汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性研究及控制系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）是一種新型動力轉(zhuǎn)向裝置，由于其能夠較好地解決轉(zhuǎn)向輕便性和轉(zhuǎn)向靈活性的矛盾，且具有節(jié)能、環(huán)保、裝配簡單等優(yōu)點，近幾年來在國內(nèi)外得到了很大的發(fā)展，尤其是在微車領(lǐng)域，電動助力轉(zhuǎn)向已經(jīng)取代了液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS）和電子液壓助力轉(zhuǎn)向（EHPS），成為微車動力轉(zhuǎn)向的主流?？偟膩碚f，EPS已經(jīng)成為世界汽車動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向。本文以某國產(chǎn)商用車為對象，就EPS動力學(xué)建模、助力特性設(shè)計、EPS助力控制策略、控制器的設(shè)計及試驗

2、等方面進行研究。
　　通過對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行受力分析，探討了轉(zhuǎn)向阻力矩的產(chǎn)生機理以及主要影響因素，建立了不同車速下的轉(zhuǎn)向盤阻力矩模型以及EPS動力學(xué)狀態(tài)空間模型，分析了EPS系統(tǒng)在轉(zhuǎn)向盤角輸入、轉(zhuǎn)向盤力矩輸入以及路面沖擊作用下的穩(wěn)定性，研究結(jié)果表明：EPS的穩(wěn)定性與助力特性增益密切相關(guān)，超調(diào)量隨著助力特性增益的增加而增加，且助力特性增益必須小于一定的值，否則EPS是不穩(wěn)定的；當(dāng)受到路面沖擊時，隨著助力特性增益的增加，沖擊響應(yīng)幅值增

3、益逐漸減小，但是EPS振蕩更加劇烈，轉(zhuǎn)向舒適性變差，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抵抗地面高頻沖擊的能力降低。
　　研究了駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩特性，提出了一種用以描述不同行駛工況的駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩特性模型，對三款不同型號車輛的進行了駕駛員轉(zhuǎn)向盤力矩實車試驗，進而在試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立了中國西南地區(qū)駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩模型并進行了驗證。研究結(jié)果表明：低速穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向工況下，除車速外駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩主要受轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的影響，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角一定時，駕駛員的理

4、想轉(zhuǎn)向盤力矩與速度近似成線性正比關(guān)系，而當(dāng)車速一定時，駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增函數(shù)，但是隨著轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增大，駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩增加的程度變慢，最終趨于一個常值；高速穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向工況下，除車速外駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩主要受汽車側(cè)向加速度的影響，當(dāng)汽車側(cè)向加速度一定時，駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩與速度近似成線性正比關(guān)系，而且車速一定時，駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩是側(cè)向加速度的增函數(shù)，但是隨著側(cè)向加速度的增大，駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩增加的程度變慢

5、，最終趨于一個常值。如果車輛的體積、車重相近，道路條件相同，那么駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩對于車型的變化不敏感，同一駕駛員不同車型的理想轉(zhuǎn)向盤力矩與車型無關(guān)。
　　通過對EPS助力特性的分析，根據(jù)EPS的助力力矩的是轉(zhuǎn)向盤阻力矩與駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩的差值這一實質(zhì),按照車速高低對助力特性曲線的產(chǎn)生機理進行了探討,比較了低速與高速行駛工況下EPS助力特性的產(chǎn)生過程的異同。在此基礎(chǔ)上對EPS助力特性曲線的相關(guān)幾何特征進行了分析，研究結(jié)果表明

6、：EPS助力特性不是完全的直線、折線或者曲線型，而是一種漸變的形狀，它原地轉(zhuǎn)向時是一條直線，隨著車速的增加而變成了下凹型的曲線，而且其下凹性隨車速的增加而增強，不存在上凸形式的助力特性曲線。進而，提出了一種助力曲線的設(shè)計方法，利用駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤力矩的客觀性以及其試驗結(jié)果的可重復(fù)使用性，提高EPS助力特性的設(shè)計效率，減少整個EPS以及后續(xù)車型的EPS的開發(fā)周期和成本。
　　對EPS中存在的不確定因素進行了分析，針對傳統(tǒng)的PID控制

7、的缺點，提出了一種間接自適應(yīng)模糊滑模(indirect adaptive fuzzy sliding mode control，IAFSMC)控制策略，將其應(yīng)用與 EPS的助力控制中并進行了仿真分析，研究結(jié)果表明：IMFSMC控制算法設(shè)計過程中，對于系統(tǒng)x(n) = f(x，t) +u(t) +d(t)，其模糊系統(tǒng)f (x,θf)和h(s,θh)的構(gòu)造不是并行的而是串行的，先構(gòu)造f (x，θf)再構(gòu)造h(s,θh)，而且構(gòu)造h(s,θh

8、)時需要用到構(gòu)造f (x,θf)時的相關(guān)結(jié)果;IAFSMC控制算法魯棒性較強，能夠克服由于外界的干擾和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不確定性帶來的不利影響，在任何時候都能夠使得實際電流跟蹤上目標(biāo)電流。而PID控制算法對于外界抗干擾能力略差，高速行駛工況下能夠在一定的范圍能跟蹤上目標(biāo)電流，而在車速較低助力電流較大的時候，PID控制算法對于目標(biāo)電流的跟蹤精度誤差非常的大。
　　研制了用于測試EPS基本性能的試驗臺，進行EPS控制系統(tǒng)開發(fā)，使用Altium