電動助力轉向系統(tǒng)操縱性能及控制策略研究.pdf

1、隨著電動助力轉向(Electric Power Steering,簡稱EPS)系統(tǒng)越來越被廣泛應用在轎車上,人們對EPS系統(tǒng)的操縱性能要求也越來越高,這給EPS系統(tǒng)控制器的設計提出了極大的挑戰(zhàn)。
　　 本論文針對EPS系統(tǒng)在汽車轉向與回正工況下的各項操縱性能要求及其影響因素,設計一種內(nèi)外環(huán)雙層結構的控制器。所設計的控制器首先在EPS系統(tǒng)模型中進行仿真分析,然后進行軟硬件實現(xiàn),并在臺架和實車試驗中對仿真結果進行驗證,從而證明本文設

2、計的控制器能夠有效提高EPS系統(tǒng)的操縱性能。主要的研究內(nèi)容和成果概括如下:
　　 一、建立了EPS系統(tǒng)的動力學模型和簡化的兩自由度汽車模型。通過分析EPS系統(tǒng)原始動態(tài)性能,提出系統(tǒng)中存在的不確定因素,并詳細分析了不確定因素對操縱性能造成的影響。針對EPS系統(tǒng)的各項操縱性能要求,設計一種內(nèi)外環(huán)雙層結構的控制器,包括主環(huán)路控制和伺服環(huán)路控制。針對汽車在行駛過程中的轉向和回正工況,主環(huán)路控制分為轉向控制策略和回正控制策略。
　　

3、 二、在主環(huán)路轉向控制策略中,提出了一種由分段多項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為駕駛員提供比較好的“手感”,但同時也為EPS系統(tǒng)帶來了非線性因素。為了實現(xiàn)EPS系統(tǒng)在不確定干擾因素影響下的轉向操縱性能,設計了保證EPS系統(tǒng)時滯相關魯棒鎮(zhèn)定的H∞魯棒模糊狀態(tài)反饋控制器。仿真結果表明,所提出的轉向控制策略能夠保證轉向過程中的操縱性能要求:提高轉向輕便性和“路感”,改善轉向跟隨性和轉向力矩平順性,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,為了克服轉向系統(tǒng)的參數(shù)攝動、外界干擾以及非線性摩擦,采用基于參考模型的滑?？刂扑惴▽崿F(xiàn)EPS系統(tǒng)的回正控制,并設計滑模觀測器觀測不可直接測量的狀態(tài)量。仿真結果表明,所提出的回正控制策略不僅能夠實現(xiàn)EPS系統(tǒng)在汽車低速時的回正性能,而且能夠提高汽車高速時的操縱穩(wěn)定性。
　　 四、提出EPS系統(tǒng)伺服環(huán)路控制策略的設計方法。針對助力電機存在的兩大擾動因素:摩擦和外部干擾,采用基于干擾觀測

5、器的PID控制算法。仿真結果表明,所提出的伺服環(huán)路控制器對于干擾起到了很好的抑制作用,目標電流的跟蹤性能得到很大的改善。
　　 五、從硬件和軟件上設計EPS系統(tǒng)雙層結構控制器。設計開發(fā).EPS系統(tǒng)的試驗臺架,進行轉向輕便性和轉向跟隨性的操縱性能試驗。將EPS樣機安裝在某型號的轎車上進行轉向和回正性能實車試驗,試驗結果驗證了所建立的EPS及兩自由度汽車模型及參數(shù)的正確性,進一步證明本文提出的控制策略能夠實現(xiàn)EPS系統(tǒng)操縱性能要求。