田正新[1]2012年在《汽车电动助力转向控制策略的研究及联合仿真分析》文中认为作为汽车的关键部件，转向系统的性能好坏将直接影响到汽车操纵稳定性、行驶安全性以及驾驶舒适性。电动助力转向系统(EPS)是近年来发展起来的一种新型动力转向系统,以其节能、环保、结构简单、可移植性好、助力实时可变、转向路感清晰等一系列优点，正逐步取代传统的液压动力转向，成为汽车技术发展的研究热点之一。本文首先介绍了电动助力转向系统的结构、工作原理、主要类型、优点以及发展现状,再以多体系统动力学理论为基础，应用机械系统仿真分析软件ADAMS/Car建立了整车多体动力学模型，其中包括前悬架模型、后悬架模型、转向系模型、轮胎模型、传动和制动系统模型及路面谱，并针对仿真工况编写了相关仿真文件。其次，分析了电动助力转向系统理想助力特性的特征形式以及确定助力特性的一般过程，并结合已建立的整车虚拟样机动力学模型,确定了一种直线型助力特性曲线，并通过MATLAB/Simulink建模实现。再次，对电动助力转向系统的控制策略进行分析，针对电动助力转向系统中被控参数具有非线性、时变等特点，提出了一种模糊与PID相结合的自适应模糊PID控制策略，它结合了模糊控制动态响应快和PID控制精度高的优点，然后在MATLAB/Simulink中按照该控制策略建立起电动助力转向助力控制系统，并结合助力特性模型、电机模型、PWM模型，最终建立起整个EPS系统的Simulink模型。最后，将ADAMS整车动力学模型与MATLAB控制系统相结合，进行机电一体化联合仿真分析，并对电动助力转向系统施加自适应模糊PID控制，进行一系列的动力学仿真试验及分析，验证了所建模型的正确性，并分析了控制策略因素及其方法对操纵稳定性的影响，并且证明联合仿真对研究电动助力转向系统的动力学特性是有效可行的，并为其在车辆工程中的研发与实际应用提供了参考。
王野[2]2005年在《汽车电动助力转向（EPS）系统的研究与开发》文中研究说明汽车电动助力转向(EPS)系统是近些年来出现的新型动力转向系统。与传统的动力转向(PS)相比较,汽车电动助力转向系统(EPS)结构简单、成本低、灵活性好、能充分的满足汽车转向性能的要求,在转向操作的舒适性、安全性和节能、环保等方面显示出显着的优越性。 电动助力转向(EPS)系统主要由扭矩传感器、车速传感器、电子控单元、无刷直流电动机、电磁离合器和减速机构等部分组成。在相应的软件及控制算法的协助下,共同实现转向助力的功能。本文在明晰了EPS的组成和工作原理后,首先对转向系对汽车操纵稳定性的影响作了一定分析,在此基础之上,对电动助力转向(EPS)系统进行了建模,开发了EPS控制执行系统的硬件和软件。 为了便于对动力转向进行建模,本文将汽车简化成二自由度汽车模型。依据EPS系统输入信号(扭矩和车速信号),建立了电动助力转向的B氏模型,并进行了控制器的数学建模。为了提高系统的稳定性,采用H_∞控制理论对电动助力转向系统控制器进行设计。 本文的EPS系统以MSP单片机为核心,采用传感器信号采集技术和LM621无刷直流电动机专用控制芯片等,实现信号采集和助力电机的控制。在EPS系统的设计过程中,将系统的安全与保护措施渗透到系统的每一个环节。在此基础之上,对样机进行了模拟试验,验证了本系统的合理性和可靠性。
王博[3]2009年在《某乘用车电动助力转向系统控制策略的研究》文中进行了进一步梳理转向系统是汽车的一个重要组成部分,其性能的好坏将直接影响到汽车的转向特性、操纵稳定性和驾驶员的操纵手感。电动助力转向系统作为一种日趋成熟的转向系统,与其它转向系统相比,具有改善汽车的操纵性能,助力变化合理,可以提供良好路感;经济性好,降低了燃油消耗;结构紧凑,生产装配性好;市场竞争力强等诸多优点,受到了许多学者和汽车生产厂商的关注,成为现代汽车转向系统研究和开发的热点。本文首先围绕电动助力转向系统的控制策略展开研究,并致力于将控制策略移植到实车控制当中。