基于主动安全的电动助力转向系统控制策略研究

摘要

电动助力转向系统(Electric Power Steering System)与传统的液压助力转向系统相比具有很多优点，因此成为现代汽车转向系统研究的热点之一。本论文在研究和分析电动助力转向系统国内外研究现状和发展趋势的基础上，从车辆主动安全性的角度对电动助力转向系统的控制进行了分析和探讨。 首先，建立了电动助力转向系统数学模型和整车三自由度模型。为获得更加接近实际的转向系统模型，应用AMESim软件建立了电动助力转向系统半物理模型。在建立模型的基础上，分析了机械转向系统的转向力特性，转向阻力矩的形成以及转向系统对车辆安全性的影响。从车辆主动安全的角度，确定了电动助力转向系统的助力特性。为减小转矩传感器输出转矩的扰动，同时加快系统响应性，设计了转矩补偿控制器。对不同模式下的控制策略进行分析，分析了控制策略对整车性能的影响，提出了控制策略。设计了基于整车模型的电动助力转向系统的鲁棒控制器，并对其性能进行分析。另外，论文提出了基于横摆力矩补偿控制的思想，充分体现了主动安全的设计理念。 其次，对基于P87C591单片机的硬件电路进行了分析，采用模块化设计的方法编写控制程序，为控制系统硬件与软件相结合进行调试做好准备。软件设计时，提出根据车速、转角信号等对车辆状态进行判断，采取不同的控制策略，保证车辆安全性。 最后，从车辆操纵稳定性的角度对电动助力转向系统转向性能进行评价。为验证所提出控制策略的可行性，进行了台架试验与分析。

目录

文摘

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论文说明：注释表

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第一章绪论

1.1汽车转向系统概述

1.2电动助力转向系统及特点

1.3电动助力转向系统国内外的研究及发展现状

1.3.1国外研究及发展现状

1.3.2国内发展及研究现状

1.4本课题的研究目的和意义

1.5本文主要研究内容

第二章电动助力转向系统的建模

2.1车辆线性三自由度角输入模型

2.2电动助力转向系统数学模型

2.2.1转向盘和转向输入轴子模型

2.2.2转向输出轴子模型

2.2.3电动机模型

2.2.4齿轮齿条子模型

2.2.5 EPS状态空间方程

2.3转向系统半物理模型建立

2.3.1 AMESim软件简介

2.3.2 AMESim软件下EPS模型建立

2.4本章小结

第三章电动助力转向系统控制策略研究

3.1基于主动安全的助力特性确定

3.1.1转向阻力矩的形成与分析

3.1.2车辆侧倾载荷分配受力分析

3.1.3基于主动安全的电动助力转向系统助力特性的确定

3.1.4仿真研究及结果分析

3.2常规助力控制

3.2.1 EPS转矩补偿控制

3.2.2 EPS的传统PID控制器设计

3.2.3 EPS的PID参数自调整模糊控制器设计

3.2.4仿真研究及结果分析

3.3回正控制

3.3.1回正控制策略

3.3.2仿真研究及结果分析

3.4 EPS鲁棒控制研究

3.4.1 H∞控制理论基础

3.4.2 EPS的H∞最优控制器的设计

3.4.3仿真研究及结果分析

3.5横摆力矩补偿控制

3.5.1直接横摆力偶矩控制机理分析

3.5.2横摆力矩补偿控制思想

3.6本章小结

第四章EPS控制系统设计

4.1电动助力转向控制系统控制器应具备的功能

4.2电动助力转向系统硬件设计

4.2.1 CPU的选择

4.2.2信号处理电路

4.2.3电动机控制电路

4.2.4电动机的脉宽调制

4.3 EPS的软件设计

4.3.1 EPS主程序流程图

4.3.2 A/D转换

4.3.3数字滤波

4.3.4转向判断子程序

4.3.5基于主动安全的助力控制子程序

4.4本章小结

第五章EPS性能评价

5.1 EPS本身性能评价

5.2基于车辆安全性对EPS转向感觉评价

5.2.1舒适性评价

5.2.2灵敏度评价

5.2.3准确性评价

5.2.4稳定性评价

5.2.5 EPS转向感觉综合评价

5.3本章小结

第六章EPS台架试验与分析

6.1 EPS试验台简介

6.2 EPS台架试验方案

6.3试验结果分析

6.3.1电流特性试验

6.3.2回正试验

6.3.3转向轻便性试验

6.3.4稳定性试验

6.4本章小结

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

读研期间发表的学术论文