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原文传递汽车EPS混杂控制系统理论、设计及实现研究

论文题名：	汽车EPS混杂控制系统理论、设计及实现研究
关键词：	汽车;控制系统理论;混杂控制系统;控制器;控制算法;改善;设计;试验;模型结构;控制功能;控制策略;动态行为;工况;测试;转向盘;电动机;转矩;适应能力;切换控制;模式切换
摘要：	与传统的液压动力转向装置相比，汽车电动助力转向( Electric Power Steering, EPS)具有安全、节能、环保等优点，对改善车辆的驾驶轻便性、提高车辆的操纵稳定性和安全性有重要作用，已成为乘用车动力转向系统的主流技术。助力电机、转矩传感器和控制器是EPS系统的三大关键部件，控制器的核心是控制策略及其算法实现，也是实现EPS控制功能要求、提高自适应能力和智能化水平的关键，是自主研发的技术瓶颈。　　 EPS系统是一个包含离散事件和连续动态过程的复杂动力学系统，具有很强的非线性，同时，影响汽车转向操纵性能的因素较多，因此，EPS系统具有典型的混杂系统特征，用单一的控制策略难以协调多种工况下的转向性能要求之间的矛盾。本文将混杂控制理论应用于EPS控制策略的设计，研究EPS系统的混杂动态行为及其混杂控制方法，探索改善EPS控制系统性能的新理论和新技术，主要进行以下方面的研究工作：　　 1.EPS混杂控制系统模型结构研究　　分析了EPS系统的动力学模型、控制结构及其混杂特性，建立了EPS混杂控制系统的功能模型结构和实现模型结构，为EPS混杂控制系统的动态行为研究及其设计、实现提供了依据。　　 2.EPS混杂控制系统的设计理论和方法研究　　分析了EPS混杂控制系统的动态行为，构建了多模式切换控制的混杂控制器结构，根据不同的行驶工况分为助力控制、回正控制和阻尼控制模式，分别设计了柔性PID控制算法、模糊PID控制算法、Bang-Bang-PID控制算法以及切换监督器和稳定监督器。　　 3.EPS混杂控制系统的实现技术研究　　分析了EPS混杂控制系统的测试及试验方案，提出了EPS电动机的匹配方法及流程，设计了EPS混杂控制系统的H桥驱动装置，开发了各工况控制算法和切换控制器的实现流程。　　 4.EPS混杂控制系统的测试及试验设计　　设计了EPS混杂控制系统的测试平台，进行了电动机运行特性测试、控制器性能测试和实车试验，分析了EPS混杂控制系统的动静态性能和控制功能。　　研究表明，EPS混杂控制系统具有理论分析和工程应用的先进性、优越性和可行性；在不同的离散事件驱动下，EPS混杂控制系统的控制模式切换是有效的，可满足不同工况的控制功能需求。与试验车原控制器相比，对助力过程采用柔性PID控制后，在原地转向时转向盘输入转矩的峰值和标准差改善了5.82％和9.21％，在双纽线操纵试验时改善了8.50％和4.52％，在蛇形试验时改善了4.04％～5.19％，有效提高了汽车的转向轻便性，降低了驾驶员的疲劳强度。对回正过程采用模糊PID控制后，30km/h时的最终残留角和稳定时间分别改善了40％和13.3％,60km/h时的“摆头”现象得到明显抑制，回正不足或回正超调控制得到改善；对阻尼控制过程采用Bang-Bang-PID控制后，转向盘上的把持力矩幅值改善了7.69％，不仅消除了电动机的转矩脉动引起的转向盘转矩抖动，而且提高了直线行驶的稳定性和快速收敛性。研究表明，采用混杂控制理论方法有效解决了EPS控制过程中的多工况、多影响因素引起的非线性控制问题，显著提高了EPS系统的自适应能力和智能化水平。
作者：	赵景波
专业：	车辆工程
导师：	陈龙;江浩斌
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文