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摇臂轴式电动助力转向系统控制策略研究
| 论文题名： | 摇臂轴式电动助力转向系统控制策略研究 |
| 关键词： | 车辆摇臂轴;EPS系统;模糊PID;助力控制;回正控制;阻尼控制 |
| 摘要： | 车辆的转向系统对其性能相当重要。随着国家大力支持新能源商用车开发和应用，设计适合大扭矩新能源商用车的转向系统具有重要意义。目前，广泛用于该类车辆的转向系统是电液动力转向系统，存在自重较大、消耗动力能源较多的问题，电动助力转向系统相对而言具有一定的优势，正在从乘用车领域扩展到新能源商用车领域。本文针对这一背景，探讨了摇臂轴助力式电动助力转向系统的控制策略，具体如下： 首先，针对国内目前适用于新能源大扭矩商用车辆的转向系统进行分析，确定了满足节能要求的摇臂轴助力式电动助力转向器，确定电动机与摇臂轴之间采用行星齿轮机构与蜗轮蜗杆机构两级减速传动机构，确定永磁直流无刷电动机作为EPS系统的助力电机，为避免电机与摇臂轴产生干涉，使用铰链将电动机及电子控制单元安装在机架上，对该EPS系统的结构形式进行整体三维设计。 接着，对摇臂轴式电动助力转向系统的两条传动路径：转向盘、转向输入轴、转向螺母、第一齿扇，以及助力电机、减速机构、第二齿扇，进行动力学分析并且建立两条传动路径的微分方程模型。将摇臂轴助力式EPS系统的动力学微分方程转化为状态空间方程，并应用现代控制理论，对系统进行稳定性、能控性、能观测性分析，确定所建立的EPS系统模型满足控制的基本条件，确定EPS系统参数的合理性。 然后，分析EPS系统的初始动态特性，并利用LQR线性二次型调节器，设计系统的状态反馈增益，调节系统的初始动态特性，减少衰减时间，提高响应速度，使得系统满足驾驶过程中对平稳性、跟随性、灵敏度的要求，方便后续进行控制器设置。研究适用于商用车辆的助力转向特性，设计不同车辆速度以及转向盘输入下理想的助力电机电流值，分析EPS系统助力转向控制策略、回正控制策略以及阻尼控制策略，并设计模糊PID的控制器来对目标电流进行跟踪控制，使得助力电机可以产生大小合适的助力转矩。 最后，利用MATLAB/Simulink软件，搭建摇臂轴式电动助力转向系统的Simulink模型，并与控制器进行联接，仿真分析其对电流跟随效果，以及转角响应、转矩响应效果，验证控制策略的有效性。 |
| 作者： | 韩皓杰 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 田大庆;伍洲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 四川大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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