基于模糊与遗传优化PID的汽车EPS系统的半实物仿真分析

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1、-第一章绪论第一章绪论§1.1汽车EPS系统研究背景及意义随着汽车工业的不断发展，汽车作为现代社会发展的重要交通工具，已经进入了千家万户。据中国汽车工业协会2013年统计数据显示2013年我国汽车产销总量双双超过2100万辆，成为名符其实的汽车第一产销大国。其中乘用车1328万辆，2014年预计需求增长14%，达到1860万辆[1]。汽车转向系统[2]是改变汽车行驶方向的重要机构。在汽车主要的构成要件中，它与汽车车身悬架系统、汽车刹车防抱死系统（ABS）、汽车发动机动力系统和汽车内部通信系统一样，其性能影响汽车行驶

2、的舒适性、稳定性和安全性。§1.1.1汽车EPS系统的研究背景自1988年日本铃木公司制造出了第一个EPS系统，并将它应用在实车上以来，EPS技术得到了迅猛发展，汽车转向操纵稳定性、轻便性和舒适性日益提高。到现今为止，汽车转向系统的发展经历了以下几个阶段：（1）简单的纯机械式转向系统；（2）常规液压动力转向系统[3](HydraulicPowersteering，简称HPS）；（3）电子控制液压动力转向系统[4](ElectricHydraulicpowersteering，简称EHPS）。现在已发展到了操纵性能更

3、优、更为节能的电子控制式EPS系统[5][6](Electricpowersteering，简称EPS）和线控助力转向系统阶段[7-10]，以及四轮转向驱动系统[11]。最初汽车采用机械转向系统，但由于前轮负荷过大，系统阻力明显，转向沉重而拙笨。为改善这种状况，采用液压作为动力的转向装置，液压动力转向系统出现了，它主要应用在中、重型车上。这种常规的液压式动力转向装置通过汽车的发动机驱动油泵，以液压助力增大驾驶员操纵前轮转向的力量，具有工作压力高、灵敏性高、不需润滑、可吸收路面对前轮的冲击，可提高行车安全的优点。但缺

4、点是能耗大，机械机构一旦确定，助力大小不再与车速有关。为了克服HPS的不足，就在它的基础上增加了电子控制系统和执行部件，采用电动机驱动液压泵，这就是EHPS。它的显著特点是引入了电磁阀，其工作原理是电子控制单元(ElectricalControlUnit,ECU)根据传感器传来的信号控制电磁阀开启的大小，从而提供汽车所需的不同助力，从而完成转向要求。EHPS由于引入了车速信号，使得路感清晰，为行车安全提供了保障，其应用范围主要是商务车和一部分轿车。----1----基于模糊与遗传优化PID的汽车EPS系统的半实物仿

5、真研究随着时间推移，EHPS的许多缺点暴露出来，如布局不合理、占用空间大、密封不好，容易渗油漏油、噪声大等方面的不足越来越明显，同时汽车电子技术的发展迅猛，EPS系统应运而生。EPS系统完全取代了液压助力的方式，采用助力电机和电子元件的设计。助力特性可以根据个人要求灵活改变而且可以匹配到不同的车型上，缩短了开发周期，节约经费。助力特性可以设计得很平滑顺畅，路感清晰合理，而且可以实时引入多变量实现综合反馈控制，具有更好的舒适性。动力源是直流电，不存在漏油和渗油的问题，助力过程实现按需供给，因而更加环境友好和节约能源。

6、可以肯定，EPS系统必然是汽车转向系统的发展方向。线控转向系统也是先进的汽车电子转向技术，近年来逐渐进入研究人员的视野，其直观特点是取消了转向盘、转向柱和齿轮齿条等传动机构，取而代之的是将助力电机直接安装在转动轮上。其转向动力完全来自电机，转向盘的扭矩和转角只作为信号输入量，对驾驶者而言路感可能不是很清晰。最先进的是四轮驱动的线控转向系统，其研发成本较高，而且不宜推广应用，除非有些特殊的场合。根据助力电机安装位置不同，我们可以把汽车EPS系统大致分为以下三类[11],分别为转向柱助力式（Column-EPS）、P-

7、EPS小齿轮助力型（Pinionassist,P-EPS）,包括单轴小齿轮型和双轴小齿轮型）、齿条助力型(Rack-EPS)，其结构如图1-1所示。a转向柱助力式b单小齿轮助力式c双小齿轮助力式d齿条助力式图1-1EPS的分类转向柱助力式EPS系统的电机安装在转向轴上，电机输出力矩经减速器减速增扭后，驱动转向轴助力，因此电机的输出力矩要求不高，但由于安装位置距离转向盘较近，电机输出力矩的波动容易造成方向盘的抖振，因此必须要有一定的消噪环节。齿轮式EPS的电机安装在齿轮上，离方向盘较远，对电机噪声要求较低。齿条助力式

8、EPS的电机安装在齿条上，其输出扭矩经减速机构放大增扭后直接作用齿条上，能够提供较大的助力，因而应用于高档车和中型车上。----2----第一章绪论在国外最早应用此项技术的是日本，早在1988年，铃木公司制造出了第一个EPS系统，并将它安装在牡鹿上，随后又用在了奥拓车上。新技术一经发现很快得到广泛推广，米拉(DAIHATSU)、迷你卡(MITSUBISHIM