���ڵ綯����ת����߿�ת������·�з�������
֣����, �ڳ���, �� ��, �� ��
���ִ�ѧ ������������ƹ����ص�ʵ����,���� 130022
ժҪ
����߿�ת��SBW��ϵͳ·����Ҫģ�����ɵ����⣬������SBWϵͳ����ѧģ�Ͳ��о�·�в����������ڷ����綯����ת��EPS��ϵͳ�������Եȿ����㷨�Ļ����ϣ�������ۺ�·��ģ������㷨���㷨�е�ת��ϵͳ����������Ϣͨ������ת��������������ȡ��ѡȡ��������˫Ŧ�����鹤��������Ӳ���ڻ����顣���������������ĵ�·��ģ�ⷽ����֤����������ת�����͸���·�����������������ʻԱ��·�з�������
�ؼ���: ��������; ·�з���; �綯����ת��; �߿�ת��; Ӳ���ڻ�����
Road feel feedback control for steer by wire system based on electric power steering
ZHENG Hong-yu, ZONG Chang-fu, HE Lei, WANG Xiang
State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Jilin University, Changchun 130022, China
Abstract
A dynamics model was built for the steer-by-wire(SBW) system to study the road feel generation mechanism to deal with the need of simulative generation of road feel of SBW system. Based on the analysis of the assist characteristic the returnability and the active damping control strategy of the electric power steering(EPS) system, an integrated road feel simulation control algorithm was proposed. In the algorithm, the EPS rack force information was acquired by measuring the steering motor current. The hardware-in-the-loop tests were performed under on-center and lemniscate test conditions. The results show that the proposed road feel simulation method guarantees the steering easiness at low speeds and road feel clearness at high speeds, satisfying the driver need for road feel feedback.
Keyword: vehicle engineering; road feel feedback; electric power steering (EPS); steer by wire (SBW); hardware-in-the-loop test

�߿�ת��SBW��ϵͳ����ȡ���˻�е���ӣ���Ҫ��·�н���ģ����ơ���ˣ����׼ȷ��ģ��·���Ѿ���Ϊ�������о��ȵ㡣Ŀǰ��·��ģ���о�������Ҫ��Ϊ���֣��ٴ�������������ͨ����������������ת������Ļ������ػ�ת��������������������Ϊģ��·�е������ط�������ʻԱ�����ַ����򵥡���ȷ�������ڴ�������װ���Ѻ�����ϵͳ�ɱ������⣬��ʵ��Ӧ���н��١��ڼ��㷨�����ó�������ѧģ�ͼ��㷽��ȡ����װ��������ͨ����������̥�����Ͼ�Ȳ�������·�з�������[1]�����ڼ��㷽�����ѱ�֤·��ģ�⾫�ȣ�����е������ڶ���ѧģ�͵Ļ����Ͻ����۲������Ӷ���·�н���ģ��[2,3]�����㷨�������������ɱ��Ϳ���ʵ��·�з�����������·��ģ�⾫�ȷ�������о��ѵ㡣�ۺ�����������·����ģ�����ɵ��ص㣬��·�����Ϊ�������١������˶�״̬��·�渽��ϵ������Ϣ�ĺ���[4,5]�������ַ�����Ƶ�·�п��Գ�ַ�ӳ�����˶�״̬����ʻ·����Ϣ����ַ��ӳ�SBWϵͳ�����ƣ����������Կ����泵�ٺͷ�����ת�ǵȱ仯���仯�����������������ת�����͸���·���������ص㡣

�����ۺϿ��Ǽ�ʻԱ��SBWϵͳģ��·�е���Ӧ�Ժͳɱ������⣬�ڷ���EPSϵͳ�������Եȿ����㷨�Ļ����ϣ���������������ơ��������ơ�������ƺ���λ���Ƶ��ۺ�·��ģ������㷨��ѡȡ��������˫Ŧ�����鹤����������SBWϵͳӲ���ڻ����飬����֤������Ƶ�·��ģ������㷨����Ч�ԡ�

