永磁转差离合器式ECHPS自适应非奇异快速终端滑模控制研究

摘要

当前中重型商用车普遍采用液压助力转向系统（HPS），HPS虽能保证车辆在低速转向时较轻便省力，但在高速转向时HPS普遍存在“路感”不足问题，同时HPS也存在较大的溢流损耗、不利于整车节能等问题。为此，本文研究了一种将永磁转差离合器（PMSC）与HPS相结合的新型电控液压助力转向系统（ECHPS）——永磁转差离合器式ECHPS（简称为P-ECHPS）。通过控制外接于PMSC外转子调速电路中IGBT占空比，即可调整PMSC内转子转速，从而改变转向泵转速，使P-ECHPS根据车辆行驶工况的变化而提供可变的助力，既保证低速转向的轻便性，增强高速行驶时驾驶员“路感”，还可降低转向系统的能耗。针对 P-ECHPS的动力学特点，本文提出了自适应非奇异快速终端滑模（NFTSM）控制策略，开展了PMSC调速控制仿真、快速原型试验及实车试验研究，为进一步开展P-ECHPS系统开发和应用提供理论和技术支持。主要内容如下：
　　介绍了P-ECHPS的构成和原理，研究了 P-ECHPS核心部件 PMSC，确定了PMSC调速方案并建立了 PMSC调速数学模型，通过台架试验，获得了调速数学模型中关键特性参数——感应电势系数的数值。分析了P-ECHPS中的液压系统组成，建立了液压系统各部分数学模型。根据P-ECHPS理想助力特性要求，通过仿真得到P-ECHPS所需的助力特性曲线，结合所建立的液压系统模型，得到了不同工况下的PMSC内转子目标转速。
　　考虑P-ECHPS整个系统的快速响应要求，以及变量多且非线性强的特点，同时在P-ECHPS工作过程中无可避免存在多种不确定因素，提出自适应NFTSM控制策略，精确控制PMSC内转子转速，从而对P-ECHPS整个系统实现良好的助力控制。通过仿真分析，将自适应NFTSM与PID、普通滑模（SMC）、快速终端滑模（NTSM）的控制效果进行对比，结果表明自适应NFTSM算法具有相对最快的收敛速度、较强的鲁棒性以及良好的控制性能。通过P-ECHPS助力特性仿真，表明自适应NFTSM控制策略实现了P-ECHPS的可变助力特性。
　　构建了基于dSPACE的PMSC快速控制原型试验台，进行了有干扰和无干扰情况下的 PID和自适应 NFTSM控制效果的对比试验，试验结果表明，自适应NFTSM能使PMSC快速跟踪到目标转速，鲁棒性强，验证自适应NFTSM算法的有效性和离线仿真结果的正确性。
　　最后将研制的P-ECHPS样机安装于XMQ6118型大客车，按照汽车操纵稳定性相关试验标准，进行了原地转向、双纽线、蛇形、转向盘中间位置和角阶跃试验，综合5项试验结果表明：采用P-ECHPS转向系统的大客车操纵稳定性明显优于传统HPS，高速时的“路感”提高约35.9%。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 转向系统技术发展概述

1.2 电控液压助力转向系统研究进展

1.3 转差离合器结构组成与性能特点

1.4 终端滑模控制理论与应用

1.5 本课题研究目的和意义

1.6 本课题主要研究内容

第二章 PMSC调速模型研究

2.1 P-ECHPS系统简介

2.2 PMSC结构及原理

2.3 PMSC调速模型

2.4 感应电势系数

2.5 本章小结

第三章 P-ECHPS助力特性与PMSC内转子目标转速

3.1 P-ECHPS液压系统模型

3.2 P-ECHPS助力特性

3.3 PMSC内转子目标转速

3.4 本章小结

第四章 P-ECHPS自适应非奇异快速终端滑模控制策略

4.1 终端滑模控制

4.2 P-ECHPS控制策略

4.3 控制器设计

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

第五章 PMSC快速控制原型试验研究

5.1 dSPACE简介

5.2 PMSC快速控制原型试验

5.3 试验结果分析

5.4 本章小结

第六章 P-ECHPS实车操稳性试验研究

6.1 汽车操纵稳定性概述

6.2 试验仪器

6.3 整车试验与结果分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目及学术成果