汽车前轴转向负载力矩估算方法、系统及介质

技术领域

本发明属于车辆底盘及智能化控制技术领域，具体涉及一种汽车前轴转向负载力矩估算方法、系统及介质。

背景技术

随着智能化普及与滑板底盘技术的兴起，线控转向技术是两者绕不开的技术核心。转向负载力矩估算精准度直接决定了线控转向系统路感模拟质量，真实的转向路感可以有效提升驾驶人员的驾驶乐趣及安全性。

线控转向系统的(前轴)转向负载力矩实时高效的获取一直以来是线控转向系统工程应用的难点。转向负载力矩的获取方式及特点如下：1、采用传感器直接测量转向负载力矩，该种方式会增加成本，且需要考虑冗余模式，目前基本不采用该方法；2、直接采用参数化动力学模型估算，该种方案经济高效，但是如果缺少实时轮胎垂向力与路面摩擦系数估算，转向负载力矩精度无法保证；3、以执行电机电流、转速为输入，进行观测器模型构建，获得转向负载力矩，该种方式经济高效，但是为了获取真实的转向负载力矩，需排除执行系统摩擦与惯量影响，需要大量的台架试验及复杂辨识函数，工作量大且成本高；4、通过数据融合的方式，将方式2与方式3获取结果进行融合处理。

CN110606121A公开了一种线控转向路感模拟控制方法，其采用动力学模型估算转向负载力矩，主要考虑侧偏回正力矩与重力回正力矩。这种方式可以比较快捷获取中高车速下的转向负载力矩，但是侧偏回正力矩未精确考虑不同侧偏角下轮胎拖距，故计算获得的转向负载力矩精度很难有保证。同时由于低车速尤其5kph以下车速，轮胎与路面摩擦力矩远大于侧偏回正力矩；而该专利未获取轮胎垂向载荷，重力回正力矩的计算精度也会有所牺牲；因此，该专利的转向负载力矩估算精度很难保证。

CN105083373A公开了一种基于参数估计的线控转向路感装置及其控制方法，其转向负载力矩主要通过以下步骤实现：1、以传感器测量的侧向加速度及前轴轮胎侧偏角为输入，采用卡尔曼滤波，估算车辆横摆角速度、质心处侧偏角与纵向速度；2、利用动力学关系式将计算获得前、后侧偏角；3、以垂向轴荷、轮胎侧偏角及估算路面摩擦系数3个输入参数，采用魔术公式，计算轮胎侧向力，其中垂向载荷是通过力传感器获取，路面摩擦系数通过轮胎侧向力及轮胎侧偏角导数估算而得；4、最终通过轮胎侧向力、轮胎拖距与机械拖距计算转向负载力矩。该专利相比CN110606121A，由于实时估算了轮胎垂向力与路面摩擦系数，中高车速下的转向负载力矩，可以计算的更精确，但是由于加装了力传感器，整个系统成本会有所增加；同时该专利同样也未考虑极低车速轮胎与路面摩擦力矩，该场景下的转向负载力矩精度也很难保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车前轴转向负载力矩估算方法、系统及介质，以实时准确估算前轴转向负载力矩，向驾驶员反馈精准的路感信息。

本发明所述的汽车前轴转向负载力矩估算方法，包括：

估算左前轮的路面-轮胎摩擦系数μ

估算前轴路面-轮胎摩擦力矩

估算前轴轮胎侧偏回正力矩

估算前轴重力回正力矩

基于车速信号、前轴路面-轮胎摩擦力矩

利用公式：

优选的，在估算左前轮的路面-轮胎摩擦系数μ

对获取的左前悬架行程信号进行滤波，得到滤波后的左前悬架行程X

对X

将X

将X

将X

将X

利用公式：F

其中，Fn

优选的，估算前轴轮胎侧偏角

获取前轴转向执行电机的齿条位置信号并进行滤波，得到滤波后的前轴转向执行电机的齿条位置θ

根据前轴转向执行电机的齿条位置θ

根据前轴转向执行电机的齿条位置θ

对前轴内车轮转角与前轴外车轮转角的和求平均，获得前轮转角均值δ

根据侧向加速度a

利用公式：

优选的，估算左前轮的路面-轮胎摩擦系数μ

获取左前轮速信号、右前轮速信号、车速信号、纵向加速度信号、侧向加速度信号并进行滤波，得到滤波后的左前轮速ω

利用公式：

利用公式：

利用公式：

利用公式：

利用公式：

利用公式：

利用公式：

利用公式：

其中，R

优选的，估算前轴路面-轮胎摩擦力矩

对前轴轮胎侧偏角

利用公式：

对

利用公式：

其中，系数ρ满足：

优选的，估算前轴轮胎侧偏回正力矩

利用公式：

优选的，估算前轴重力回正力矩

利用公式：F

根据前轴轮胎垂向力F

优选的，合成前轴转向负载力矩的初步估计值

利用公式：

本发明所述的汽车前轴转向负载力矩估算系统，包括控制器，所述控制器被编程以便执行上述汽车前轴转向负载力矩估算方法。

本发明所述的介质，其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被调用时能执行上述汽车前轴转向负载力矩估算方法。

