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线控转向系统的路感控制策略研究

吴瑾  
【摘要】:线控转向系统(Steering-By-wire System,简称SBW)是继电动助力转向系统后出现的一种新型转向系统,取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接,不仅提高了汽车的安全性、操纵稳定性以及节能环保性,而且使得系统的设计更加自由、灵活。线控转向系统是汽车转向系统发展的必然趋势,同时也成为当今汽车领域研究的热点之一 本文介绍了几种常见的控制器,并重点对分数阶PIλDμ控制器进行了阐述。针对线控转向系统路感的控制目标,提出了分层控制策略,将线控转向系统的路感控制分为上、下两层。 上层控制策略针对线控转向系统的路感再现问题进行路感方案研究,本文设计了两种路感方案。机械路感方案以回正力矩动力学模型为基础,将回正力矩直接反馈给驾驶员以模拟实时路感。仿真结果表明,该方案得到的路感与机械式转向系统的路感基本相符,但仍很“机械”不能满足驾驶员的理想路感需求。理想路感方案充分发挥线控转向系统的优势,从操纵力和方向盘转角两方面对路感进行设计。其仿真结果表明,该方案能实现路感低速时轻便灵敏,高速时清晰稳定,从根本上解决了传统转向系统“轻”和“灵”的矛盾。理想路感方案还能根据不同的驾驶员需求,实现路感的个性化设计。 下层控制策略控制路感电机使其按照主控制器的指令进行动作,以实现电机的路感模拟功能和方向盘回正功能。本文建立了方向盘模块动力学模型,设计了PID控制器、模糊PID控制器和分数阶PIλDμ控制器。仿真结果表明,三种控制均能实现电机的路感模拟功能,但是采用分数阶PIDμ控制器的系统响应更快,超调量更小,输出更加平稳,并且系统在工作频域范围具有良好的鲁棒性。因此,本文在方向盘回正控制中也采用了分数阶PIλDμ控制,该控制器能实现电机的方向盘回正控制,而且具有良好的鲁棒性。 本文搭建了基于dSPACE的线控转向系统试验平台,并利用此试验平台进行了路感模拟试验和方向盘回正试验,试验结果与仿真结果基本相符。


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