電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力控制策略仿真研究

《電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力控制策略仿真研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力控制策略仿真研究第30卷第1期2011年3月成都大學(xué)(自然科學(xué)版)3ournalofChengduUniversity(NaturalScienceEdition)Vbl.30NO」Mar.2011文章編號(hào)：1004—5422(2011)01—0052—04電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力控制策略仿真研究丁峻強(qiáng)，唐嵐，王圓圓，謝林(西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院，四川成都610039)摘要:分析了汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，選擇宜線型的助力特性曲線進(jìn)行控制,通過PID控制方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，建立電機(jī)控

2、制的數(shù)學(xué)模型，并在Matlab/Simulink仿真環(huán)境中搭建出電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型，通過不斷地調(diào)整控制器參數(shù)觀察輸出結(jié)果，直到使系統(tǒng)的控制效果達(dá)到最優(yōu).關(guān)鍵詞:電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向;策略;電機(jī)控制;數(shù)學(xué)模型;仿真中圖分類號(hào):U461.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0引言2系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型口前，越來越多的汽車都安裝了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS),隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷進(jìn)步,EPS己由最初安裝在小型車，逐漸應(yīng)用到中型車，甚至大型車上.相對(duì)于傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如，更低的燃油消耗率，更好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性

3、，這使車輛在行駛時(shí)更安全可靠.目前的EPS系統(tǒng)不僅僅著眼于助力,而更多地關(guān)注轉(zhuǎn)向的安全性，輕便性和舒適性.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)由機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子單元兩部分構(gòu)成.機(jī)械部分包括方向盤，轉(zhuǎn)向柱，扭桿,齒輪減速機(jī)構(gòu)，助力屯機(jī),齒輪齒條等;電子部分包括方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器，車速傳感器和電控ECU等-.汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示.圖1汽車EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖利用牛頓第二定律和動(dòng)量矩定理，圖1所示的系統(tǒng)可建立如下數(shù)學(xué)模型2】:T(l)P(m,+辱),+(6+B),+(++/?Rp華)汁⑵D

4、PIPfPL+B+K.0一GKm=_Zor=K3(3)P式屮，為轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向盤等的效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,B為轉(zhuǎn)向軸阻尼系數(shù),K為轉(zhuǎn)向軸的剛性系數(shù),0為轉(zhuǎn)向柱旋轉(zhuǎn)角,為轉(zhuǎn)向盤輸入轉(zhuǎn)矩,G為蝸輪蝸桿減速比,i為助力電機(jī)輸入電流，為等效彈簧的彈性系數(shù),，為齒條的位移量,為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，B為電動(dòng)機(jī)阻尼系數(shù)，為電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)剛性系數(shù),0為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角，為小齒輪半徑，為助力增益系數(shù),b為齒條阻尼系數(shù),?為減速機(jī)構(gòu)阻尼系數(shù),m,為小齒輪和齒條的等效質(zhì)量.3助力控制選擇3.1助力策略車輛在行駛過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)向力矩過大時(shí)，需要EPS

5、電控單元發(fā)出指令給助力電機(jī),助力電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生扭矩為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力矩.收稿日期:2010—11—15?基金項(xiàng)目：1?1JJ1省科技廳科技支撐項(xiàng)目(2009PZ0054)資助項(xiàng)目.作者簡介:丁峻強(qiáng)(1986—)，男，碩士研究生，從事汽車電子控制技術(shù)研究第1期丁峻強(qiáng),等:電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力控制策略仿真研究?53?助力控制就是利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)電流成比例這一特性.車速信號(hào)可由車速傳感器測(cè)得，方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)出的方向盤力矩大小和方向，根據(jù)車速和方向盤力矩,EPS電控單元由助力特性表查出電動(dòng)機(jī)目標(biāo)電流，通

6、過輸出給電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)電流來控制電動(dòng)機(jī)輸出的力矩,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車輛的助力控制.在該控制過程屮，助力特性曲線確定系統(tǒng)的控制目標(biāo),決定著EPS系統(tǒng)的性能.通常EPS的助力特性曲線屬于車速感應(yīng)型，在同一方向盤力矩輸入下，電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)電流隨車速的增加而降低，從而能較好地兼顧輕便性與路感的要求J.目前，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性一般有3種，即直線型，折線型和曲線型_4J.由于直線型助力特性具有形式簡單，容易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn),因而被廣泛釆用?直線段的斜率被稱為助力比，直線段的助力電流與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩成正比.圖2為一典型的直線型助力特

7、性曲線?在低速時(shí),轉(zhuǎn)向阻力較大，此吋除了方向盤轉(zhuǎn)向力矩之外，需要EPS提供較大的助力;隨著車速的增大，轉(zhuǎn)向阻力會(huì)減小，此時(shí)的EPS提供較小的助力;車速繼續(xù)增大到一定值時(shí)(一般選取車速二80m/s)???,車輛轉(zhuǎn)向時(shí)不再需要助力，此時(shí)助力屯機(jī)停止輸出助力矩.圖2一種典型的直線型助力特性曲線3.2PID控制模型本文所討論的EPS系統(tǒng)的助力電動(dòng)機(jī)選擇直流電動(dòng)機(jī)，其電動(dòng)機(jī)冋路可描述為，11=十Ri十(4)式中,￡為電動(dòng)機(jī)電感,k為反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，為電動(dòng)機(jī)回路電阻，為電動(dòng)機(jī)回路兩端的電壓.目前,PID控制在控制系統(tǒng)中

8、應(yīng)用非常廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，工作可靠,調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn).EPS在助力模式控制下，電流采用PID控制，助力系統(tǒng)PID控制器設(shè)計(jì)的根本任務(wù)是選擇適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)?在選擇EPS控制器參數(shù)前，應(yīng)首先確定PID控制器的結(jié)構(gòu)，以保證被控系統(tǒng)的穩(wěn)定，并盡可能消除靜態(tài)誤差?因此，對(duì)于控制對(duì)象來說，應(yīng)選擇包含有積分環(huán)節(jié)的控制器，并選擇合適的比例系數(shù)，使系統(tǒng)靜態(tài)誤差保持在允許范圍內(nèi)，對(duì)于具有純滯后性質(zhì)的對(duì)彖，則往往應(yīng)加