主動轉向控制機理及其干預地EPS系統(tǒng)轉向路感研究.pdf

1、轉向系統(tǒng)作為人一車交互界面，是汽車的關鍵子系統(tǒng)之一，直接影響汽車的操縱穩(wěn)定性、舒適性和行駛主動安全性。在現(xiàn)有電動助力轉向(Electric Power Steering，EPS)系統(tǒng)的基礎上，研究主動轉向的實現(xiàn)機構、控制機理和路感，既可以充分發(fā)揮電動助力轉向的助力性能，又可以通過主動轉向控制，改善EPS系統(tǒng)在穩(wěn)定性控制方面的不足，提高汽車行駛的主動安全性，獲得良好的轉向特性，具有重要的理論意義和工程應用價值。具體研究內容如下：
　

2、　 (1)綜述了不同動力轉向系統(tǒng)實現(xiàn)主動轉向功能的研究現(xiàn)狀，然后對主動轉向控制關鍵技術、汽車橫擺角速度和質心側偏角估計，以及EPS系統(tǒng)轉向路感的研究現(xiàn)狀進行了闡述，提出了現(xiàn)有國內外研究存在的問題及解決思路。
　　 (2)提出了一種融合主動轉向功能的EPS系統(tǒng)的機電結構，建立了轉向系統(tǒng)與整車機電耦合的數(shù)學模型。通過雙排行星輪系動力學分析，以及轉向系統(tǒng)的轉向路感、轉向靈敏度和穩(wěn)定性分析，從理論上解決了是否需要改變扭矩傳感器的安裝位

3、置或增加額外扭矩傳感器的問題。并從路面信息反饋的角度，分析了主動轉向執(zhí)行機構的機電參數(shù)以及主動轉向干預對轉向路感的影響，為研究主動轉向干預時EPS系統(tǒng)的轉向路感問題打下了基礎。
　　 (3)建立了無主動轉向干預時EPS系統(tǒng)的動力學模型，推導出了轉向阻力矩到扭矩傳感器輸出的傳遞函數(shù)，定性分析了助力比對轉向路感的影響。根據(jù)EPS系統(tǒng)的頻率分布，選取了兩個加權函數(shù)，并針對兩種加權函數(shù)作用的情況，基于H∞控制算法和線性矩陣不等式(Lin

4、earMatrix Inequality，LMI)方法設計了不同的反饋控制器，分析了不同加權策略對轉向路感的影響。仿真結果表明，兩個加權函數(shù)共同作用可以保證駕駛員獲得滿意的轉向路感。
　　 (4)采用固定轉向增益策略，并鑒于特征車速對汽車行駛穩(wěn)定性的影響，以及轉向盤轉角對操縱性的要求，提出了變傳動比控制規(guī)律的兩種控制方案。為驗證所提出的變傳動比控制規(guī)律的控制方案，建立了人-車-路閉環(huán)系統(tǒng)，并基于線性矩陣不等式方法，設計了無刷直流

5、電機(Brushless DC Motor，BLDCM)的角位移跟蹤魯棒PID控制器。進行了單移線道路仿真，并從轉向盤轉角和路徑跟蹤兩方面性能，對增強穩(wěn)定性變傳動比控制規(guī)律方案一和方案二進行了對比分析，結果表明變傳動比控制規(guī)律方案二的整體性能優(yōu)于方案一。
　　 (5)提出了主動轉向變傳動比控制和橫擺角速度控制的協(xié)調策略，并在變傳動比控制的基礎上進行了橫擺角速度控制的研究?；诰€性二次型調節(jié)器(Linear Quadratic R

6、egulator，LQR)最優(yōu)控制理論，進行了橫擺角速度控制器的設計。極限工況下的仿真驗證了所提出的主動轉向變傳動比控制和橫擺角速度控制的協(xié)調策略，以及橫擺角速度控制器的有效性。
　　 (6)針對主動轉向改變了轉向系統(tǒng)角位移傳遞特性的同時也改變了轉向盤轉角與汽車行駛狀態(tài)之間的內在對應關系這一問題，提出了將橫擺角速度和質心側偏角看作是轉向小齒輪轉角和側向加速度非線性映射的研究方案?；谧赃m應模糊神經(jīng)推理系統(tǒng)(Adaptive Ne

7、uro-FuzzyInference System，ANFIS)，研究了橫擺角速度和質心側偏角的估計算法。為驗證基于ANFIS算法進行橫擺角速度和質心側偏角估計的精度和泛化能力，進行了仿真數(shù)據(jù)驗證和實車試驗數(shù)據(jù)驗證，并與基于徑向基函數(shù)(Radial Basis Function，RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡的橫擺角速度和質心側偏角的估計結果進行了對比分析。研究結果表明，所提出的研究方案是有效的，且基于ANFIS算法進行橫擺角速度和質心側偏角的估計具

8、有更好的泛化能力。
　　 (7)針對主動轉向干預時轉向盤力矩發(fā)生突變的問題，提出了兩種不再受傳統(tǒng)EPS系統(tǒng)助力車速范圍外常規(guī)助力增益取值為零的限制，且能夠在主動轉向施加附加轉角干預時，實現(xiàn)全車速范圍內EPS系統(tǒng)助力電機的前饋助力修正控制方案。同時，借鑒階躍響應瞬態(tài)特性的評價方法，提出了助力修正方案的兩個評價指標，并對兩種前饋助力修正方案進行了量化對比分析。結果表明，基于扭矩傳感器輸出修正方案的修正控制效果優(yōu)于基于整車模型修正方案