在论文第一章讨论了本文研究的意义及目的,并且对EPS进行分类,比较各种EPS的优缺点,以及国内外对控制策略的研究现状。第二章建立了基于Carsim的转向模型,包括电机,齿轮齿条,以及转向轮等各转向部件进行了动力学分析,并对模型准确性进行验证。第叁章研究了适应各种工况的控制策略,包括基本助力控制,补偿控制,阻尼控制以及回正控制。并通过仿真试验验证EPS控制策略的作用效果。第四章主要进行实车控制器的研发及算法调控,并且将控制器应用于改造好的实车当中,进行实验验证,证明控制算法的可行性。第五章对全文进行了总结。
江海霞[4]2008年在《中型越野车采用电动助力转向的研究》文中研究指明作为越野车底盘的重要组成部分,转向系统的性能好坏将直接影响越野车的机动灵活性、操纵稳定性和轻便性。目前,大部分中型越野车使用技术成熟的液压助力转向系统,改善了驾驶员的劳动强度,提高了其行驶安全性及灵活性,但液压系统存在的耗能、对环境可能造成的污染等固有不足已越来越明显,液压助力转向系统已经不能完全满足时代发展的要求。电动助力助力转向系统在国内外都有不少公司和高校进行研究,技术已经日趋完善,其应用范围已经从最初的微型轿车向更大型轿车和商用客车方向发展,在中型越野车上的应用也有着良好的前景。本文基于ADAMS软件,对装备EPS系统的中型越野车的多体动力学虚拟样机模型进行了仿真分析,主要研究内容如下:1、概述了越野车转向系统发展现状,然后从助力大小和成本两方面分析了中型越野车采用EPS的可行性。并简要说明了我国汽车行业应用EPS和HEPS的设想。介绍了EPS的发展现状、结构、工作原理、关键部件、类型及主要优点,并说明了本文的研究内容与意义。2、对多体动力学的理论基础和动力学仿真软件ADAMS进行了详细的介绍,并探讨了ADAMS/Car进行建模的流程以及利用ADAMS/Car建立本文所用模型的过程,详细说明了所作的简化和假设,各子系统以及组装成整车的建模方法。3、分析了助力特性的概念、要求和叁种典型的助力特性曲线,并选择直线型助力策略进行了详细分析,研究了助力特性的参数与特征形式,结合所建虚拟样机模型,确定了一种与模型相适应的直线型助力特性曲线。探讨了EPS建模以及ADAMS-MATLAB联合仿真的实现方法,通过对双移线工况仿真结果可知系统具有良好的跟踪性能,实现了助力曲线的设计目标。最后通过双扭线工况和90°角阶越输入进行仿真,来评价越野车采用EPS的轻便性和整车横摆角速度响应,由仿真结果可知,采用EPS后,越野车的转向轻便性有了明显提高,响应时间明显减少。
向丹[5]2012年在《电动助力与主动转向组合系统的控制研究》文中指出主动转向系统（AFS）是未来汽车自动驾驶、行驶稳定性控制和舒适性操纵（变传动比操纵）的必然发展需求。目前，基于安全性考虑，采用人工操纵与电动迭加式组合控制转向的AFS已经投入实用。在转向助力方面，电动助力（EPS）已经得到迅速发展，成为小型轿车的首选。随着AFS的逐步投入应用和向中低档车的转移，将AFS与EPS组合则会成为未来需求，本文就是在这样的背景下，对AFS进行研究，对AFS+EPS的控制方法进行了研究。EPS和AFS是两个独立系统，将两者组合必然会产生相互影响，在研究方法上本文首先对各自独立的EPS与AFS系统进行研究，然后在此基础上再进行迭加组合，并根据组合后的相互影响修改控制模型，改善控制策略和算法。AFS可用于改善操作舒适性和稳定性的变传动比操作、行驶稳定性主动控制、自动驾驶等方面，本文所研究的AFS则主要是根据变传动比操作要求开发控制系统。本文的主要研究内容和结果概括如下：一、对独立的EPS系统进行了控制研究，设计了最大助力特性曲线，根据在试验台架上测得的0-95km/h车速的折线形助力特性曲线，得出了助力特性曲面图。