基于状态观测器的电动助力转向系统研究.pdf

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1、机械设计与制造第2期178MachineryDesign&Manufacture2012年2月文章编号：1001—3997(2012)02—0178—03基于状态观测器的电动助力转向系统研究陆文昌马洪届(江苏大学汽车与交通工程学院，镇江212013)Studyonelectricpowersteeringbasedonstate—．spaceobserverLUWen-chang，MAHong-qi(SchoolofAutomobileandTrafficEngineering，JiangsuUni

2、versity，Zhenjiang212013，China)【摘要】通过对电动助力转向系统机构的分析和简化，建立了状态方程形式的电动助力转向系统动力学模型。由于现实中质心侧偏角难于测量，所以对系统的状态方程进行了重构，通过状态观测器对侧偏角进行估计。通过对横摆角速度和质心侧偏角进行反馈控制，并运用最优控制理论设计了EPS控制器。通过仿真，对比分析了最优状态反馈控制策略与常规控制对车辆操纵稳定性的影响。通过试验，将仿真结果与试验结果对比，验证了该方法的正确性。关键词：电动助力转向；状态观测器；线性二次

3、型调节器；操纵稳定性【Abstract】Akineticsmodelofthesteeringsystemwithstateequationisestablishedthroughanalyz-ingandsimplifyingtheelectricpowersteeringsystem，andastareobserverisdesignedtoestimatethesideslipanglewhichisdifficulttomeasurethroughreconfiguratingthestar

4、eequationofthesystenaThenanEPScontrollerisproposedbyapplyingoptimumcontroltheorythroughfeedbackcontrollingtheyawrateandthesideslipangle．Fromthesimulation，theinfluenceofoptimumstatefeedbackcontrolstrategyandcommoncontrolonvehicle’shandlingstabilityisana

5、lyzed．Finally,fromthetest．correctnessofthemethodistestifiedbycomparingthesimulationresultwithtestingresuh．Keywords：Electricpowersteeringsystem；State-spaceObserVer；Linearquadraticregulator；Handingstability中图分类号：TH16，U463．4，U461．6文献标识码：A1日U舌柏。+[G=(1)电动助力

6、转向系统(Electricpowersteeringsystem)由于其良助力电机的运动方程为：好的环保、节能、安全、经济性，现在成为当前转向系统的发展趋柏6+Ko[6o-GG]=(2)势。高速化对车辆的操纵稳定性提出了越来越高的要求[11。现有的转向轮总成运动方程为：车辆稳定性控制，主要以横摆角速度反馈来实现肉。但当车辆发生J8f+B8f+KsGGs8r8c)=MzL3)侧滑时，车辆已失去控制，横摆角速度可能还符合设计要求，所以式中：—转向柱转动惯量，=0．04kg·m；一电动机转动惯量，仅用横摆

7、角速度反馈控制是不够的，有必要引入质心侧偏角反馈20=o．0005kg·m‘；一前轮转动惯量，Jw：2．Okg‘m。；B—转控制。针对现实中车辆质心侧偏角难于测量的难题，设计了状态向轴阻尼系数，曰=O．0225N·m·s／rad；曰一电动机阻尼系观测器来估计质心侧偏角，并通过最优反馈控制，提高车辆的操数，：O．00334N·m·s／rad；G—EPS执行电机到转向轴减纵稳定性。速比，G日=15；曰—前轮阻尼系数，B=0．01N‘m‘s／rad；6一2电动助力转向系统模型转向盘转角；一前轮转角；一电机

8、转角；一电机扭转刚2．1转向系统模型度，K=625N·m·s／rad；—驾驶员输入力矩；To一电机扭电动助力转向系统，如图1所示口]。通过对系统进行简化，假矩；一回正力矩，M—Kd)；K广前轮侧偏刚定只有转向柱和转向杆系统产生扭矩变形，则将转向杆系扭转刚度，K．=34500N／rad；tr-质心到前轮距离，a=O．968m；一车度K，和转向柱扭转刚度K进行合并为转向系统总的扭转刚度：辆行驶速度；卢一质心侧偏角；y—横摆角速度。K-2_2车辆稳定性控制模型GK+Ks：为