基于分岔理論的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略及其對汽車操縱穩(wěn)定性影響的研究.pdf

1、隨著高速公路的發(fā)展，汽車行駛速度越來越快，人們對汽車整體性能的要求也不斷在提高，而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車整車行駛性能（如操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等）有舉足輕重的影響。作為直接影響汽車安全性能的重要部件之一，電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)在國內(nèi)已從理論研究探索階段逐步走向產(chǎn)品化階段，本文依托江蘇省“六大人才高峰”資助項(xiàng)目：轎車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究與開發(fā)，以EPS系統(tǒng)為研究對象，以現(xiàn)代非線性動力學(xué)分岔和混沌為理論基礎(chǔ)，借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，構(gòu)建了裝備EPS

2、系統(tǒng)的整車操縱穩(wěn)定性協(xié)同仿真虛擬試驗(yàn)框架，圍繞著裝備EPS系統(tǒng)的汽車非線性動力學(xué)、EPS系統(tǒng)的控制策略及其對整車操縱穩(wěn)定性的影響等展開深入的理論分析和試驗(yàn)研究，具體研究內(nèi)容如下：
　　 首先考慮EPS系統(tǒng)干摩擦仿真模型以及魔術(shù)輪胎公式，建立駕駛員--裝備EPS系統(tǒng)汽車閉環(huán)系統(tǒng)非線性操縱動力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用現(xiàn)代非線性動力學(xué)理論對該模型在自治情況下進(jìn)行非線性動力學(xué)特性分析和數(shù)值仿真，指出了分岔速度對閉環(huán)系統(tǒng)非線性運(yùn)動穩(wěn)定性的影

3、響規(guī)律，分析了整車參數(shù)對閉環(huán)系統(tǒng)Hopf分岔速度的影響，著重研究了EPS系統(tǒng)參數(shù)對閉環(huán)系統(tǒng)Hopf分岔速度的影響。
　　 其次從EPS系統(tǒng)控制的基本目標(biāo)和常見的EPS系統(tǒng)控制策略入手，給出了直流電動機(jī)電流閉環(huán)PI控制的設(shè)計(jì)方法，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用混合靈敏度方法設(shè)計(jì)出了魯棒H∞控制器。通過仿真結(jié)果分析表明基于PI電流環(huán)的混合靈敏度魯棒H∞控制器能在較寬頻帶范圍內(nèi)增強(qiáng)地面低頻信號、削弱高頻信號和抑制轉(zhuǎn)矩傳感器的噪聲，所設(shè)計(jì)的控制器有較

4、強(qiáng)魯棒性，助力跟蹤能力和抗干擾能力，能有效改善車輛的轉(zhuǎn)向回正特性，提供給駕駛員較為滿意的路感，提高車輛的轉(zhuǎn)向操縱性能。
　　 第三、通過采用EPS系統(tǒng)電磁離合器PWM節(jié)能控制策略，即隨著轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的變化來實(shí)時(shí)改變通過電磁離合器的電流，從而改變電磁離合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩。由于通過電磁離合器的電流減小，其發(fā)熱量也減小，可以適當(dāng)減小電磁離合器線圈的銅線直徑，減輕重量，降低成本。經(jīng)過臺架試驗(yàn)驗(yàn)證所提出的控制策略的合理性，節(jié)能效果明顯，能滿足

5、使用的要求，還達(dá)到環(huán)保的目的。在研究了現(xiàn)有電磁離合器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了一種嚙合套式電磁離合器的結(jié)構(gòu)方案，提高電磁離合器的響應(yīng)速度，改善EPS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向特性，獲得國家專利授權(quán)。
　　 第四、利用MATLAB/Simulik建立了考慮駕駛員--汽車閉環(huán)非線性操縱動力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上建立了考慮EPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，并使用該模型對裝備EPS系統(tǒng)整車操縱穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真研究，討論了EPS系統(tǒng)對整車操縱穩(wěn)定性的影響，通過仿真分析出E

6、PS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如助力機(jī)構(gòu)減速比、轉(zhuǎn)矩傳感器扭桿剛度、助力增益等，以及EPS系統(tǒng)采用不同的控制策略對整車操縱穩(wěn)定性能的影響。
　　 最后以某型號轎車為例，在ADAMS/Car組裝成裝備EPS系統(tǒng)整車虛擬樣機(jī)模型，并與MATLAB/Simulink構(gòu)建裝備EPS系統(tǒng)整車協(xié)同仿真虛擬試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化的聯(lián)合仿真。通過幾個(gè)典型工況的操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)仿真與實(shí)車道路試驗(yàn)結(jié)果對比表明，裝備混合靈敏度魯棒H∞控制器的EPS系統(tǒng)能有效