，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45