基于轮胎力估计的汽车EPS和AFS集成控制研究

摘要

转向系统是汽车的一个重要组成部分，其性能直接影响着路感和车辆的操纵稳定性和行驶安全性。电动助力转向(EPS)克服了传统液压系统的不足，能提供良好的转向路感，已经在中小型轿车中得到了较广泛的应用。主动前轮转向(AFS)能有效提高车辆的操纵稳定性和行驶安全性，虽然目前AFS主要装载于高端车型，但是未来它必将向中低端车型转移。因此将EPS与AFS集成，进一步提升转向系的性能，是未来汽车发展的必然趋势。
　　本文正是在此背景下，展开对EPS和AFS集成系统的研究。本文首先分别对EPS和AFS两个子系统进行了详细的分析和研究，在此基础上，研究了EPS和AFS的集成控制问题。具体研究内容如下:
　　(1)分析了EPS和AFS集成系统的结构布置，建立了含有EPS和AFS的转向系模型、整车非线性二自由度模型、轮胎模型和转向阻力矩模型，在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型，并用Carsim中的试验数据验证了本文所建车辆模型的准确性。
　　(2)分析了三种典型的助力特性曲线，选择直线型助力特性曲线用于EPS助力控制中，并讨论了直线型助力特性曲线的设计方法。设计了EPS的控制策略，包括助力控制、回正控制、阻尼控制和补偿控制，以及控制模式的选择切换。仿真分析验证了EPS控制策略的有效性。
　　(3)设计了一条改进型变传动比曲线，在保证稳态车辆系统增益为定值的前提下，尽量减小AFS转角电机的转矩波动，兼顾了车辆操纵性能和电机性能。采用线性二次型最优控制，设计了AFS控制器。仿真分析表明该控制器能有效提高车辆的操纵稳定性和行驶安全性。
　　(4)详细阐述了EPS和AFS集成控制系统应具有的功能，分析了集成系统中两子系统间的相互影响。最后基于轮胎侧向力估计，设计了EPS助力修正控制器，有效的解决了子系统间的干预问题，协调了子系统间的工作。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电动助力转向研究现状

1．2．2 主动前轮转向研究现状

1．2．3 车辆底盘集成控制研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 仿真模型的建立与验证

2．1 集成系统结构分析

2．2 转向系动力学模型

2．2．1 EPS子系统动力学模型

2．2．2 AFS子系统动力学模型

2．3 整车动力学模型

2．4 轮胎模型

2．4．1 轮胎模型简介

2．4．2 轮胎模型的性能仿真与选择

2．5 转向阻力矩分析与计算

2．6 仿真模型验证

2．7 本章小结

第3章 EPS子系统的分析与设计

3．1 EPS助力特性曲线设计

3．1．1 助力特性曲线基本要求

3．1．2 助力特性曲线选择

3．1．3 助力特性曲线设计方法

3．2 EPS控制策略研究

3．2．1 控制策略概述

3．2．2 助力控制

3．2．3 回正控制

3．2．4 阻尼控制

3．2．5 补偿控制

3．3 仿真分析

3．3．1 助力控制效果仿真

3．3．2 回正控制效果仿真

3．4 本章小结

第4章 AFS子系统的分析与设计

4．1 可变传动比功能研究

4．1．1 理想变传动比曲线设计

4．1．2 改进型变传动比曲线设计

4．2 车辆稳定性控制策略研究

4．2．1 车辆稳定性控制概述

4．2．2 理想横摆角速度计算

4．2．3 控制器设计

4．2．4 仿真分析

4．3 本章小结

第5章 EPS与AFS集成协调控制

5．1 集成控制系统概述

5．1．1 集成控制系统功能

5．1．2 子系统间相互影响分析

5．2 控制策略研究

5．2．1 非线性轮胎力估计

5．2．2 EPS助力修正控制

5．3 仿真分析

5．3．1 侧向力估计效果验证

5．3．2 控制器效果验证

5．4 本章小结

总结展望

参考文献

附录A(攻读硕士学位期间发表的论文)

致谢