载货汽车EPS系统粒子群优化模糊控制仿真分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com载货汽车EPS系统粒子群优化模糊控制仿真分析SimulationanalysisoftruckEPSsystembasedonPSOoptimizationfuzzycontrol杨意品。，曹兴举。，巩建强YANGYi．pin。CAOXing-ju。，GONGJian-qiang(1．新疆交通职业技术学院，乌鲁木齐831401；2．交通运输部公路科学研究院，北京100088)摘要：提出了一种基于粒子群优化模糊控制的载货汽车EPS系统控制策略，在完成载货汽车EPS系统总体设计的基础上，结合驾驶人转向操纵主观感受及对路感的

2、要求设计了助力特性曲线，建立了转向系模型，7自由度整车动力学模型，直流电动机模型，以直流电机电流作为控制目标，采用粒子群优化模糊控制策略，以MATLAB／SimulinK作为仿真平台，以自卸货车为研究车型建立了装备EPS系统的载货汽车仿真模型。仿真实验结果表明：与传统模糊控制相比较，粒子群优化模糊控制能够有效地提升载货汽车EPS系统的整体动态响应，并且取得了良好的转向轻便性和操纵稳定性。关键词：载货汽车；电动助力转向；助力特性曲线；粒子群优化；模糊控制；仿真中圈分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-0134(2016)01-0092—050

3、电器、助力电机等部件构成，采用转向轴式助力形式IⅫ。动助力转向系统(electricpowersteering，EPS)⋯⋯，⋯。。。。。。’。一。。与液压助力转向系统相比，由于其自身的优点已经广泛应用于乘用车领域。载货汽车转向系统多采用循环球式转向器，目前普遍应用液压助力转向系统或者是电子液压助力转向系统。与乘用车相比较，载货汽车前轴载重大，并且转向系统的结构不同，因此载货汽车EPS系统的总体设计及控制策略的制定更加需要有针对性n0】。在乘用车EPS系统控制领域，国内外研究机构及专家学者已经开展了大量的研究并取得了一定的研究成果，主要采用PID控制算法

4、f3】、模糊控制算法[4】、模糊PID控制算法】、神经网络PID控制算法】、神经网络控制算法忉、滑模控制算剐以及Hoo控制理论等。上述的研究中取得了一定的成果，但是仍然存在一些问题，例如：整车模型大多采用以二自由度两轮模型，无法对模拟行车及原地转向时的地面阻力力矩对转向系统的影响；采用线性轮胎模型无法模拟载货汽车非线性状态；图1载货汽车EPS系统结构组成控制算法一旦设定不能够根据车辆的行驶路况和运行状态实时调整，以获得最佳的控制效果。1．1转向系统模型’鉴于此，本文提出了一种基于粒子群优化模糊控制根据载货汽车机械转向系统的结构特点，如图2所策略，根据载货

5、汽车转向状态通过实时调整控制因子控示，将转向轴分为上下两部分，假设驾驶人转向盘力矩制助力力矩的大小，以期望获得最佳的控制性能。输入为Td，助力矩为T，下转向轴阻力矩为T，将力学1系统的总体设计及动力学建模传递等效简化处理得到数学模型为：载货汽车EPS系统基本结构组成如图l所示，主要=一JwOw—CwOw+一一Cg(1)由各类传感器、机械转向系、电子控制单元、电磁离合式中：Jw、Jg分别为上下转向轴的转动惯量；，、收稿日期：2015-11-13基金项目：国家“十二五”科技支撑计划(2014BAK05B03)作者简介：杨意品(1973一)，女，副教授，硕士，

6、研究方向为汽车动力转向系统。[g21第38卷第1期2016—01学兔兔www.xuetutu.com分别为上转向轴的角速度和角加速度；、分别为式中：nl为整车质量；6为前轮转角；V、V分别下转向轴的角速度和角加速度：Cw、C。分别为上下转向为横纵向车速；丫为横摆角速度；FFFF分轴的阻尼系数。别为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮x轴方向侧偏力；FFFFyn．'~O为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮Y轴方向侧偏力；l、l分别为前后轴距；B、B分别为前后轴轮距；Iz为整车绕z轴的转动惯量。轮胎侧偏角：+=一arctan(一孚v+lfy=一arctan(+，，图2

7、载货汽车EPS系统等效简化示意图一arctan，1．27自由度整车动力学模型本文综合考量车辆横向及横摆运动特性，建立7自一一c焉由度整车模型Ⅲ，如图3所示。各个轮心纵向速度：(一÷)cos+(+l：r)~in8(+_---i力c0s+(+l：r)sin8Be=一=+式中：、、V债、V、V为轮胎坐标系下的轮胎纵向速度。图37目由度整军动力学模型1．3轮胎模型X轴方向的受力分析：轮胎模型选择非线性的Dugoff模型：Fq=jqsqJ=fl，，r／，rr)(一)=(+)cos8(2)一(+)sin8+F~,t+F：}Cyij=，，rl，Y轴方向的受力分析：=√

8、()+()(+)=(+)sin8(3)+(+)cosS+F~+·竽(5)=z轴方