1。介绍电动助力转向(EPS)系统是汽车转向系统支持,提供司机轻指导经验。与液压动力转向(HPS),每股收益有许多优点包括更好的燃油效率、更小的尺寸,和方向盘的感觉容易,此外,能够结合其他电气控制系统在汽车本身,所以大多数汽车都装有EPS系统
1]。驾驶员转动方向盘时,转矩传感器检测到转向角和扭矩并将电压信号发送给电子控制单元。电子控制单元发送指令到发动机控制单元根据扭矩电压信号,旋转方向、速度和扭矩传感器检测到的信号,这样电机输出相应的转向助力器扭矩和扭矩大小。
尽管EPS系统有很多优势,为EPS设计合适的控制器是一个具有挑战性的问题,原因很多。转矩映射的主要成分是EPS控制器。扭矩测量转矩之间的映射是一个增益函数从方向盘和协助提供的转矩马达。它决定了转向转矩马达助攻。扭矩图的形状决定了司机的驾驶感觉
2]。一般,因为所需的转矩控制最大停车时,扭矩图的斜率最大速度为零,然后降低的速度增加。低速行驶时,高增益控制器和非线性的转矩映射导致不稳定和振动(
3- - - - - -
5]。由于动态不确定性(未建模动态特性)和EPS系统的参数不确定性,控制器必须健壮。即使对于相同类型的车,每辆车将不同的系统参数,因此,优化的参数也面临着巨大的挑战
6]。此外,转向系统处于一个极其敏感的状态与司机的手,所以一个好的控制器设计应该消除不必要的振动。
有许多研究EPS系统控制器和各种EPS控制器提出了确保系统的稳定性。在[
7),分析了稳定性条件基于每股收益模型和使用一个结构化的结构补偿器实现系统稳定和转矩振动最小化。在[
8),作者使用频率加权阻尼补偿器来改善的阶段边缘系统,提高系统的稳定性,但阶段保证金是有限的。在[
9),作者使用一个积分滑模控制器生成功率扭矩,这样系统可以达到稳定和提高系统的阻尼特性。在[
10),分析系统的稳定性与大约线性扭矩图和非线性扭矩图,提出标准设计一个稳定的补偿器,并给领先-落后补偿器不同的订单。不同参数的领先-落后补偿器是与转矩映射申请车辆实验。
然而,前面的控制设计有一些局限性。首先,大多数研究近似非线性扭矩图作为一个简单的线性增益没有分析系统的非线性对稳定性的影响。此外,这些设计的主要问题是是否控制系统是稳定的,没有考虑到综合控制性能和鲁棒性。<我nl我ne-formula>
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控制可以考虑设计要求的许多方面,如鲁棒稳定性、系统带宽需求,输出性能,等等。研究[
11]给出了<我nl我ne-formula>
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控制器提高了闭环系统的鲁棒性,提高了转向舒适,但其局限性的顺序<我nl我ne-formula>
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控制器太高,实际应用中实现。近年来,Apkarian等人提出了一种新的结构<我nl我ne-formula>
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综合控制方法(
12,
13]。与传统的相比<我nl我ne-formula>
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控制方法,结构的优势<我nl我ne-formula>
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控制的结构或顺序控制器可以提前设置。换句话说,控制器满足性能要求,同时有一个相对简单的结构。
针对EPS系统的稳定性和综合性能,本文采用结构化<我nl我ne-formula>
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控制方法,给出了控制器的设计和参数优化结果在一个给定的扭矩图。以圆柱形EPS系统为例,分析了系统性能在两个来源不稳定的低速大增益和非线性引起的扭矩图和设计结构化<我nl我ne-formula>
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控制器根据系统的性能要求。首先,考虑到传统的高阶<我nl我ne-formula>
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控制器不是有利于实际生产,我们确定的顺序和结构设计的控制器和控制器结构的二阶4日秩序。然后,我们选择合适的权重函数根据系统的性能要求。最后,我们得到的最优参数,满足了系统性能需求通过仿真计算,并通过仿真分析验证了理论设计。
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2。EPS系统模型根据不同位置的电源、EPS系统可以分为三种类型:转向柱式、齿轮类型和机架式。在这篇文章中,我们将列EPS系统(C-EPS)作为一个例子。它主要由四个部分组成:方向盘,列,电机,机架。方向盘和转向列由扭矩传感器连接包括一个弹性扭力杆、电机和架分别连接到转向柱的还原机制(在本例中,它是一种蜗杆减速机制)和一个小齿轮。动态模型如图
1每个变量和参数的意义,在本文所示的数据和表中定义
1。
系统的每个部分的运动方程在列出以下方程:
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齿条齿轮传动比的齿轮,蜗轮所示以下方程:
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方程(
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4)可以简化为一个集中质量方程所示以下方程:
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等效转动惯量在哪里<我t一个l我c>J我t一个l我c><年代ub>2年代ub>、等效阻尼系数<我t一个l我c>C我t一个l我c><年代ub>2年代ub>,相当于增加扭矩<我nl我ne-formula>
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和等效负载扭矩<我nl我ne-formula>
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决心在以下方程:
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EPS系统的系统框图如图
2之间的关系,描述了系统的外部输入(方向盘转矩和等效负载转矩)和系统状态变量(方向盘角和转向柱角)。
如图
2,<我t一个l我c>h我t一个l我c>是EPS控制器组成的转矩映射和补偿控制器。<我nl我ne-formula>
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扭矩传感器的测量扭矩,<我nl我ne-formula>
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的参考价值计算的增加转矩控制器,列为以下方程:
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方向盘转矩输出的传递函数的角度<我nl我ne-formula>
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从转向柱时刻传递函数输出角<我nl我ne-formula>
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系统中发动机的数学模型可以表示为低通滤波器的截止频率<我nl我ne-formula>
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EPS系统的参数采用文献[
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2: