汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模及控制算法研究.pdf

1、汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單的純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、機(jī)械液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，到電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，直到更為節(jié)能、操縱性能更好的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering System簡(jiǎn)稱(chēng)EPS)等幾個(gè)階段。EPS是汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向的發(fā)展方向，相比較于以往的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有安全、環(huán)保、節(jié)能、裝置靈活、調(diào)整簡(jiǎn)單等優(yōu)越之處。EPS在國(guó)外已經(jīng)成功應(yīng)用于很多車(chē)型上，目前國(guó)內(nèi)的研究開(kāi)發(fā)還處于發(fā)展階段，近年來(lái)一直是國(guó)內(nèi)汽車(chē)轉(zhuǎn)向的研究熱點(diǎn)，具有廣闊

2、的應(yīng)用前景。 本文論述了EPS的特點(diǎn)、工作原理、結(jié)構(gòu)組成、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀；通過(guò)對(duì)汽車(chē)EPS的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的負(fù)載特性分析，用牛頓定律和物理知識(shí)建立了機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和EPS數(shù)學(xué)模型，分析了系統(tǒng)機(jī)械參數(shù)對(duì)系統(tǒng)特性的影響：并對(duì)EPS的穩(wěn)定性能進(jìn)行了分析：對(duì)助力特性進(jìn)行了理論上的分析，探討了直線(xiàn)型助力特性特征參數(shù)的確定方法。 常規(guī)控制方法用于系統(tǒng)建模精確且控制目標(biāo)單一的情況，而EPS是一個(gè)非線(xiàn)性的多輸入多輸出系統(tǒng)，助力

3、系統(tǒng)參數(shù)變化、干擾和模型簡(jiǎn)化過(guò)程的誤差使得采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的控制器的性能會(huì)變差，所以要保證系統(tǒng)性能必須使閉環(huán)系統(tǒng)具有魯棒性。在數(shù)學(xué)模型和助力特性研究基礎(chǔ)上，根據(jù)汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)向的不同工況，研究了不同工況下控制算法選擇的邊界條件，重點(diǎn)研究了基于Hoo的EPS助力控制算法，回正控制算法，阻尼控制算法。由于EPS存在的摩擦力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)嚴(yán)重影響到輪胎的回正性能，同時(shí)還會(huì)引起轉(zhuǎn)向時(shí)的粘滯感，導(dǎo)致助力跟隨性變差，所以在系統(tǒng)控制中加入摩擦補(bǔ)償，

4、阻尼補(bǔ)償與慣量補(bǔ)償來(lái)解決上述問(wèn)題。最后，對(duì)EPS的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。 在以上研究的基礎(chǔ)上，建立了EPS的純數(shù)字仿真平臺(tái)。通過(guò)仿真研究證明所建立的數(shù)學(xué)模型是正確合理的，采用的控制算法兼顧了系統(tǒng)的助力特性、回正特性、阻尼特性和魯棒特性等諸方面。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能進(jìn)行了EPS控制器設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電流測(cè)量電路、傳感器接口、報(bào)警燈與繼電器驅(qū)動(dòng)電路等組成；系統(tǒng)軟件以MPKLAB-IDE調(diào)試環(huán)境為基礎(chǔ)，采用C語(yǔ)言編程技術(shù)，模塊