一种线控转向系统动态负载模拟装置及控制方法

本发明涉及线控转向系统测试，特别是涉及一种线控转向系统动态负载模拟装置及控制方法。

背景技术：

1、线控转向系统通过电子电气信号及执行器取代了传统的机械连接方式，能够实现对车辆转向的精确控制，不仅提高了汽车的操控性能，还为自动驾驶技术提供了发展基础。线控转向系统的安全和可靠性对于车辆是否满足功能安全至关重要，在开发过程中，线控转向台架测试是必不可少的环节之一。线控转向台架测试作为线控转向系统性能评估和验证的关键环节，通过模拟真实道路行驶工况，评估系统的响应速度、稳定性和可靠性等性能指标，对系统进行全面的性能测试。其中，负载模拟装置的功能主要在于准确地模拟真实行驶过程中车辆转向时受到的负载阻力，以保证测试结果的可靠性和可信度。

2、目前，转向系统的负载模拟装置主要针对整车测试和eps系统，例如，中国发明专利申请号为“202311263929.9”中公开了一种新型转向负载测试装置，通过在车辆车轮处安装测试机构，实现负载模拟；申请号为“202310362862.8”中公开了一种eps负载模拟测试台架，通过手动对轮胎加压的方式模拟转向负载。而对线控转向系统测试台架的负载模拟装置涉及甚少。

3、此外，为了能够准确模拟转向时所受的负载阻力，不仅需要高精度的负载模拟装置，还需要高动态响应和高精度控制性能的负载控制方法。一方面，台架测试中的网络通信模块(如控制局域网can)在信息交互过程中将会不可避免的产生延时，影响线控转向台架动态负载模拟性能，甚至会使系统失稳；另一方面，在对负载模拟力进行控制时，由于系统的结构特性，在转向系统中转向器横向位移的影响下，会产生多余的负载力，使得在线控转向台架上精确模拟转向阻力面临严峻挑战。因此，为了实现线控转向系统台架测试中的动态负载模拟，亟需一种有效的装置和控制方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、针对上述需要解决的技术问题，本发明的目的是提供了一种具备延时补偿功能和多余力抑制的线控转向系统动态负载模拟装置，能够实现不同工况下的动态负载模拟。

3、本发明的另一个目的在于提出一种线控转向系统动态负载模拟装置的控制方法，有效提升线控转向系统台架动态负载模拟精度。

4、为达上述目的，本发明一方面提出一种线控转向系统动态负载模拟装置，包括仿真计算平台、线控转向系统、动态负载模拟装置和can通信网络；其中，

5、所述线控转向系统和所述动态负载模拟装置通过机械连接；

6、所述仿真计算平台和所述线控转向系统、动态负载模拟装置之间通过所述can通信网络进行数据交互；其中，

7、所述仿真计算平台，用于根据驾驶员操作指令和车辆动力学模型，计算所述线控转向系统中的转向电机参考转矩和所述动态负载模拟装置中负载电动缸的参考负载力；

8、所述线控转向系统，用于基于所述线控转向系统中的转向电机参考转矩进行车辆转向动作；

9、所述动态负载模拟装置，用于基于所述负载电动缸的参考负载力对所述线控转向系统转向器两侧进行动态加载。

10、本发明实施例的线控转向系统动态负载模拟装置还可以具有以下附加技术特征：

11、在本发明的一个实施例中，所述动态负载模拟装置包括第一数据缓冲器、第二数据缓冲器、第三数据缓冲器、第四数据缓冲器、第五数据缓冲器、第六数据缓冲器、第七数据缓冲器、第一负载控制器、第二负载控制器、第一负载电动缸控制器、第二负载电动缸控制器、第一负载电动缸驱动装置、第二负载电动缸驱动装置、第一负载电动缸、第二负载电动缸、第一负载电动缸转矩传感器、第二负载电动缸转矩传感器、第一拉压力传感器、第二拉压力传感器和测距传感器。

