電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操縱性能及控制策略研究.pdf

1、隨著電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering,簡(jiǎn)稱(chēng)EPS)系統(tǒng)越來(lái)越被廣泛應(yīng)用在轎車(chē)上,人們對(duì)EPS系統(tǒng)的操縱性能要求也越來(lái)越高,這給EPS系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)提出了極大的挑戰(zhàn)。
　　 本論文針對(duì)EPS系統(tǒng)在汽車(chē)轉(zhuǎn)向與回正工況下的各項(xiàng)操縱性能要求及其影響因素,設(shè)計(jì)一種內(nèi)外環(huán)雙層結(jié)構(gòu)的控制器。所設(shè)計(jì)的控制器首先在EPS系統(tǒng)模型中進(jìn)行仿真分析,然后進(jìn)行軟硬件實(shí)現(xiàn),并在臺(tái)架和實(shí)車(chē)試驗(yàn)中對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,從而證明本文設(shè)

2、計(jì)的控制器能夠有效提高EPS系統(tǒng)的操縱性能。主要的研究?jī)?nèi)容和成果概括如下:
　　 一、建立了EPS系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型和簡(jiǎn)化的兩自由度汽車(chē)模型。通過(guò)分析EPS系統(tǒng)原始動(dòng)態(tài)性能,提出系統(tǒng)中存在的不確定因素,并詳細(xì)分析了不確定因素對(duì)操縱性能造成的影響。針對(duì)EPS系統(tǒng)的各項(xiàng)操縱性能要求,設(shè)計(jì)一種內(nèi)外環(huán)雙層結(jié)構(gòu)的控制器,包括主環(huán)路控制和伺服環(huán)路控制。針對(duì)汽車(chē)在行駛過(guò)程中的轉(zhuǎn)向和回正工況,主環(huán)路控制分為轉(zhuǎn)向控制策略和回正控制策略。
　　

3、 二、在主環(huán)路轉(zhuǎn)向控制策略中,提出了一種由分段多項(xiàng)式確定助力特性曲線的方法,此方法確定的助力特性曲線能夠?yàn)轳{駛員提供比較好的“手感”,但同時(shí)也為EPS系統(tǒng)帶來(lái)了非線性因素。為了實(shí)現(xiàn)EPS系統(tǒng)在不確定干擾因素影響下的轉(zhuǎn)向操縱性能,設(shè)計(jì)了保證EPS系統(tǒng)時(shí)滯相關(guān)魯棒鎮(zhèn)定的H∞魯棒模糊狀態(tài)反饋控制器。仿真結(jié)果表明,所提出的轉(zhuǎn)向控制策略能夠保證轉(zhuǎn)向過(guò)程中的操縱性能要求:提高轉(zhuǎn)向輕便性和“路感”,改善轉(zhuǎn)向跟隨性和轉(zhuǎn)向力矩平順性,使系統(tǒng)具有魯棒穩(wěn)定

4、性。
　　 三、在主環(huán)路回正控制策略中,為了克服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參數(shù)攝動(dòng)、外界干擾以及非線性摩擦,采用基于參考模型的滑?？刂扑惴▽?shí)現(xiàn)EPS系統(tǒng)的回正控制,并設(shè)計(jì)滑模觀測(cè)器觀測(cè)不可直接測(cè)量的狀態(tài)量。仿真結(jié)果表明,所提出的回正控制策略不僅能夠?qū)崿F(xiàn)EPS系統(tǒng)在汽車(chē)低速時(shí)的回正性能,而且能夠提高汽車(chē)高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性。
　　 四、提出EPS系統(tǒng)伺服環(huán)路控制策略的設(shè)計(jì)方法。針對(duì)助力電機(jī)存在的兩大擾動(dòng)因素:摩擦和外部干擾,采用基于干擾觀測(cè)

5、器的PID控制算法。仿真結(jié)果表明,所提出的伺服環(huán)路控制器對(duì)于干擾起到了很好的抑制作用,目標(biāo)電流的跟蹤性能得到很大的改善。
　　 五、從硬件和軟件上設(shè)計(jì)EPS系統(tǒng)雙層結(jié)構(gòu)控制器。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā).EPS系統(tǒng)的試驗(yàn)臺(tái)架,進(jìn)行轉(zhuǎn)向輕便性和轉(zhuǎn)向跟隨性的操縱性能試驗(yàn)。將EPS樣機(jī)安裝在某型號(hào)的轎車(chē)上進(jìn)行轉(zhuǎn)向和回正性能實(shí)車(chē)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所建立的EPS及兩自由度汽車(chē)模型及參數(shù)的正確性,進(jìn)一步證明本文提出的控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)EPS系統(tǒng)操縱性能要求。