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1、现代制造工程2007年第1期设备设计/诊断维修/再制造3电动助力转向系统建模及动力学仿真分析冯引安,谢昭莉,张元涛(重庆大学自动化学院,重庆400044)摘要:通过汽车电动助力转向系统(EPS)的结构及其动力特性分析,建立其数学模型,针对其本身是一个比较复杂的非线性随动系统,采用模糊控制理论,设计一种自适应模糊PD控制系统,并进行仿真研究。仿真结果表明,基于模糊PD控制的电动助力转向系统比传统PD控制具有更好的助力特性和抗干扰能力。关键词:汽车;助力转向;模糊PD中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1671—3133(2007)01—01
2、28—04ModelinganddynamicsimulationanalysisofEPSFengYin2an,XieZhao2li,ZhangYuan2tao(CollegeofAutomation,ChongqingUniversity,Chongqing400044,CHN)Abstract:AnalyzesElectricPowerSteeringsystem(EPS)bybasingondynamiccharacteristicandthestructureoftheEPS,buildsmathmodelingandsystemsimu
3、lationmodeling.Anewself2adjustedfuzzycontrolsystemisdesignedbasedonitsnon2linecharac2ter.ThesimulationresultsshowthatthestrategyismoreeffectiveinimprovingtheperformanceofpowersteeringandrobustnessthantheconventionalPDcontroller.Keywords:Vehicles;Powersteering;FuzzyPDcontroller
4、电动助力转向系统(EPS)是一个比较复杂的非线矩的大小和方向,即通过调整电动机的电枢电压控制性随动系统,获取系统精确的数学模型有很大困难。电枢电流,从而调整转向助力的大小和方向。同时控另外系统本身受到诸如车速、扭矩测量装置精度与灵制器还根据不同车速调整助力大小。车速越低、助力敏度、路况等因素产生的系统扰动的影响,事实上系统越大,车速越高、助力越小。当车速大于一定值时,取对精确度要求不是非常高,而对系统的实时性要求比消助力,将电动机反接制动,使汽车高速行驶时方向感[1]较高。而模糊控制器不依赖系统的精确数学模型,对沉稳,行驶安全。系统参数变化不很敏感
5、,具有很强的鲁棒性和控制稳定性,很适合汽车这一类快速动态系统。针对转向系统“轻”与“灵”的矛盾(车转向系统的转向轻便性与路感相互制约的现象)提出一种能获得理想助力特性的策略,并根据此策略确定一种双模糊表的模糊自调整PD控制器。很好地解决了“轻”与“灵”的矛盾,并在提高轻便性的同时保证驾驶员可以获得充分的路感。图1电动助力转向的结构1电动助力转向的工作原理2电动助力转向的数学模型驾驶员根据路感操纵转向盘时,扭矩传感器将检211汽车2自由度转向模型测输入扭矩的大小和方向信号传给电子控制器,如图将汽车简化为一个具有侧向和横摆运动的2自由1所示,电子控制器
6、根据扭矩传感器信号确定助力扭3重庆市应用基础研究资助项目(799421);重庆大学骨干教师资助项目(2003A31)128©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net设备设计/诊断维修/再制造现代制造工程2007年第1期度的汽车模型,当其侧偏角很小(小于5°)时,其运动X=AX′+BU⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(9)微分方程为:系统的输出方程:(K1+K2)β+(aK1+bK2)ωr/V-K1δ=Y=CX′+
7、DU⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(10)·m(β+ωr)/V⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)由于EPS的控制目标是改善汽车操纵的轻便和(aK+bK)β+(a2K+b2K)ω/V-aKδ=Jω转向的灵活性,所以选取汽车横摆角速度ωr和传感器1212r1zr⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)测量转向盘力矩Tsw,其中Tsw=Ks(θh-δ1)作为输出:Tsw式中:m为汽车质量;δ为车辆前轮侧偏角;Jz为汽车Y=绕Z轴(铅垂轴)的转动惯量;β为汽车质心的侧偏ωr角;ωr为汽车横摆角速度;K1、K2分别为前轮、后轮侧则系统状态方程为:偏刚度;a为前轮到汽车
8、质心的距离;b为后轮到汽车010000质心的距离;V为汽车质心速度。Ks-Ks0000212EPS的模型[2,3]JhJh