在建立电动助力转向系统和助力电机数学模型的基础上，采用电流闭环控制策略（包括回正控制策略），进行了EPS典型工况的仿真和实车试验研究，试验表明装载了电动助力转向系统的实车可以有效地减轻驾驶员负担，提高了转向轻便性和回正性，为EPS+AFS组合系统的控制研究提供了基础。二、研发了具有自主知识产权的新型汽车主动转向传动装置，通过与宝马主动转向传动装置的对比分析表明：本研发新型装置具有传动精度高（提高4倍）、体积小（减小60%以上）、效率高（提高20%）的综合性能。叁、研究并提出了基于操纵舒适性和操控稳定性的汽车行驶变传动比控制模型。四、对独立的AFS系统进行了控制方法研究，基于AFS系统的操纵性能要求，设计了一种内外环双层结构的控制器，提出了针对助转角电机的位置速度电流叁位一体的闭环控制方法。在设计了主动转向系统软硬件的基础上，开发了控制程序，进行了仿真和试验台试验研究，试验表明该主动转向系统满足了低速转向轻便，高速转向精准的要求，提高了整车的可控性，为EPS+AFS组合系统的控制研究提供了基础。五、设计开发了电动助力与主动转向组合系统试验台。通过对EPS+AFS简单组合系统的仿真，并与独立系统的特性进行了对比，分析了EPS与AFS之间的相互影响（EPS对AFS几乎无影响），针对组合系统中AFS干预时整个转向系统的转向操纵力矩波动及左右转向时力矩差异变大的问题，对EPS+AFS组合系统的控制策略与算法进行了修改，采用力矩闭环控制策略和电流转速双闭环回正控制策略，使用专家PID算法和滑模变结构相结合的控制算法，进行了仿真与在环台架试验。试验表明组合系统优化后的力矩闭环控制策略和电流转速双闭环回正控制策略大大加强了整个转向系统的抗干扰能力，改善了转向盘转动时的平滑性及左右对称性；组合系统在有效减轻驾驶员操作负担的同时，也有效地改善了整车的转向特性，提高了汽车的操纵稳定性和主动安全性。六、在建立整车7自由度动力学模型的基础上，建立了Adams与matlab的联合仿真模型，进行了仿真试验验证，并与传统机械转向系统的整车动力学特性进行对比。结果表明，本文研发的新型组合转向系统的控制系统能使汽车在不同工况下的横摆角速度增益值基本保持定值，满足了低速轻便、高速稳定的要求。
胡延平[6]2015年在《汽车电动助力转向与稳定性控制系统集成控制关键技术研究》文中提出近年来汽车作为运载工具在世界范围内迅速发展和普及,并迅速朝着智能电子化的方向发展。汽车电动助力转向系统(Electronic power steering system,EPS)和汽车稳定性控制系统(Electronic Stability Program, ESP)作为转向和制动领域内广泛应用的电控系统,两者之间的集成控制问题是研究的热点。本文针对汽车电动助力转向与稳定性控制系统的集成控制开展深入的理论与试验研究。论文首先回顾EPS和ESP系统的发展,介绍两系统的基本工作原理,总结目前国内外的研究现状,并引出汽车底盘集成控制问题的研究方向。根据转向系统的机械和电气结构,建立EPS系统的输入、输出模型。综合考虑汽车在原地转向、中低速转向时的转向轻便性能、中高速转向时的操纵稳定性以及路感方面的要求,设计了EPS多模式控制策略和方法,分别对助力模式、回正模式、阻尼模式、跛行模式进行建模仿真分析。根据集成系统的传感器配置,提出了基于回正力矩的路面附着系数估计方法,并采用非线性观测器对汽车的纵侧向速度进行观测,为ESP系统提供必要的状态参数估计。针对汽车在极限失稳工况时,汽车的实际模型与线性二自由度模型发生较大偏差,常规的线性控制器无法达到最佳的效果,设计的横摆力矩控制器采用基于输出反馈的非线性H。控制。在分析EPS系统和ESP系统之间相关性的基础上,对集成控制的架构进行了设计,即采用分层集成控制架构。在考虑汽车行驶过程中的转向轻便性和操纵稳定性之间耦合作用的基础上,从转向轻便性、操纵稳定性的角度出发,通过决策分配设计集成控制规则,运用模糊控制的方法设计了EPS/ESP集成控制的上层决策控制器。在对比研究国内外驾驶员在环试验台的基础上,采用基于NI PXI与DYNAware的集成系统驾驶员在环试验台的解决方案,使用DYNAware提供的叁维动画DYNAanimation组建了完整的“人—车—环境”闭环驾驶环境。依据自行设计搭建的集成系统驾驶员在环试验平台以及实车试验,对提出的EPS/ESP集成控制方法进行验证,结果表明集成控制对于改善汽车底盘的综合性能有着显着作用。