12、在本发明的一个实施例中，所述第一负载电动缸和第二负载电动缸包括负载电机和滚珠丝杠；其中，

13、所述第一数据缓冲器通过所述can通信网络获取第一负载电动缸的参考负载力，并发送到所述第一负载控制器；

14、所述第二数据缓冲器通过所述can通信网络获取第一负载电动缸的实际负载力，并发送到所述第一负载控制器；

15、所述第七数据缓冲器通过所述can通信网络获取所述线控转向系统的横向位移，并发送至所述第一负载控制器和第二负载控制器；

16、所述第一负载控制器根据第一负载电动缸的参考负载力、实际负载力和所述线控转向系统的横向位移，计算所述第一负载电动缸中负载电机参考转矩；

17、所述第三数据缓冲器通过所述can通信网络获取所述第一负载电动缸控制器的所述第一负载电动缸中负载电机参考转矩；

18、所述第一负载电动缸控制器根据所述第一负载电动缸中负载电机参考转矩和实际转矩，计算所述第一负载电动缸驱动装置的开关管信号以驱动所述第一负载电动缸运行，并对所述线控转向系统一侧进行动态加载；

19、所述第四数据缓冲器通过所述can通信网络获取所述第二负载电动缸的参考负载力，并发送到所述第二负载控制器；

20、所述第五数据缓冲器通过所述can通信网络获取所述第二负载电动缸的实际负载力，并发送到所述第二负载控制器；

21、所述第二负载控制器根据所述第二负载电动缸的参考负载力、实际负载力和所述线控转向系统的横向位移，计算所述第二负载电动缸中负载电机的参考转矩；

22、所述第六数据缓冲器通过所述can通信网络获取所述第二负载控制器的所述第二负载电动缸中负载电机的参考转矩；

23、所述第二负载电动缸控制器根据所述第二负载电动缸中负载电机的参考转矩和实际转矩，计算所述第二负载电动缸驱动装置的开关管信号以驱动所述第二负载电动缸运行，并对所述线控转向系统另一侧进行动态加载。

24、在本发明的一个实施例中，所述动态负载模拟装置还包括第一负载电动缸转矩传感器、第二负载电动缸转矩传感器、第一拉压力传感器、第二拉压力传感器和测距传感器；其中，

25、所述第一负载电动缸转矩传感器设置在所述第一负载电动缸中负载电机的输出轴处，用于测量所述第一负载电动缸中负载电机的实际转矩，并通过以太网传递至所述第一负载控制器；

26、所述第二负载电动缸转矩传感器设置在所述第二负载电动缸中负载电机的输出轴处，用于测量所述第二负载电动缸中负载电机的实际转矩，并通过以太网传递至所述第二负载控制器；

27、所述第一拉压力传感器设置在所述第一负载电动缸的输出轴与所述线控转向系统一侧之间，用于测量所述第一负载电动缸与所述线控转向系统一侧之间的负载力，并通过所述can通信网络发送至所述第二数据缓冲器；

28、所述第二拉压力传感器设置在所述第二负载电动缸的输出轴与所述线控转向系统另一侧之间，用于测量所述第二负载电动缸与所述线控转向系统另一侧之间的负载力，并通过所述can通信网络发送至所述第五数据缓冲器；