1 SBWϵͳ��ѧģ��

����SBWϵͳ�ṹ�ص㣬��������ѧģ�͡���Ҫ�����������ܳɡ�·��ģ���ܳɡ�ת��ִ���ܳɡ�ת�����ܳɡ������ת�����ܳɡ����У��������ܳɱ�ʾΪ

ʽ�У�TswΪ��ʻԱ����ת�����أ�JswΪ�������ܳ�ת����������swΪ������ת�ǣ�BswΪ�������ܳ�����ϵ����KswΪת����Ťת�նȣ���mΪ·�е��ת�ǣ�GmΪ·�е�����������ٱȡ�

·��ģ���ܳɰ���·�е���ͼ����������֣��䷽��Ϊ

ʽ�У�TmΪ·�е��������أ�JmΪ·�е��ת��������BmΪ·�е������ϵ����KmΪ·�е��Ťת�նȡ�

·�е��ѡ����ˢֱ�������������ؿ��Ա�ʾΪ

ʽ�У�KiΪ·�е��ת��ϵ��������Ϊ������iaΪ·�е�������������aΪ·�е������Ч�ʡ�

ת��ִ���ܳɰ���ת��ִ�е����ת�����ܳ������֣��䷽��Ϊ

ʽ�У�TfΪת��ִ�е��������أ�JfΪת��ִ�е���ܳ�ת����������fΪת��ִ�е��ת�ǣ�BfΪת��ִ�е���ܳ�����ϵ����KfΪת��ִ���ܳ�Ťת�նȣ�GfΪת��ִ�е�����������ٱȣ�XrΪ����λ�ƣ�rpΪת����С���ֶַ�Բ�뾶��

ת��ִ�е��Ҳѡ����ˢֱ�����������Ϊ

ʽ�У�KjΪת��ִ�е��ת��ϵ��������Ϊ������ibΪת��ִ�е�������������bΪת��ִ�е���Ĺ���Ч�ʡ�

ת�����ܳ�ѡ�ó��ֳ���ת��������ʾΪ

ʽ�У�MrΪ����ת����������BrΪ����ת��������ϵ����Kkp1��Kkp2Ϊ����ת������Ťת�նȣ�NL1��NL2Ϊ����������ת��ǰ�ִ����ȣ���fw1����fw2Ϊ����ǰ��ת�ǡ�

����ת�����ܳɵĶ���ѧ���̱�ʾΪ

ʽ�У�Jfw1��Jfw2Ϊ����ǰ������������ת��������Bkp1��Bkp2Ϊ����ת����������ϵ����TAT1��TAT2Ϊ����ǰ���������������ء�

SBWϵͳ����ȡ���˻�еװ�ã������ת���Ħ��Ӱ���С�����о�Ϊ�˿��Ǽ�ʻԱ��SBWϵͳ·�е���Ӧ�ԣ��Ա����˸�Ħ�����䷽��Ϊ[6]

ʽ�У�TgΪת��ϵͳ��Ħ�����أ���sΪĦ���ɳڽǣ�Ϊ������fkpΪ��̬��Ħ�����أ�C0��C1��C2Ϊ�淽����ת�DZ仯��ϵ����

��SBWϵͳ����ѧģ����CarSim�����������ϣ�����·��ģ����Ʋ��ԵĿ����ͷ�����֤�����У�SBWϵͳģ����Ҫ�Ļ�����������������CarSim����ģ���ṩ��ͬʱSBWϵͳģ�ͽ�����ǰ��ת�����뵽����ģ�͡�

2 ���Ʒ������
2.1 ·�з������ԭ��

��Ч��·����Ϣ�������ʻԱ���������˶�״̬����ʻ·��״����Ϣ���ǽ������Ӿ��ļ�ʻ��Ϣ��Դ��

���ٶ�·�е�Ӱ�졣ͨ����ʻԱϣ����������ʱ����ת������ԣ�����������ʻʱ�����·�й�С��ʹ��ʻԱ�С���Ʈ���ĸо�����˸�����ʻӦ��֤·��������

������ת�Ƕ�·�е�Ӱ�졣Ҳ�ܵ����ٵļ��Ӱ�졣��������ת����ʻʱ��ͨ�������ϴ�ķ�����ת�Ƿ�Χ����ʻԱϣ��·�з����淽����ת�����Ӷ����󣬵��ǹ������ɼ�ʻԱת�򸺵�������������ʻʱ����ʻԱת��������ת��ֻ��һ����С��Χ�ڣ�ͨ����Ϊ����������������������ʻԱϣ�����ŷ�����ת�ǵı仯·�з���Ҳ�н����Եı仯��������һ�����ݶȣ�ʹ��ʻԱ���ԽϺõظ���·�б仯����������ת���˶�������ν�ĸ���·������[7,8]��

����ر�׼�����׵��о��У�ͨ����Ϊ������ٶ���·��֮�����������ϵ[9,10]��������ٶ���������Ҫ����Ӧ���ԣ��������ͨ��·�з�����֪������ٶȵı仯�������ڼ�ʻԱ����������ת����ơ���ˣ�·���о�ͨ����С������ٶȷ�Χ�����һ�������ݶȣ���������ת����Բ�����ٶȵı仯�ʡ�

2.2 ·�з������Ʒ���

�ڴ�ͳת��ϵͳ�У�·����ͨ����е����װ�ô����������̵ļ�ʻԱ�������أ���������Ҫ��ϵͳ�������ء�Ħ�����غ�����ϵͳ�����������ۺ��������ɡ���ˣ�ֻҪ�������������ֵ�Ϳ��Եõ�ת��ϵͳ·�С�

SBWϵͳ����ȡ���˻�е����װ�ã�����ת��ִ�е�����Ƴ���ת���˶������Խ�ת��ִ�е����������غ�ת���أ��������ֻ������ء�Ħ�����ء����صĹ��Ժ����ỷ�ڵȣ����е�Ч���������⣬��������������������һ��������ϵ�����ֻҪ�ṩ������������������������Ϳ��Լ�ӵõ��������ء�ת��ִ�е�����ؼ��㷽����������̣�5����

���������·�еķ�������������·��ģ�����ط��̣���ʾΪ

ʽ�У�TassistΪת��ϵͳ�����������ء�

�ο���ת�Ǵ�����EPSϵͳ�������Ʋ��ԣ��������������淽����ת�Ǻͳ��ٱ仯���仯�������ʾΪ

ʽ�У�KaΪ������ת���������ӣ�KvΪ�ٶ��������ӣ�vΪ���١�

Ϊ���������ת��ϵͳ�Ļ������ܣ�EPSϵͳ���������ƵĻ����ϣ�һ������������������㷨��

ʽ�У�TbΪ����������أ�KbΪ�����������ӡ�

��ͳת��ϵͳ��ͨ����еװ������ת��ļ���λ�õģ���SBWϵͳ����ȡ���˻�е���ӣ���Ҫ����λװ�ý���������ơ�������û�еװ����λ��������SBWϵͳת�Ǵ����ȿ���������Ƶ��ص㣬������ϵͳ�ɱ��͸����ԡ���ˣ���������·����ģ�����ɵ��ص㣬���������㷨ʵ����λ���ܣ�����ת����ת������λ��ʱ��������λ���أ�ʹ��ʻԱ�޷�������������ת�ǣ��������λ�ÿ��Ը����о������趨�����ƿ������ر�ʾΪ

ʽ�У�TlΪ��λ�������أ�KlΪ��λ�������ӣ�����swΪ��еλ���뵱ǰλ�õĽǶȲ��left����rightΪ����������ת�ǵļ���λ�á�

���ϣ�·��ģ��������ؿ��Ա�ʾΪ
.