徐汉斌[7]2007年在《电动转向器控制系统研究》文中提出电动转向系统代表了汽车转向技术的未来发展方向，符合汽车技术电子化的要求。电动助力转向系统EPS(Electric Power Steering System)是一种新型的电机驱动的汽车转向技术，具有结构简单、安装方便、节能环保及控制精确等优点，它能实现助力大小随车速变化而调整，比较好地解决了在助力转向中，驾驶员获得不同转向路感的问题。目前该技术主要用在轿车的前轮转向中，电动转向系统的研究和开发具有很强的工程应用价值。论文从汽车操纵稳定性要求出发，分析了与转向密切相关四轮车辆的横向运动，建立了四轮车辆横向动力学模型。研究了由于车辆转向引起的侧倾导致轮胎垂直载荷的重新分配的问题。进一步对影响转向运动的侧偏力和回正力矩的特性，分别从轮胎压力、垂直载荷和路面状况等方面进行分析和研究，建立了车辆的轮胎模型。将得到的车辆模型和轮胎模型连接起来，构建了研究电动助力转向系统的车辆转向仿真平台并进行了仿真实验。分析和研究了电动转向系统的机械部分和电气部分的各构成环节，并对各部分进行了参数化处理。在进行电动转向系统运动和受力分析的基础上，采用等效转换的方法，建立了转向系统的二自由度机械模型。在分析助力电机结构的基础上，建立了助力电机模型。在分析电控单元控制模块的组成的基础上，建立了电控单元模型。在研究叁者之间的传递关系的基础上，将机械系统模型、助力电机模型和电控单元模型合成为完整的电动助力转向模型。再将电动助力转向模型引入车辆模型和轮胎模型构成的仿真平台中，由此建立了含有电动助力转向模型、轮胎模型和车辆模型的完整电动助力转向系统研究的仿真实验平台。通过分析车辆和驾驶员对转向控制的要求和特点，确定了助力特性的基本要求。在电动转向控制中采用了助力控制、补偿控制、回正控制和阻尼控制等控制策略。在助力控制的研究中，分析和比较了叁种助力特性曲线，确定了本系统的电动助力转向的基本助力控制算法。针对助力电机惯性和摩擦等环节的存在，采用了根据电机转速变化的补偿控制算法。在回正控制中，采用了依据方向盘转向、转角和转速的回正控制算法，实现转向盘快速回正。同时在电动助力转向控制中引入了阻尼控制，防止在车辆高速行驶或路面不平时，出现的转向盘振荡。为实现电动助力转向的不同控制要求，在电动助力转向控制策略中，采用了多种控制算法。考虑到EPS系统动力学分析中进行的理想化处理，车辆在使用中载荷的变化等引起控制对象模型参数的不确定性以及传感器噪声、路面干扰等难题，为了满足助力转向跟踪性、路感要求和稳定性的性能指标，建立了电动助力转向器的广义模型，分析和确定了满足各种性能指标要求的权函数，采用Matlab鲁棒控制工具，设计了基于H_∞的混合灵敏度鲁棒控制器，并对引入控制器后的电动助力转向系统进行了仿真实验，实验结果表明系统具有强的鲁棒性。在理论研究基础上，对电动转向系统的控制单元ECU(Electric Control Unit)进行了设计。针对电控单元的输入和输出信号的不同特点进行了分析，并设计了相应的处理控制电路。其中扭矩输入信号采用了叁路处理模式，两路作为扭矩信号，一路直接经窗口比较器通过H桥控制助力方向。助力电机采用直流永磁电机，由NMOS管构成的H桥驱动，控制采用脉宽调制PWM和助力电机电流PID的反馈控制。从转向安全角度出发，针对助力系统出现失效时，设计了故障检测和处理电路。最后研究了电动助力转向台架实验的方案。对实验需要的各种车辆运行状态信号的模拟方法进行了分析和确定，实际车辆的发动机速度、车速、转向扭矩信号采用仪器模拟输入ECU，转向阻力矩采用磁粉制动器模拟，设计和完成了电动助力转向系统实验台架，并在该台架上进行了ECU在EPS中和ECU脱离EPS的助力性能试验。实验结果表明实际助力电流和理想助力电流有比较好的一致性，同时验证了建立的ECU离线检测和开发平台的有效性。
