基于線控轉(zhuǎn)向車輛轉(zhuǎn)向盤扭矩預(yù)測(cè)的開環(huán)模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

（青島理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東 青 島 2 66033）

汽車線性轉(zhuǎn)向技術(shù)（SBW）是指應(yīng)用智能機(jī)電一體化方法來(lái)取代應(yīng)用復(fù)雜機(jī)械進(jìn)行轉(zhuǎn)向的新的一代轉(zhuǎn)向技術(shù)，其取消了在轉(zhuǎn)向輪和操作員界面（通常指轉(zhuǎn)向盤）之間安裝的機(jī)械連接。線性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向盤總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成、力矩傳感器和轉(zhuǎn)向盤回正力矩電機(jī)四個(gè)主要部分。其工作原理是通過(guò)傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角，將駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖傳遞給主控制器，同時(shí)，主控制器反饋回來(lái)的信號(hào)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤回正力矩，以提供駕駛員相應(yīng)的轉(zhuǎn)向感覺(jué)。

本文針對(duì)如何提供真實(shí)的轉(zhuǎn)向感覺(jué)，如何模擬真實(shí)的路感方面做了大量的研究。提供真實(shí)的轉(zhuǎn)向感覺(jué)是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，本文通過(guò)模擬的方法，建立了轉(zhuǎn)向盤扭矩預(yù)測(cè)的開環(huán)模型，通過(guò)由傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角、速度等參數(shù)確定轉(zhuǎn)向盤反饋力矩。

1 研究現(xiàn)狀

提供真實(shí)的轉(zhuǎn)向感覺(jué)是SBW汽車發(fā)展過(guò)程中必須要考慮的重要因素，解決問(wèn)題的關(guān)鍵是要為SBW汽車研制力矩反饋裝置，為駕駛員提供想要的力矩感覺(jué)，雖然在怎樣達(dá)到提供想要的力矩感覺(jué)這個(gè)問(wèn)題上眾說(shuō)紛紜，但是根據(jù)人體工程學(xué)的觀點(diǎn)達(dá)成的一些共識(shí)，在追求SBW汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略上有著重要的意義。

現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是，如何在沒(méi)有機(jī)械連接的前提下提供給駕駛員所需的轉(zhuǎn)向感覺(jué)，即怎樣反饋轉(zhuǎn)向力矩。在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可以通過(guò)機(jī)械連接，把轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)矩傳遞到轉(zhuǎn)向盤上，然而，在沒(méi)有機(jī)械連接的情況下，反饋轉(zhuǎn)向輪上的力矩就就無(wú)法解決，所以就有必要制定一些策略來(lái)預(yù)測(cè)從轉(zhuǎn)向輪子系統(tǒng)中反饋回來(lái)的力矩。現(xiàn)在有個(gè)候選方案來(lái)解決模仿常規(guī)車輛的轉(zhuǎn)向力矩感覺(jué)的問(wèn)題，就是把在轉(zhuǎn)向輪制動(dòng)器上采集到的力矩信息反饋到轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)上，但是，現(xiàn)實(shí)中車輛一般在比較嘈雜的環(huán)境下行駛，而在嘈雜的環(huán)境下，測(cè)量制動(dòng)器上的力矩信息是十分昂貴的。所以，在過(guò)去提出的大多數(shù)預(yù)測(cè)方案，只是使用了易于實(shí)時(shí)測(cè)量的輪胎道路動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型或動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 簡(jiǎn)述

在本文中，我們要研究的問(wèn)題是驗(yàn)證一個(gè)給定的預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)向力矩的不確定性模型的可靠性。具體的說(shuō)，我們要研究以下問(wèn)題：測(cè)量在傳統(tǒng)車輛中的鑒于離散時(shí)間的轉(zhuǎn)向力矩與車輪轉(zhuǎn)向角的之間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)系，看實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否適合這個(gè)具有給定的不確定性模型的特定實(shí)例。在傳統(tǒng)車輛中，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩感覺(jué)已通過(guò)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力矩之間的磁滯曲線得到驗(yàn)證，具體是通過(guò)把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)疊加到所需的磁滯曲線上驗(yàn)證的。但是，這條曲線不包括動(dòng)態(tài)特性的扭矩感覺(jué)，即沒(méi)有明確考慮扭矩隨時(shí)間的連續(xù)變化。我們的目標(biāo)就是努力解決這個(gè)問(wèn)題。

2.2 測(cè)試條件

在試驗(yàn)中使用的車輛是配備了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的SUV類車，所有的測(cè)試都是在干燥的瀝青路面上和在不同的常數(shù)縱波測(cè)試條件下獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。需要說(shuō)明的是，在任何給定的測(cè)試中，縱向速度都是保持恒定的，所有的測(cè)試均假定是在司機(jī)緊緊握住方向盤的條件下進(jìn)行的。

1.3 不確定性模型的驗(yàn)證

本文所考慮的不確定性模型由一個(gè)標(biāo)稱模型和不確定參數(shù)的界限構(gòu)成。該模型在這里建立了一個(gè)從輪胎轉(zhuǎn)向角到轉(zhuǎn)向盤力矩的系統(tǒng)，其在本質(zhì)上是開環(huán)的，沒(méi)有用于校正模型的關(guān)于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩或輪胎制動(dòng)力的反饋信息。

γ為Δ的2誘導(dǎo)范數(shù)的上限；為特普利茨矩陣，可以由標(biāo)稱模型的相關(guān)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)造；

Tk、Yk為原始測(cè)量的濾波形式。

3 結(jié)束語(yǔ)

圖1給出了標(biāo)稱模型預(yù)測(cè)ν=60 km/h時(shí)的轉(zhuǎn)向力矩與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合程度，我們可以看出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型的預(yù)測(cè)值之間存在著誤差，但根據(jù)我們的研究結(jié)果表明，當(dāng)車輛的速度在10~100 km/h或3~30 m/s，方向盤的轉(zhuǎn)向幅度在0~60°時(shí)，不確定性模型沒(méi)有失效。

圖1 預(yù)測(cè)模型的性能圖（ν=60 km/h）

基于這些結(jié)果，可以得出結(jié)論，擬議在SBW車中使用的不確定性模型是一個(gè)很好的開環(huán)模型結(jié)構(gòu)。

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