详情

原文传递基于商用车电液耦合转向系统的控制策略开发与验证

论文题名：	基于商用车电液耦合转向系统的控制策略开发与验证
关键词：	商用车;电液耦合转向系统;助力控制;回正控制;阻尼控制;横向轨迹跟踪控制
摘要：	随着国家经济的不断发展，我国公路运输行业的需求也在稳步提升。商用车作为货物运输的主力装备，具有车身长、质心高的特点，在操纵稳定性和驾驶舒适性方面落后于乘用车，如何改善商用车驾驶舒适性并提高其行驶安全性是目前研究的重要课题。转向系统是驾驶员直接进行操纵的系统，提高转向系统的转向手感和主动转向性能对于降低驾驶员的驾驶负担、改善商用车驾驶舒适性和安全性具有重要意义。　　电液耦合转向系统是一种商用车助力转向系统，其在液压助力转向系统上加装了助力电机及控制器，通过控制助力电机输出的力矩可以改善转向手感、实现主动转向。本文依托吉林省科技发展计划项目“线控一体化底盘电动汽车自动换道决策与控制研究”（编号：20230101121JC），以降低转向系统操作负担、提高转向系统手感和主动转向性能为目标，基于电液耦合转向系统开发了助力控制策略、回正控制策略、阻尼控制策略和适用于半挂牵引车的横向轨迹跟踪控制策略，并通过软件仿真和硬件在环仿真的方式对控制策略进行了验证，本文具体研究内容如下：　　（1）针对商用车转向系统转向轻便性和转向稳定性间存在的矛盾，开发了助力控制策略并进行了软件仿真验证。以实现商用车低速转向轻便、高速转向稳定为目标，首先设计了曲线型助力特性曲线，然后基于自适应模糊 PID 设计了助力控制策略，根据车速和方向盘转矩确定目标助力矩的值，最后通过不同工况下的软件仿真验证了助力控制策略的有效性。　　（2）针对商用车转向系统低速回正不足和高速回正超调的问题，开发了回正及阻尼控制策略并进行了软件仿真验证。为提高转向系统在不同车速下的方向盘回正精度，首先设计了输入为车速、方向盘转角、方向盘转矩等信号的模式判断控制器，然后基于自适应 PID 控制方法设计了回正及阻尼控制策略，最后通过不同车速下撒手回正的工况验证了回正及阻尼控制策略的有效性。　　（3）针对商用车中的半挂牵引车设计了横向轨迹跟踪控制策略并进行了软件仿真验证。为了提高半挂牵引车的横向轨迹跟踪精度和行驶稳定性，针对牵引车和半挂车分别设计了横向轨迹跟踪控制器，其中牵引车横向轨迹跟踪控制器基于模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）算法开发，半挂车横向轨迹跟踪控制器基于线性二次型调节器（Linear Quadratic Regulator，LQR）控制算法开发。在同一工况下，使用牵引车单独控制和牵引车、半挂车共同控制两种控制方法进行对比测试，测试结果验证了牵引车横向轨迹跟踪控制器的有效性以及半挂车横向轨迹跟踪控制器对于半挂牵引车横向轨迹跟踪性能和行驶稳定性的提升作用。　　（4）搭建了电液耦合转向系统硬件在环仿真试验台，并在试验台上对所设计的控制策略进一步验证。为了验证所设计控制策略在转向系统硬件上的有效性，本文在课题组原有商用车转向系统试验台的基础上设计并搭建了电液耦合转向系统硬件在环试验台，试验台以 NI PXI系统和 MicroAutoBox控制器为硬件基础，使用 TruckSim软件和 LabVIEW软件的联合仿真进行硬件在环试验，对设计的控制策略进行了验证，试验结果验证了所设计控制策略在转向系统硬件上的有效性。
作者：	洪旺
专业：	车辆工程
导师：	赵伟强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023