29、所述测距传感器设置在所述线控转向系统转向器一侧输出轴处，用于测量所述线控转向系统转向器的横向位移，并通过所述can通信网络发送至所述第七数据缓冲器。

30、在本发明的一个实施例中，所述第一负载控制器包括：

31、信号处理模块，用于对所述第一负载电动缸的参考负载力和实际负载力进行滤波处理；

32、误差计算模块，用于根据滤波后的第一负载电动缸的参考负载力和实际负载力计算负载力跟踪误差；

33、延时补偿模块，用于根据所述第一负载电动缸中负载电机的参考转矩初值对负载力误差进行闭环延时补偿得到误差补偿值；

34、误差修正模块，用于根据负载力跟踪误差和误差补偿值计算修正后的负载力误差；

35、串联校正模块，用于根据修正后的负载力跟踪误差计算所述第一负载电动缸中负载电机的参考转矩初值；

36、多余力抑制模块，用于根据所述线控转向系统的横向位移计算所述第一负载电动缸中负载电机的参考转矩补偿值；

37、转矩补偿模块，用于根据参考转矩初值和参考转矩补偿值计算所述第一负载电动缸中负载电机的参考转矩，并传递至所述第三数据缓冲器。

38、为达上述目的，本发明另一方面提出一种线控转向系统动态负载模拟方法，方法包括：

39、响应于驾驶员操作指令，仿真计算平台解析得到线控转向系统的转向电机转矩命令，控制线控转向系统对车辆进行转向；

40、根据线控转向系统及车辆状态参数，通过仿真计算平台计算第一负载电动缸的参考负载力和的第二负载电动缸参考负载力，并分别发送至第一和第二负载控制器；

41、通过第一负载电动缸转矩传感器测量第一负载电动缸的实际负载力，依次经can通信网络和第二数据缓冲器发送至第一负载控制器；通过第二负载电动缸转矩传感器测量第二负载电动缸的实际负载力，依次经can通信网络和第五数据缓冲器发送至第二负载控制器；通过测距传感器测量线控转向系统的横向位移，依次经can通信网络和第七数据缓冲器发送至第一负载控制器和第二负载控制器；

42、获取第一负载电动缸的实际负载力、第一负载电动缸的参考负载力和线控转向系统的横向位移，通过第一负载控制器计算第一负载电动缸的参考转矩，并发送至第一负载电动缸控制器；获取第二负载电动缸的实际负载力、第二负载电动缸的参考负载力和线控转向系统的横向位移，通过第二负载控制器计算第二负载电动缸的参考转矩，并发送至第二负载电动缸控制器；

43、利用第一负载电动缸控制器通过所述第一负载电动缸的参考转矩计算第一负载电动缸驱动装置的开关控制信号，以驱动第一负载电动缸运行；利用第二负载电动缸控制器通过第二负载电动缸的参考转矩计算第二负载电动缸驱动装置的开关控制信号，以驱动第二负载伺服电动缸运行。

44、本发明实施例的线控转向系统动态负载模拟装置及控制方法，采用两套负载电动缸在线控转向系统两侧同时进行动态加载，伺服电动缸的高精度响应性能和负载模拟装置结构布置能够保证实现不同工况下的台架动态负载模拟。

45、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种线控转向系统动态负载模拟装置，其特征在于，包括：仿真计算平台、线控转向系统、动态负载模拟装置和can通信网络；其中，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态负载模拟装置包括第一数据缓冲器、第二数据缓冲器、第三数据缓冲器、第四数据缓冲器、第五数据缓冲器、第六数据缓冲器、第七数据缓冲器、第一负载控制器、第二负载控制器、第一负载电动缸控制器、第二负载电动缸控制器、第一负载电动缸驱动装置、第二负载电动缸驱动装置、第一负载电动缸、第二负载电动缸、第一负载电动缸转矩传感器、第二负载电动缸转矩传感器、第一拉压力传感器、第二拉压力传感器和测距传感器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一负载电动缸和第二负载电动缸包括负载电机和滚珠丝杠；其中，

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述动态负载模拟装置还包括第一负载电动缸转矩传感器、第二负载电动缸转矩传感器、第一拉压力传感器、第二拉压力传感器和测距传感器；其中，

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一负载控制器包括：

6.一种线控转向系统动态负载模拟装置的控制方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，获取第一负载电动缸的实际负载力、第一负载电动缸的参考负载力和线控转向系统的横向位移，通过第一负载控制器计算第一负载电动缸的参考转矩，并发送至第一负载电动缸控制器，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在频域建立台架动力学延时传递函数模型：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对第一负载电动缸的负载力跟踪误差进行闭环修正采用smith预估器：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据线控转向系统的横向位移，对第一负载电动缸的参考转矩进行补偿采用结构不变性原理设计多余力抑制器：

技术总结
本发明公开了一种线控转向系统动态负载模拟装置及控制方法，该装置包括：线控转向系统和动态负载模拟装置通过机械连接；仿真计算平台和线控转向系统、动态负载模拟装置之间通过所述CAN通信网络进行数据交互；其中，仿真计算平台，用于根据驾驶员操作指令和车辆动力学模型，计算所述线控转向系统中的转向电机参考转矩和所述动态负载模拟装置中负载电动缸的参考负载力；线控转向系统，用于基于所述线控转向系统中的转向电机参考转矩进行车辆转向动作；动态负载模拟装置，用于基于所述负载电动缸的参考负载力对所述线控转向系统转向器两侧进行动态加载。本发明能够有效提升线控转向系统台架动态负载模拟精度。

技术研发人员：何晓夏,张俊智,何承坤,陈鸣辉
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23