EPS多模式切换控制策略及快速原型试验研究

摘要

电动助力转向(EPS)系统不仅具有节能、安全、成本低和总装性好等优点，还符合现代汽车电子化、智能化发展的要求，并逐渐成为现代汽车转向系统的研究热点之一。EPS系统由电机提供助力，通过合适的综合控制方法，调节系统助力特性，使车辆在不同车速下获得不同的助力特性，提高驾驶员转向时的路感以及整车的操纵稳定性。
　　车辆实际行驶过程中，影响汽车转向操纵性能的因素较多，用单一的控制策略难以协调多种工况下的转向轻便性能要求之间的矛盾。根据EPS与整车之间存在的相互制约、相互影响、相互协调的关系，采用多模式切换控制策略进行EPS控制系统的设计，本文以CH7140车型的C型EPS系统为研究对象，对整车多体动力学建模和EPS控制系统设计进行了研究，并进行了联合仿真及快速原型试验。
　　在分析助力特性的基础上，设计了直线型助力特性。根据EPS控制模式的分类建立了模式切换规则，满足不同工况控制的需要，设计了多模式模糊PID控制器，自适应车辆所处的不同工况。
　　运用多体动力学软件SIMPACK建立了昌河北斗星CH7140的整车多体动力学模型，其中包括转向、悬架运动学、轮胎力学、弹性力学方面的非线性特性，并通过典型工况下的仿真与实车道路试验对比验证了所建整车模型的正确性。
　　基于SIMPACK和Matlab/Simulink建立了联合仿真控制模型，进行了双纽线、蛇形、角阶跃输入和周期干扰输入的联合仿真试验，仿真结果表明设计的多模式切换EPS模糊PID控制能有效改善转向轻便性和整车操纵稳定性。
　　基于dSPACE搭建了EPS的快速控制原型，并利用现有的试验设备进行实车道路试验，包括双纽线试验、蛇形试验、角阶跃试验和周期干扰输入试验。通过实车试验与仿真结果的对比分析，验证了仿真的正确性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 汽车动力转向系统简介

1．2 电动助力转向系统

1．2．1 结构及工作原理

1．2．2 国内外发展状况

1．2．3 控制策略研究现状

1．3 本文研究目的和主要内容

第二章 EPS多模式切换控制系统设计

2．1 助力特性分析

2．2 助力特性曲线的确定

2．3 EPS控制模式

2．3．1 助力控制

2．3．2 回正控制

2．3．3 阻尼控制

2．4 控制模式切换

2．5 EPS系统控制算法

2．5．1 PID控制理论

2．5．2 模糊控制理论

2．5．3 模糊自适应PID控制系统设计

2．6 本章小结

第三章 整车动力学模型建立与验证

3．1 多体动力学及SIMPACK介绍

3．1．1 多体动力学理论简介

3．1．2 多体动力学软件

3．2 SIMPACK建模准备

3．2．1 模型参数获取

3．2．2 模型中的简化与假设

3．3 整车SIMPACK模型建立

3．3．1 转向系统模型

3．3．2 前悬架模型

3．3．3 后悬架模型

3．3．4 轮胎模型

3．3．5 整车模型

3．3．6 驾驶员控制模型

3．4 模型验证

3．4．1 试验设备与方案

3．4．2 试验与仿真结果对比及分析

3．5 本章小结

第四章 EPS多模式切换控制策略仿真验证

4．1 联合仿真概述

4．2 联合仿真步骤及模型建立

4．3 联合仿真结果与分析

4．3．1 双纽线工况仿真

4．3．2 蛇形工况仿真

4．3．3 角阶跃工况仿真

4．3．4 周期干扰输入仿真

4．4 本章小结

第五章 基于dSPACE的EPS实车试验

5．1 快速原型设计方法

5．2 dSPACE实时仿真系统介绍

5．3 dSPACE软、硬件平台

5．3．1 dSPACE硬件

5．3．2 dSPACE软件

5．4 EPS快速控制原型建立

5．5 快速原型实车试验

5．5．1 试验设备及条件

5．5．2 试验内容及结果分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间参加的科研项目及学术成果