基于卡尔曼滤波的驱动扭力观测器用于转向-by-wire 系统
机器人学
2025-12-30 v1
摘要
转向-by-wire 系统取代机械连杆，提供了轻量化、设计灵活性以及与自动驾驶兼容性等优势。然而，这些系统容易受到意外驾驶扭力（即驾驶员阻抗）引起的高频扰动的影响，这可能降低转向性能。现有方法要么依赖直接扭力传感器，成本高且不够实用，要么缺乏捕捉快速高频驾驶员引起扰动的时序分辨率。我们通过设计一种基于卡尔曼滤波的扰动观测器，使用仅来自电机状态测量值来估计高频驾驶扭力。我们将驾驶员被动扭力建模为使用 PT1 滤波近似所得的扩展状态，并将其集成到线性和非线性转向-by-wire 系统模型中。本文介绍了该扰动观测器的设计、实现与仿真，并评估了不同卡尔曼滤波变体的效果。我们的研究表明，所提出的扰动观测器仅需最小延迟 14ms 即可准确重构驾驶员引起的扰动。我们指出，采用非线性扩展卡尔曼滤波器相较于其线性版本，在处理摩擦非线性方面效果更佳，能够提高从静态摩擦到动态摩擦转换过程中的估计精度。鉴于本研究的方法论，仅凭仿真验证而无法避免，需进一步研究在真实驾驶条件下观测器的鲁棒性。
关键词
引用
@article{arxiv.2512.23593,
title = {A Kalman Filter-Based Disturbance Observer for Steer-by-Wire Systems},
author = {Nikolai Beving and Jonas Marxen and Steffen Mueller and Johannes Betz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.23593},
year = {2025}
}