王跃旭[8]2012年在《电动助力转向控制器的研究》文中研究指明电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）具有普通助力转向系统所部具备的优点，EPS是动力转向技术发展趋势的一个代表。本文以研究太阳能电动汽车的课题项目为依托，对汽车的电动助力转向系统的控制核心—电子控制单元部分进行了进一步的研究，这对国内电动助力转向系统实际开发工作具有一定的意义。第一部分简要的介绍了电动助力转向系统的国内外研究现状，对EPS的基本工作原理进行了一下了解。对中国现在研究过的一些重点研究所以及大学做了详细的列举。在这个基础上，对PID控制算法以及方向盘的阶跃性实验进行了更深一步的了解与研究，将传统PID控制算法与模糊PID控制算法进行了一定的对比分析。在硬件设计的方面，首先说明了整体的设计策略，在这个基础上，对系统的模块进行了详细的对比分析，并且做出了适合系统的模块。在这个设计中还对系统的鲁棒性能做了一定的分析，并且对电动转向系统的助力特性也进行了分析研究，并且还提出了适合于电动汽车使用的助力控制策略。又以EPS的控制要求为基础，设计并完善了控制器的硬件电路，对电动助力转向系统的抗干扰性能也做了一定的研究和分析。接下来做了系统程序的设计，在程序设计中首先对编写软件的工具以及环境做了详细的说明。又对处理器的主程序进行了编写，并且，对电动机的控制模块进行了选择。然后对A/D信息收集程序以及PWM输出模块的程序进行了设计。同时也对软件的抗干扰性能做了说明。最后在系统的控制仿真进行了全方面的设计，首先就是对电动机的控制进行了前期的说明，然后对PID控制算法的优缺点进行了说明，自适应PID控制的优缺点也进行了详细的介绍。对PID算法进行了仿真分析以及方向盘的阶跃输入实验进行了说明，由于EPS的工作环境非常的复杂所以从多种方面考虑，并且提出了具有在线自适应能力的单神经元PID控制算法，并与普通数字式PID算法进行了对比分析。最后对整个设计的过程进行了总结，并且对将来的发展前景进行了展望。
曾强淋[9]2015年在《基于PMSM的全地形车用电动助力转向控制器的设计与实现》文中认为全地形车因其具有越野性能好、成本费用低、环境危害小等优点,在林区消防、勘探、军事领域等广泛应用。全地形车经常行驶在沙滩、坑洼、山地等复杂路面,同时由于车胎胎面宽大、胎纹多、胎冠深等原因使得车胎与地面的摩擦力较大,增加了操作难度并可能影响行驶安全,所以研究适用于全地形车的助力转向系统是非常有必要的。电动助力转向(EPS)相比于液压助力转向(HPS)和电控液压助力转向(EHPS),具有装配性好、能量消耗少、绿色环保等优点,是当今世界汽车转向领域的研究热点。目前,EPS的助力电机主要有永磁有刷直流电机、永磁无刷直流电机和永磁同步电机(PMSM)。 PMSM相比于永磁有刷直流电机,具有无碳刷、功率体积比大、价格低廉等优点,相比于永磁无刷直流电机,其转矩脉动小、控制性能更优越,因此本文将设计基于PMSM的全地形车用EPS控制器。论文首先建立了PMSM的控制模型,针对PMSM 非非线性、强耦合、时变的特点,对PMSM的控制策略进行了研究分析,确定采用力=0的矢量控制方法,在PMSM的变频驱动设计上,详细介绍了空问矢量脉宽调制(SVPWM)的原理和算法实现,同时设计了EPS系统的控制结构图。然后设计了控制器的硬件部分和软件部分。