汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性研究及控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā).pdf

1、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）是一種新型動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置，由于其能夠較好地解決轉(zhuǎn)向輕便性和轉(zhuǎn)向靈活性的矛盾，且具有節(jié)能、環(huán)保、裝配簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到了很大的發(fā)展，尤其是在微車領(lǐng)域，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向已經(jīng)取代了液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS）和電子液壓助力轉(zhuǎn)向（EHPS），成為微車動(dòng)力轉(zhuǎn)向的主流。總的來(lái)說(shuō)，EPS已經(jīng)成為世界汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向。本文以某國(guó)產(chǎn)商用車為對(duì)象，就EPS動(dòng)力學(xué)建模、助力特性設(shè)計(jì)、EPS助力控制策略、控制器的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

2、等方面進(jìn)行研究。
　　通過(guò)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行受力分析，探討了轉(zhuǎn)向阻力矩的產(chǎn)生機(jī)理以及主要影響因素，建立了不同車速下的轉(zhuǎn)向盤(pán)阻力矩模型以及EPS動(dòng)力學(xué)狀態(tài)空間模型，分析了EPS系統(tǒng)在轉(zhuǎn)向盤(pán)角輸入、轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩輸入以及路面沖擊作用下的穩(wěn)定性，研究結(jié)果表明：EPS的穩(wěn)定性與助力特性增益密切相關(guān)，超調(diào)量隨著助力特性增益的增加而增加，且助力特性增益必須小于一定的值，否則EPS是不穩(wěn)定的；當(dāng)受到路面沖擊時(shí)，隨著助力特性增益的增加，沖擊響應(yīng)幅值增

3、益逐漸減小，但是EPS振蕩更加劇烈，轉(zhuǎn)向舒適性變差，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抵抗地面高頻沖擊的能力降低。
　　研究了駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性，提出了一種用以描述不同行駛工況的駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性模型，對(duì)三款不同型號(hào)車輛的進(jìn)行了駕駛員轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩實(shí)車試驗(yàn)，進(jìn)而在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立了中國(guó)西南地區(qū)駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩模型并進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：低速穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向工況下，除車速外駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩主要受轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的影響，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角一定時(shí)，駕駛員的理

4、想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩與速度近似成線性正比關(guān)系，而當(dāng)車速一定時(shí)，駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩是轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的增函數(shù)，但是隨著轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的增大，駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩增加的程度變慢，最終趨于一個(gè)常值；高速穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向工況下，除車速外駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩主要受汽車側(cè)向加速度的影響，當(dāng)汽車側(cè)向加速度一定時(shí)，駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩與速度近似成線性正比關(guān)系，而且車速一定時(shí)，駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩是側(cè)向加速度的增函數(shù)，但是隨著側(cè)向加速度的增大，駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩增加的程度變慢

5、，最終趨于一個(gè)常值。如果車輛的體積、車重相近，道路條件相同，那么駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩對(duì)于車型的變化不敏感，同一駕駛員不同車型的理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩與車型無(wú)關(guān)。
　　通過(guò)對(duì)EPS助力特性的分析，根據(jù)EPS的助力力矩的是轉(zhuǎn)向盤(pán)阻力矩與駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩的差值這一實(shí)質(zhì),按照車速高低對(duì)助力特性曲線的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了探討,比較了低速與高速行駛工況下EPS助力特性的產(chǎn)生過(guò)程的異同。在此基礎(chǔ)上對(duì)EPS助力特性曲線的相關(guān)幾何特征進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明

6、：EPS助力特性不是完全的直線、折線或者曲線型，而是一種漸變的形狀，它原地轉(zhuǎn)向時(shí)是一條直線，隨著車速的增加而變成了下凹型的曲線，而且其下凹性隨車速的增加而增強(qiáng)，不存在上凸形式的助力特性曲線。進(jìn)而，提出了一種助力曲線的設(shè)計(jì)方法，利用駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩的客觀性以及其試驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)使用性，提高EPS助力特性的設(shè)計(jì)效率，減少整個(gè)EPS以及后續(xù)車型的EPS的開(kāi)發(fā)周期和成本。
　　對(duì)EPS中存在的不確定因素進(jìn)行了分析，針對(duì)傳統(tǒng)的PID控制

7、的缺點(diǎn)，提出了一種間接自適應(yīng)模糊滑模(indirect adaptive fuzzy sliding mode control，IAFSMC)控制策略，將其應(yīng)用與 EPS的助力控制中并進(jìn)行了仿真分析，研究結(jié)果表明：IMFSMC控制算法設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于系統(tǒng)x(n) = f(x，t) +u(t) +d(t)，其模糊系統(tǒng)f (x,θf(wàn))和h(s,θh)的構(gòu)造不是并行的而是串行的，先構(gòu)造f (x，θf(wàn))再構(gòu)造h(s,θh)，而且構(gòu)造h(s,θh

8、)時(shí)需要用到構(gòu)造f (x,θf(wàn))時(shí)的相關(guān)結(jié)果;IAFSMC控制算法魯棒性較強(qiáng)，能夠克服由于外界的干擾和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不確定性帶來(lái)的不利影響，在任何時(shí)候都能夠使得實(shí)際電流跟蹤上目標(biāo)電流。而PID控制算法對(duì)于外界抗干擾能力略差，高速行駛工況下能夠在一定的范圍能跟蹤上目標(biāo)電流，而在車速較低助力電流較大的時(shí)候，PID控制算法對(duì)于目標(biāo)電流的跟蹤精度誤差非常的大。
　　研制了用于測(cè)試EPS基本性能的試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行EPS控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，使用Altium