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电动助力转向系统控制技术及性能仿真研究

作　者: 石振振
导　师: 张桂香
学　校: 湖南大学
专　业: 车辆工程
关键词: 电动助力转向系统动力学模型模糊PID控制滑模控制 Carsim-Simulink 联合仿真
分类号: U463.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

电动助力转向系统(EPS)作为一种全新的汽车动力转向技术，由于其在汽车操纵性、舒适性以及安全性等方面的卓越性能，受到了众多公司和研究机构的重视。电子化及其电动化技术的应用使得电动助力转向系统不仅能够保证车辆低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，而且推动了以节能、环保和安全舒适为标志的现代汽车技术发展，电动助力转向系统得到了迅速的发展和产品化应用。计算机仿真技术已经成为汽车产品设计开发的有效手段和工具，借助于计算机虚拟仿真技术可以对电动助力转向系统的参数和性能进行了仿真和分析验证。首先本文结合电动助力转向系统的结构原理，对系统进行了运动学和动力学分析，建立了包括方向盘操纵模块、转向器模块、转向阻力矩模块以及助力电机模块等部分的动力学微分模型和电气模型。以Carsim专业汽车仿真软件为平台，基于参数化建模方法建立了整车动力学模型。其次，考虑到不同工况下多目标的控制要求，在借鉴相关研究资料的基础上提出了多模式控制策略并设计了控制器模型。确定了全车速范围内的理想助力特性曲线，应用模糊PID控制设计了电机电流动态跟踪控制器模型；分析了阻尼控制对干扰力矩振动的抑制和系统瞬态响应的影响；引入方向盘力矩补偿和电机补偿控制，保证了车辆助力的动态跟随性。然后，分析了回正性能对汽车操纵稳定性和路感的影响，针对回正工况运动滑模控制理论建立了回正滑模控制器。设计的滑模控制器可以对回正工况进行判断并控制电机提供助力或是增加主动阻尼，实现了对方向盘转角进行快速准确的跟踪控制并具有较好的鲁棒性，提高了汽车回正性能。最后，在基于Carsim-Simulink的电动助力转向系统联合仿真平台上，对仿真工况进行配置，对模型间的输入输出数据进行设置，实现了虚拟软件平台的联合仿真并验证了所搭建的模型的可靠性和控制策略的有效性。仿真结果表明：在相同工况下，有EPS的整车模型与无EPS的整车模型相比，在低速转向轻便性和高速路感、回正性能、操纵跟随性等方面得到了明显的改善，也说明了联合仿真在电动助力转向技术研究中是有效可行的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题研究背景与目的  10-11
  1.2 转向技术发展综述  11-13
  1.3 电动助力转向系统关键技术  13-14
  1.4 电动助力转向系统技术研究和应用现状  14-16
  1.5 本文研究内容  16-18
第2章电动助力转向系统仿真平台及动力学模型  18-34
  2.1 电动助力转向系统虚拟仿真  18-20
  2.2 电动助力转向系统模型建立  20-29
    2.2.1 电动助力转向系统结构特点和工作原理  21-23
    2.2.2 电动助力转向系统物理模型  23
    2.2.3 电动助力转向系统动力学模型  23-25
    2.2.4 助力电机模型  25-26
    2.2.5 转向阻力矩模型  26-29
  2.3 汽车动力学仿真软件平台 Carsim  29-33
    2.3.1 Carsim 软件概述  30-31
    2.3.2 整车动力学模型  31-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章转向助力控制策略分析  34-49
  3.1 基本助力控制  35-41
    3.1.1 助力控制方案选择  35-37
    3.1.2 助助力特性曲线的特征参数设计  37-41
  3.2 阻尼控制  41-42
  3.3 补偿控制  42-43
    3.3.1 力矩微分补偿  42
    3.3.2 电机补偿  42-43
  3.4 助力电机电流控制  43-47
    3.4.1 PID 控制算法  44
    3.4.2 模糊控制算法  44-45
    3.4.3 模糊自适应 PID 控制  45-47
  3.5 本章小结  47-49
第4章回正控制策略分析  49-57
  4.1 回正控制策略  49-50
  4.2 滑模控制  50-53
    4.2.1 滑模变结构控制基础理论  50-51
    4.2.2 滑模控制器  51-53
  4.3 电动助力转向系统回正控制  53-56
    4.3.1 电动助力转向系统回正模型  53
    4.3.2 电动助力转向系统滑模控制  53-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章联合仿真及性能评价研究  57-66
  5.1 联合仿真平台虚拟道路试验模型的构建  57-59
  5.2 EPS 转向操纵性能评价及分析  59-65
    5.2.1 转向轻便性及路感评价及分析  60-61
    5.2.2 回正性能评价及分析  61-62
    5.2.3 操纵跟随性分析与分析  62-65
  5.3 本章小结  65-66
第6章总结与展望  66-69
  6.1 总结  66-67
  6.2 展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72

电动助力转向系统控制技术及性能仿真研究

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