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线控转向系统变传动比特性及稳定性控制研究

范广栋  
【摘要】:线控转向系统是一种新兴的汽车转向系统。与传统的机械转向系统不同,线控转向系统中转向盘和转向器之间没有刚性的机械连接,整个转向系统的机械部分只有转向盘模块和转向执行模块,且两模块间的信息传递完全由电信号取代,每个模块配有一个电机来提供动力输入。转向执行模块的电机负责驱动转向轮,而转向盘模块的电机负责模拟机械转向系统中,路面传递给转向盘的路感力矩。两模块间通过中央控制器进行电信号的传输,设定控制器中的控制算法来调控两个电机,进而实现整个线控转向系统的运转。本文使用两两对比的方式,对线控转向系统的模型搭建,传动比设计和稳定性控制进行深入研究。并将双向控制理论应用于线控转向系统的结构设计和建模思路上,最后采用无源控制中的波变量法,设计波变量控制器来保证系统的整体稳定性。本文的主要工作内容如下:1.模型的建立及仿真验证本文采用Simulink与Car Sim联合建模的方法对车辆模型建模。设计了两种不同的建模思路,通过实验仿真对两种建模思路的优缺点进行对比分析。最后选取了仿真效果更佳的方法,即通过设置Car Sim中转向系统参数并采用三环PID控制器对转型执行电机进行控制的建模方法。2.变角传动比设计本文对比了两种不同的变角传动比设计方法,分析了定增益法的不足,并依此改进了设计方法。采用恒定车速定横摆角速度增益和转向灵敏度两个指标,对变角传动比进行设计。并对随车速变化的角传动比和随小齿轮转角变化的角传动比分别设计拟合,最后给出整体的线控转向系统变角传动比特性。3.线控转向系统双向控制结构和力传动比特性研究采用双向控制理论对线控转向系统结构进行设计,通过阅读大量文献对不同双向控制结构的线控转向系统进行对比分析,选取了应用广泛且结构简单的力反馈-位置型线控转向系统双向控制结构,并依此结构进行力传动比特性的设计和整体模型的完善。4.线控转向系统稳定性控制研究采用无源理论对线控转向系统的稳定性进行研究。简要介绍系统的无源性,分析无源理论中的PO/PC法,即通过设计观测器和控制器来保证系统稳定性的方法。对其方法在线控转向系统中应用的不足作详细阐述。最后采用无源理论中波变量法,设计波控制器,进而消除了由通信时延所引起的系统不稳定因素,保证了系统的整体稳定性。


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