主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制機(jī)理及其干預(yù)地EPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向路感研究.pdf

1、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為人一車交互界面，是汽車的關(guān)鍵子系統(tǒng)之一，直接影響汽車的操縱穩(wěn)定性、舒適性和行駛主動(dòng)安全性。在現(xiàn)有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering，EPS)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究主動(dòng)轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)理和路感，既可以充分發(fā)揮電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的助力性能，又可以通過主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制，改善EPS系統(tǒng)在穩(wěn)定性控制方面的不足，提高汽車行駛的主動(dòng)安全性，獲得良好的轉(zhuǎn)向特性，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。具體研究內(nèi)容如下：
　

2、　 (1)綜述了不同動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的研究現(xiàn)狀，然后對主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制關(guān)鍵技術(shù)、汽車橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)，以及EPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向路感的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，提出了現(xiàn)有國內(nèi)外研究存在的問題及解決思路。
　　 (2)提出了一種融合主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的EPS系統(tǒng)的機(jī)電結(jié)構(gòu)，建立了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與整車機(jī)電耦合的數(shù)學(xué)模型。通過雙排行星輪系動(dòng)力學(xué)分析，以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向路感、轉(zhuǎn)向靈敏度和穩(wěn)定性分析，從理論上解決了是否需要改變扭矩傳感器的安裝位

3、置或增加額外扭矩傳感器的問題。并從路面信息反饋的角度，分析了主動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)電參數(shù)以及主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)對轉(zhuǎn)向路感的影響，為研究主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)時(shí)EPS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向路感問題打下了基礎(chǔ)。
　　 (3)建立了無主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)時(shí)EPS系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，推導(dǎo)出了轉(zhuǎn)向阻力矩到扭矩傳感器輸出的傳遞函數(shù)，定性分析了助力比對轉(zhuǎn)向路感的影響。根據(jù)EPS系統(tǒng)的頻率分布，選取了兩個(gè)加權(quán)函數(shù)，并針對兩種加權(quán)函數(shù)作用的情況，基于H∞控制算法和線性矩陣不等式(Lin

4、earMatrix Inequality，LMI)方法設(shè)計(jì)了不同的反饋控制器，分析了不同加權(quán)策略對轉(zhuǎn)向路感的影響。仿真結(jié)果表明，兩個(gè)加權(quán)函數(shù)共同作用可以保證駕駛員獲得滿意的轉(zhuǎn)向路感。
　　 (4)采用固定轉(zhuǎn)向增益策略，并鑒于特征車速對汽車行駛穩(wěn)定性的影響，以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角對操縱性的要求，提出了變傳動(dòng)比控制規(guī)律的兩種控制方案。為驗(yàn)證所提出的變傳動(dòng)比控制規(guī)律的控制方案，建立了人-車-路閉環(huán)系統(tǒng)，并基于線性矩陣不等式方法，設(shè)計(jì)了無刷直流

5、電機(jī)(Brushless DC Motor，BLDCM)的角位移跟蹤魯棒PID控制器。進(jìn)行了單移線道路仿真，并從轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和路徑跟蹤兩方面性能，對增強(qiáng)穩(wěn)定性變傳動(dòng)比控制規(guī)律方案一和方案二進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明變傳動(dòng)比控制規(guī)律方案二的整體性能優(yōu)于方案一。
　　 (5)提出了主動(dòng)轉(zhuǎn)向變傳動(dòng)比控制和橫擺角速度控制的協(xié)調(diào)策略，并在變傳動(dòng)比控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行了橫擺角速度控制的研究?；诰€性二次型調(diào)節(jié)器(Linear Quadratic R

6、egulator，LQR)最優(yōu)控制理論，進(jìn)行了橫擺角速度控制器的設(shè)計(jì)。極限工況下的仿真驗(yàn)證了所提出的主動(dòng)轉(zhuǎn)向變傳動(dòng)比控制和橫擺角速度控制的協(xié)調(diào)策略，以及橫擺角速度控制器的有效性。
　　 (6)針對主動(dòng)轉(zhuǎn)向改變了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角位移傳遞特性的同時(shí)也改變了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與汽車行駛狀態(tài)之間的內(nèi)在對應(yīng)關(guān)系這一問題，提出了將橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角看作是轉(zhuǎn)向小齒輪轉(zhuǎn)角和側(cè)向加速度非線性映射的研究方案?；谧赃m應(yīng)模糊神經(jīng)推理系統(tǒng)(Adaptive Ne

7、uro-FuzzyInference System，ANFIS)，研究了橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的估計(jì)算法。為驗(yàn)證基于ANFIS算法進(jìn)行橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)的精度和泛化能力，進(jìn)行了仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證和實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，并與基于徑向基函數(shù)(Radial Basis Function，RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的估計(jì)結(jié)果進(jìn)行了對比分析。研究結(jié)果表明，所提出的研究方案是有效的，且基于ANFIS算法進(jìn)行橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的估計(jì)具

8、有更好的泛化能力。
　　 (7)針對主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)時(shí)轉(zhuǎn)向盤力矩發(fā)生突變的問題，提出了兩種不再受傳統(tǒng)EPS系統(tǒng)助力車速范圍外常規(guī)助力增益取值為零的限制，且能夠在主動(dòng)轉(zhuǎn)向施加附加轉(zhuǎn)角干預(yù)時(shí)，實(shí)現(xiàn)全車速范圍內(nèi)EPS系統(tǒng)助力電機(jī)的前饋助力修正控制方案。同時(shí)，借鑒階躍響應(yīng)瞬態(tài)特性的評價(jià)方法，提出了助力修正方案的兩個(gè)評價(jià)指標(biāo)，并對兩種前饋助力修正方案進(jìn)行了量化對比分析。結(jié)果表明，基于扭矩傳感器輸出修正方案的修正控制效果優(yōu)于基于整車模型修正方案