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《合肥工业大学》 2009年
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基于快速控制原型的电动助力转向控制系统研究

刘俊  
【摘要】:随着对汽车“安全、节能、环保”三大目标越来越高的要求,以及汽车行业越来越激烈的竞争,在车辆转向系统的研究中,汽车电动助力转向(Electrical Power Steering,EPS)是当前研究的前沿与热点。该转向系统具有低能耗、无污染,装配性好,且在不同的车速与路况下能实现全工况柔性灵活助力控制,保证行驶的车辆在低速时转向轻便,在高速时转向稳定有路感,是非常先进的汽车转向技术,已逐渐代替传统的液压助力转向系统,将成为汽车上的标准配置。 控制系统是电动助力转向系统(EPS)的关键,也是决定电动助力转向系统(EPS)性能好坏的很重要因素。电动助力转向系统(EPS)控制对象是一个非线性、多输入多输出的复杂系统,同时控制性能指标要求较多,使用经典控制算法的控制系统已不能取得很好的控制效果。本文的目标是研究设计针对某车型的能满足各项性能指标要求、特别是助力特性需求的电动助力转向控制系统。 在电动助力转向系统(EPS)动力学分析的基础上,建立了线性二自由度整车转向系统、轮胎、辅助电机等EPS各重要组成部分的数学模型,最后建立了电动助力转向系统的多输入多输出状态空间方程数学模型。 分析了车辆转向轻便性与行驶路感,介绍了能满足车辆转向轻便性与行驶路感的助力特性曲线的特点、助力特性曲线的类型及应用范围,并计算某具体车型助力特性曲线上的特征参数,在此基础上,通过试验测取该车型具体的助力特性曲线。 建立从转向盘转角到助力转矩的传递函数,分析电动助力转向系统(EPS)的稳定性能。建立转动阻转矩到助力转矩的传递函数,分析了路面冲击对系统稳定性能的影响,为了消除路面冲击对系统稳定性能的影响,引入了微分环节。 设计了基于信号滤波的目标电流输出控制及闭环反馈控制策略。 在信号滤波方面,使用幅值滤波及频率滤波的复合滤波方法滤除噪声,抑制干扰。由幅值滤波器滤除地面不平度冲击噪声,由频率滤波器滤除高频电磁噪声。 目标电流的输出控制根据转向盘不同的工作状态过程有不同的控制算法。车辆转向盘有三种不同工作状态过程:助力过程、回正过程、阻尼过程。在助力过程中,由车速、转向盘转矩根据助力特性曲线输出电机目标电流,因为助力特性曲线的非线性特点,设计了目标电流的模糊控制输出;在回正过程及阻尼过程中,电机目标电流输出的控制策略使用比例线性模型控制。因为在不同行驶车速下,由于助力特性系数不同导致系统模型的改变,所以单纯的PID闭环反馈控制不能保证控制系统的鲁棒性。通过模糊PID闭环反馈控制,由模糊控制器调整PID的控制参数,从而提高系统的快速响应性,减少超调量。 使用Matlab/Simulink对设计的控制策略进行计算机模拟仿真并通过基于LabVIEW平台的快速控制原型方法,对电动助力转向试验台架及实车进行硬件在环仿真,验证控制策略的实际控制效果,仿真结果显示控制效果较好。 在控制理论研究及仿真的基础上,对控制系统的具体表现形式即电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)进行设计,该ECU包括电动机驱动及电流换向电路、电动机驱动信号控制电路、报警灯与继电器驱动电路、车速处理电路等各个电路功能模块。编制了电动助力转向嵌入式控制系统,该嵌入式系统包括信号采集与处理模块、控制算法模块、PWM调压输出模块、助力方向控制模块等功能模块。 将设计开发的电动助力转向控制系统装车进行道路试验表明,该控制策略能有效地提高转向的轻便性及转向回正性能,驾驶员路感良好。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:U463.4

【引证文献】
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【相似文献】
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中国重要报纸全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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8 陈拴永;基于电流跟踪控制的转向柱型电动助力转向研究[D];燕山大学;2011年
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