资源描述：
《电动助力转向系统建模及仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、14技术纵横轻型汽车技术2006(7)总203基于模糊PD控制的电动助力转向系统建模及仿真分析冯引安谢昭莉张元涛(重庆大学)摘要汽车电动助力转向系统的基本功能是利用电机产生助力力矩帮助转向。与传统的转向系统相比该系统结构简单,灵活性大,能较好地满足汽车转向性能的要求;在操纵舒适性、安全性、节能等方面也充分显示了其优越性。本文对汽车电动助力转向系统的结构及其动力特性分析,建立数学模型,设计了一种自适应模糊PD控制系统。并进行了仿真研究。仿真结果表明,基于模糊PD控制的EPS比传统PD控制具有更好的助力特性和抗干扰能力。关键词:汽车电动助
2、力转向模糊PD电动助力转向系统其本身是一个比较复杂的非流,从而调整转向助力的大小和方向。同时控制器线性随动系统,这就决定了获取系统精确的数学模还根据不同车速调整助力大小。车速越低助力越型的有很大困难。另外系统本身受到诸如车速、扭矩大,车速越大助力越小。当车速大于一定值时,取消测量装置精度与灵敏度、路况等因素产生的系统扰助力,将直流电动机反接制动,使汽车高速行驶时动等变数的影响,事实上对系统对精确度要求不是方向感沉稳,行驶安全[1]。非常高,而对系统的实时性要求比较高。而糊控制器不依赖系统的精确数学模型,对系统参数变化不很敏感,具有很强
3、的鲁棒性和控制稳定性。很适合汽车这一类快速动态统。针对转向系统的“轻”与“灵”的矛盾(车转向系统的转向轻便性与路感相互制约的现象)提出一种能获得理想助力特性的策略,并根据此策略确定了一种双模糊表的模糊自调整PD控制器。很好地解决了“轻”与“灵”的矛盾,并在提高轻便性的同时保证驾驶员可以获得充分的路感。图1电动助力转向的结构1电动助力转向的工作原理2电动助力转向的数学模驾驶员根据路感操纵方向盘时,扭矩传感器将2.1汽车2自由度转向模型检测输入扭矩的大小和方向信号传给控制器,控制将汽车简化为一个具有侧向和横摆运动的2器根据扭矩传感器信号确
4、定助力扭矩的大小和方自由度的汽车模型,当其侧偏角很小(小于5°)时,向,即通过调整直流电动机的电枢电压控制电枢电其运动微分方程[5]。152006(7)总203轻型汽车技术技术纵横1输入变量:U=[Tu](K+K)+(aK+bK)ω-Kδ=mu(β+ω)(1)h1212r1ru122系统的状态方程:X(=AX+BU(9)(aK+bK)β+(aK+bK)ω-aKδ=Iω(2)1212r1zru系统的输出方程:Y=CX+DU(10)式中m——汽车质量由于EPS的控制目标是改善汽车操纵的轻便δ——前轮转角和转向的灵活性,所以选取汽车横摆速度
5、ωr和传Iz——汽车绕z轴(铅垂轴)的转动惯量感器测量Tsw,其中(Tsw=Ks(θh-δ1))作为输出:β——汽车质心的侧偏角TswY=!"ωr——汽车横摆角速度ωrk1,K2——分别为前轮、后轮侧偏刚度则系统转态方程为:a——前轮到汽车质心的距离#010000&b——后轮到汽车质心的距离$Ks-Ks’0000u——为汽车质心速度$JJ’kh$2’2.2EPS[2-3]的模型$2dK1NKaKbKs2adK12adK1’0$2RJJJNJNu’EPS的控制目标是改善汽车操纵的轻便和A=JNppp2p2$p’转向的灵活性,评价汽车转向
6、系统的轻便性可以KK+KaK-bK$10001212’Nmumu2从方向盘操纵力和方向盘把持力两个不同的角$2mu’$22’度来考虑,本文从方向盘操纵力角度研究转向系$$aK1aK1-bK2aK1+bK2’’000NIIIu统的轻便性。本文选取汽车横摆速度ωr评价转%2zxx(向的灵活性。#00&2.2.1转向系统动力学方程$Jk0’为分析问题方便,把前轮和转向机构向轴简化。$00’从电动机到转向轴的传动比为N,而从转向轴到前B=$N1Ka’1$0’RT$p’轮的传动比为N2,故有:$00’θm=N1δ1(3)%00(δ=Nδ(4)-
7、Ks0Ks00012C=!"000001式中δ——车辆前轮侧偏角00对方向盘的机械特性进行分析可得出变量:D=!00"T-K(θ-δ)=Jθ!+Bθ"(5)3.1模糊控制原理hsh1hhhh针对EPS设计了一种模糊自调整控制方案,具对转向轴进行动力学分析,可得以下方程:'体方案如图2所示。它由一个模糊自调整机构和一T+K(θ-δ)=T+Jδ#+Bδ$(6)msh1rptp1个PD控制器组成,模糊自调整机构根据输入信号电动机模型:(即传感器测得扭矩Tsw和T)的大小、方向以及变swT=N1Ka/R(U-KbN1δ%)(7)m1化的趋势等
8、特征)决定使用两个模糊表中的哪一轮胎模型:在小转角条件下,轮胎的特性可以认为是线性的,因此,绕转向主销作用与轮胎的力矩Tr为:'2αT=dC[δ-ω-β](8)rfrNV2取状态变量:TX=[δδ&θθ’βω]11hhr