3 Ӳ���ڻ�������֤
3.1 SBWϵͳӲ���ڻ�����̨

SBWϵͳ����ȡ���˻�е����װ�ã�ϵͳ�з�������ʵ������������ںܴ�Σ���ԣ���˿����㷨�辭�������֤���ܽ���ʵ�����顣����ѡȡӲ���ڻ����鼼���������·��ģ����Ʒ���������֤��Ӳ���ڻ�����̨��Ҫ������ʻģ������SBWϵͳӲ��������ģ���ܳɺͿ��ƿ���ԭ��ƽ̨�IJ��֣��ټ�ʻģ�������������ɶ���������ѧģ�ͣ���������������鹤����������Ϊ��ʻԱ�ṩ���õ��Ӿ�������������Ϣ����SBWϵͳӲ����Ҫ�����������ܳɡ�·��ģ���ܳɺ�ת��ִ���ܳɡ��������ܳ����ڼ�ʻԱ����ת���źţ�·��ģ���ܳ��������·�з������أ�ת��ִ���ܳ�����ִ��ת��ִ�е������ָ���������ת���˶�����Ϊ����ʵģ����̥�������������أ�ʵ�ֶ�·����������ʵģ�⣬����̨����������ģ���ܳɣ�ͨ����������ѧģ�ͼ����ת������������������ͨ������ģ����������ؼ��أ�������̨�ĵ�ز��ֲ���xPC Target����ʵ�֣�·��ģ������ת��ִ�е����������·���ֲ���MOS�ܴH����ɡ�����̨��ͼ1��ʾ��.

ͼ1 SBWϵͳ����̨Fig.1 Test bench of SBW system
3.2 ������

Ϊ����֤��Ƶ�·��ģ�����Ч����������������˫Ŧ��ת�����鹤���Կ��Ʋ��Խ�����֤��Ϊ���о��߿�ת��ϵͳ·��ģ������㷨����ת��Ǵ���������Ϊ�봫ͳת��ϵͳ��ͬ�ij�����������ز������£��������ܳ�ת������JswΪ0.039 kg��m2���������ܳ�����ϵ��BswΪ0.0021 kg��m2��s-1��ת����Ťת�ն�KswΪ98 N��m��rad-1��ת��ϵͳ������iswΪ20.5��·��ģ����ת��ϵ��KiΪ0.065 N��m��A-1��ת��ִ�е��ת������JfΪ0.00087 kg��m2��ת��ִ�е������ϵ��BfΪ0.003 kg��m2��s-1��ת��ִ�е��Ťת�ն�KfΪ132 N��m��rad-1��ת��ִ�е��ת��ϵ��KjΪ0.065 N��m��A-1������ת��������MrΪ32 kg��ת������������ϵ��BrΪ1700 kg��m2��s-1������ת������Ťת�ն�Kkp1��Kkp2��Ϊ0.785 kg��m2������ת�������������ϵ��Bkp1��Bkp2��Ϊ0.785 kg��m2��s-1��

������ת�������׼�У�����Ϊ100 km/h��������ת�ǽ����������룬����ԼΪ5 s��ʹ������ٶȷ�ֵ������0.2g(g=9.8 m/s2)���ҡ�������ת�����鹤����Ҫ���ڿ�������������ʻʱ��·�С�ͼ2��ͼ3�ֱ��Ǵ�ͳת��ϵͳ��SBWϵͳ������ת�򹤿��������ߡ��������鹤������ָ��Ա�����ϵͳ�������������ٷ�����ת��Ϊ0ʱ��SBWϵͳ������ٶ�С�ڴ�ͳת��ϵͳ��������˵��ǰ��ת��������ܸ��ã��ڲ�����ٶ�Ϊ0ʱ��SBWϵͳ·������С�ڴ�ͳת��ϵͳ������Ҫ������SBWϵͳȡ���˻�е���ӣ���ϵͳĦ��Ӱ���С���۲�����ٶ�Ϊ0��0.1g��ת���ݶȶԱȱ�����SBWϵͳ�ڲ�����ٶ�Ϊ0��ת���ݶȴ��ڴ�ͳת��ϵͳ�����ڲ�����ٶ�Ϊ0.1gʱ��ת���ݶ�С�ڴ�ͳת��ϵͳ����˵��SBWϵͳ·�и�������������ǿ��ʻԱ���ģ���֤�˱����㷨����Ч�ԡ�

˫Ŧ��ת�������׼�У�������(10��2) km/h��һ����·����ʻ����Ҫ������������ת������ԡ�����Ŀǰ������ƥ��������ϵͳ����˼����������������������׼��Ҫ��Ϊ����SBWϵͳ��������Խ�ԣ�����������·��ģ������㷨����У��跨������Ħ����·�е�Ӱ�졣ͼ4��ͼ5�ֱ��Ǵ�ͳת��ϵͳ��SBWϵͳ˫Ŧ��ת�򹤿��������ߡ��������鹤������ָ��Ա�����ϵͳ��������������SBWϵͳ��������С�ڴ�ͳת��ϵͳ����SBWϵͳת������Ը��ã�������SBWϵͳ���ܸ�Ħ����Ӱ�죬��·�е�Ħ���ͻ�����С�ڴ�ͳת��ϵͳ��������Ҫǿ�����ǣ�����������ʻʱΪ�˱�֤ת������ԣ����Ժ��Ը�Ħ����Ӱ�졣Ȼ��������������ת����ʻʱ��Ϊ��֤·����������Ҫ����ת���Ħ���������ء�

ͼ2 ��ͳת��ϵͳ����������Fig.2 On-center handling test results by traditional steer
ͼ3 �߿�ת��ϵͳ����������Fig.3 On-center handling test results by SBW
ͼ4 ��ͳת��ϵͳת�����������Fig.4 Steering efforts test results by traditional steer
ͼ5 �߿�ת��ϵͳת�����������Fig.5 Steering efforts test results by SBW
4 �� ��

��1��ͨ��������ͳת��ϵͳ·�в���������������SBWϵͳ����ѧģ�ͣ�Ϊ·��ģ����Ʋ��Եļ���������о�����֤�ṩ����֧�š�

��2�������ͳEPSϵͳ�������Եȿ����㷨�����SBWϵͳ�ṹ�ص㣬�о��˰����������ơ�������ƺ���λ���Ƶ��ۺ�·��ģ������㷨��Ӳ���ڻ�������������������Ƶ�·��ģ������㷨����Ϊ��ʻԱ�ṩ��Ч��·����Ϣ�������ʻ����

��3��ͨ����������������ת���������������봫ͳת��ϵͳ��ȣ�SBWϵͳ·�л������ܸ��ã�·�и�������������ǿ��ʻԱ���ġ�

�����
[1] Verschuren Robert, Zuurbier Joost. The TNO environment for steering system development[C]��Proceeding of AVEC, 2004: 791-795. [��������:1]
[2] Coudon Julien, Canudas-de-Wit Carlos, Claeys Xavier. A new reference model for steer-by-wire applications with embedded vehicle dynamic[C]��Proceedings of the American Control Conference, 2006: 3990-3995. [��������:1]
[3] Morgando Andrea, Velardocchia Mauro. Steering feedback torque definition and generation in a steer by wire system[C]��SAE Paper, 2008-01-0948. [��������:1]
[4] Oh Se-Wook, Chen Ho-Chol, Yun Seok-Chan, et al. The design of a controller for the steer-by-wire[J]. JSME International Series C, 2004, 47��3��: 896-907. [��������:1]
[5] Hiraoka Toshihiro, Nishihara Osamu, Kumamoto Hiromitsu. Steering reactive torque control of steer-by-wire vehicle[C]��Proceeding of AVEC, 2006. [��������:1]
[6] ������ ������ ղ���� ��. ���ڳ�������ѧʵʱ�����ת��������ģ��[J]. ���ִ�ѧѧ���� ��ѧ���� 2008�� 38��6���� 1257-1261. [��������:1] [CJCR: 0.841]
Guan Xin�� Wang Peng�� Zhan Jun�� et al. Steering force input model for real-time simulation of vehicle dynamics[J]. Journal of Jilin University��Engineering and Technology Edition���� 2008�� 38��6���� 1257-1261. [��������:1] [CJCR: 0.841]
[7] Heathershaw Andrew. Developments in on-center steering evaluation and testing[C]��SAE Paper, 2006-01-0796. [��������:1]
[8] Salaani M K�� Johnson J R�� Williams D E. Steering system effects on on-center handling and performance[C]��SAE Paper, 2004-01-1074. [��������:1]
[9] ISO 13764-1. Road vehicle�� test method for the quantification of on-center handling[S]. 2003. [��������:1]
[10] Bertollini G P�� Hogan R M. Applying driving simulation to quantify steering effort preference as a function of vehicle speed[C]��SAE Paper, 1999-01-0394. [��������:0]