基于pid模糊控制的汽车电动助力转向系统助力特性研究

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1、第38卷第4期拖拉机与农用运输车Vol．38No．42011年8月Tractor＆FarmTransporterAug．，2011基于PID模糊控制的汽车电动助力转向系统助力特性研究谢林，唐岚，王园园(西华大学交通与汽车工程学院，成都610039)摘要:概述了电动助力转向系统(EPS)的结构和工作原理，在分析电动助力转向系统数学模型的基础上，构建了基于MATLAB/Simulink的电动助力转向系统仿真模型。采用PID模糊控制策略对电动机目标电流进行闭环跟踪控制。仿真结果表明:与未加EPS系统的车辆相比

2、，采取基于PID模糊控制的EPS系统使车辆具有良好的助力转向性能，验证了控制策略的有效性。关键词:电动助力转向;PID模糊控制;仿真;建模中图分类号:TP273;U463．4文献标识码:A文章编号:1006－0006(2011)04－0042－04AssistanceCharacteristicsofAutomotiveEPSSystemBasedonPID－FuzzyControlXIELin，TANGLan，WANGYuan-yuan(SchoolofTransportationandVehicle

3、Engineering，XihuaUniversity，Chendu610039，China)Abstract:ThestructureandtheprincipleoftheEPS(ElectricPowerSteering)systemisintroducedinthispaper．TheEPSwasmodelingandsimulatedintheMatlab/Simulinkaftertheanalysisofthemathematicalmodel．PID－Fuzzycontrolstrate

4、gywasadoptedfortheclosed-looptrackingcontroloftheobjectivecurrentinthemotor．Simulationresultsshowthat:withtheEPSsystembasedonPID－Fuzzycontrol，thevehiclehasabetterperformanceofpowersteeringfeatures，anditprovestheeffectivenessofthecontrolstrategy．Keywords:

5、Electricpowersteering;PID－Fuzzycontrol;Simulationsystem;Modeling随着汽车转向系统的发展，电动助力转向向的基本原理为:转矩传感器与转向轴(或小齿轮(ElectricPowerSteering，简称EPS)系统已成为目前轴)连接在一起，当转向轴转动时，转矩传感器把输汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一。与液压入轴和输出轴在扭杆作用下产生相对转动角位移转助力转向(HydraulicPowerSteering，简称HPS)相比，换成电信号传给电子控

6、制单元(ECU)，ECU根据车电动助力转向系统具有体积小、重量轻、助力性能速传感器和转矩传感器信号，控制电动机的旋转方向［2］优、节能环保等诸多优点。电动助力转向目前已成和助力大小，以实现对汽车助力转向的实时控制。［1］为汽车动力转向系统的发展趋势。在此，笔者以转向柱助力式EPS为研究对象，采用PID模糊控制策略对电动助力转向系统进行建模及控制性能仿真分析，以验证控制策略的有效性和实现EPS较好的助力转向性能。1系统概述EPS主要由机械转向系统、转矩传感器、车速传感器、电流传感器、控制单元(ECU)、离

7、合器、助力电图1电动助力转向系统结构图动机及减速机构等组成，如图1所示。电动助力转Fig．1StructureofEPSSystem收稿日期:2010－11－10;收修改稿日期:2010－11－23基金项目:西华大学研究生创新基金(167032);四川省科技厅支撑项目(10203061);四川省重点学科建设基金项目(SZD0410)·42·谢林等:基于PID模糊控制的汽车电动助力转向系统助力特性研究2系统的数学模型2．1汽车二自由度模型的建立为了便于掌握操纵稳定性的基本特性，将汽车模型缩减为只有沿y轴的

8、侧向运动与绕z轴的横摆运动这样两个自由度的简化模型，经简化之后得到一个由前后两个有侧向弹性的轮胎支承于地面、具有侧向及横摆运动的二自由度汽车模型，如图2所示。［3］图3转向系统动力学结构图经过推导整理后可以得到二自由度运动微分方程Fig．3DynamicStructureofSteeringSystem1(k1+k2)β+(ak1－bk2)ωr－k1δ=m(υ+uωr)前轮等效到转向轴的转角、电动机的转角分别为θk、uθc、θm;将转矩传