本发明具有如下效果：

(1)估算前轴转向负载力矩时考虑了左前轮的路面-轮胎摩擦系数μ

(2)考虑了前轴路面-轮胎摩擦力矩，且从车速、路面-轮胎摩擦系数及垂向力(载荷)角度进行修正，保证了低车速(尤其是5kph以下车速)的前轴转向负载力矩真实性。

(3)调整前轴路面-轮胎摩擦力矩、前轴重力回正力矩、前后轮胎侧偏回正力矩的计算过程中的标定参数(某些己知量)，可以实现不同驾驶模式的转向负载力矩，以提供驾驶员多样化的体验。

(4)通过四个轮胎分别对应的悬架行程信号、簧下加速度信号及簧下质量，可以实时估算四个轮胎的轮胎垂向力，其实时考虑了车辆运动状态(如加速、制动、侧倾)与路面不平度，在不增加力传感器的前提下，保证了前轴转向负载力估算的精准性，能够更好的向驾驶员反馈精准的路感信息。

附图说明

图1为本实施例中汽车前轴转向负载力矩估算方法流程图。

图2为本实施例中估算四个轮胎垂向力的方法流程图。

图3为本实施例中估算前轴轮胎侧偏角的方法流程图。

图4为本实施例中估算左前轮、右前轮的路面-轮胎摩擦系数的方法流程图。

图5为本实施例中估算前轴路面-轮胎摩擦力矩的方法流程图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实施例中的汽车前轴转向负载力矩估算方法，包括：

步骤一、估算左前轮胎垂向力F

S11、确定左前悬架行程X

S12、确定左前悬架速度

S13、确定左前悬架弹性力Fk

S14、确定左后悬架弹性力Fk

S15、确定左前轮胎垂向力F

其中，Fn

步骤二、估算前轴轮胎侧偏角

S21、确定前轴转向执行电机的齿条位置θ

S22、确定前轴内车轮转角。具体为：根据前轴转向执行电机的齿条位置θ

S23、确定前轴外车轮转角。具体为：根据前轴转向执行电机的齿条位置θ

S24、确定前轮转角均值δ

S25、确定前轴等效侧偏柔度K

S26、确定前轴轮胎侧偏角

步骤三、估算左前轮的路面-轮胎摩擦系数μ

S31、确定左前轮速ω

S32、确定左前轮胎滑移率σ

利用公式：

S33、确定右前轮胎滑移率σ

利用公式：

S34、确定左前轮胎纵向力F

利用公式：

S35、确定左前轮胎纵向摩擦系数μ

利用公式：

S36、确定左前轮胎侧向摩擦系数μ

利用公式：

S37、确定右前轮胎纵向摩擦系数μ

利用公式：

S38、确定右前轮胎侧向摩擦系数μ

利用公式：

S39、确定左前轮的路面-轮胎摩擦系数μμ

其中，R

步骤四、估算前轴路面-轮胎摩擦力矩

S41、确定前轴轮胎侧偏角速度

S42、确定前轴轮胎侧偏角速度修正值

S43、确定前轴轮胎侧偏角修正值

S44、确定前轴路面-轮胎摩擦力矩

利用公式：

其中，系数ρ满足：

步骤五、估算前轴轮胎侧偏回正力矩

具体方法为：利用公式：

步骤六、估算前轴重力回正力矩

首先，利用公式：F

然后，根据前轴轮胎垂向力F

步骤七、基于车速信号、前轴路面-轮胎摩擦力矩

具体方法为：利用公式：

步骤八、利用公式：

本实施例还提供一种汽车前轴转向负载力矩估算系统，其包括控制器，该控制器被编程以便执行上述汽车前轴转向负载力矩估算方法。

本实施例还提供一种介质，其内存储有计算机可读程序，该计算机可读程序被调用时能执行上述汽车前轴转向负载力矩估算方法。