硬件部分以MC56F82748为核心,主要包括电源模块、DSP最小系统、电流采样模块、扭矩采样模块、车速采样模块、发动机转速采样模块、电机转子位置测量模块、驱动隔离模块、叁相逆变器以及故障指示模块；软件部分建立了系统的软件流程图,子系统主要包括助力曲线设计、PMSM转子位置解码设计、PI控制器设计以及SVPWM控制算法设计。最后为了验证控制器的基本功能、助力效果和可靠性,进行了台架实验和实车实验。实验结果表明：本文设计的控制器具有助力功能,助力手感良好,能够实现随速助力和故障容错控制,同时进行了散热方面的设计,满足本文对控制器的性能要求。
付其军[10]2007年在《小齿轮电动助力转向（P-EPS）系统控制策略研究及实现》文中研究表明电动助力转向系统是汽车转向系统发展的趋势,其研究涉及传感器、微电子控制、计算机控制、嵌入式系统设计、电力传动控制技术、非线性控制理论、智能控制理论、汽车工程以及机械设计等多学科领域,真正体现了未来汽车的机电一体化设计思想。本文对应用于中型轿车的小齿轮电动助力转向(P-EPS)系统进行了仿真研究,设计了电子控制单元(ECU),并在此基础上进行了台架实验。本文首先应用半物理模型仿真软件AMESim建立了P-EPS系统的模型,对模型的正确性进行了测试,并给出了测试结果。随后对P-EPS系统的静态与动态特性进行了研究,为以后建立P-EPS系统的控制策略打下了基础。汽车行驶时的状况非常复杂,需要根据不同的行驶状况建立完备的控制策略满足转向系统舒适、安全、可靠的要求。本文建立了叁种控制两种补偿的控制策略。叁种控制分别是助力控制、主动回正控制、阻尼控制,两种补偿是惯量补偿和摩擦补偿。助力控制为驾驶员提供转向助力;主动回正控制增加转向系统的回正能力,P-EPS系统中引入了新的传感器,使得电机能够在一定情况下主动产生力矩协助转向系统回正,增强了回正能力;阻尼控制用来增强汽车行驶的稳定性。此外摩擦补偿与惯量补偿用来弥补由于系统摩擦及电机惯量影响造成的系统响应慢、随动性变差等缺点。电子控制单元(ECU)是P-EPS系统的核心部件,是控制策略实现的软硬件基础。本文使用摩托罗拉公司专为汽车电子生产的16位数字信号处理器DSP56F8323作为ECU的微处理器。此外介绍了ECU的信号采集处理电路、电机驱动电路、故障保护电路的设计思路。在Metrowerks公司提供的开发工具CodeWarrior IDE与Processor Expert(PE)基础上进行了软件程序的开发,给出了程序的流程图及设计思路。最后,介绍了P-EPS系统实验台架的设计,并给出了控制器的实验台架实验结果。对控制器的助力特性、回正特性和电机跟随性进行了测试。
参考文献：
[1]. 汽车电动助力转向控制策略的研究及联合仿真分析[D]. 田正新. 湖南大学. 2012
[2]. 汽车电动助力转向（EPS）系统的研究与开发[D]. 王野. 哈尔滨理工大学. 2005
[3]. 某乘用车电动助力转向系统控制策略的研究[D]. 王博. 吉林大学. 2009
[4]. 中型越野车采用电动助力转向的研究[D]. 江海霞. 武汉理工大学. 2008
[5]. 电动助力与主动转向组合系统的控制研究[D]. 向丹. 华南理工大学. 2012
[6]. 汽车电动助力转向与稳定性控制系统集成控制关键技术研究[D]. 胡延平. 合肥工业大学. 2015
[7]. 电动转向器控制系统研究[D]. 徐汉斌. 武汉理工大学. 2007
[8]. 电动助力转向控制器的研究[D]. 王跃旭. 吉林大学. 2012
[9]. 基于PMSM的全地形车用电动助力转向控制器的设计与实现[D]. 曾强淋. 天津工业大学. 2015
[10]. 小齿轮电动助力转向（P-EPS）系统控制策略研究及实现[D]. 付其军. 天津大学. 2007
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