【《电动助力转向系统建模与控制算法概述》2800字】

电动助力转向系统建模与控制算法概述目录TOC\o"1-2"\h\u18765电动助力转向系统建模与控制算法概述 1133101.1EPS系统的建模概述 1186971.2EPS系统的数学建模 1240621.3EPS系统的控制算法 31.1EPS系统的建模概述通过建立EPS系统的结构模型和数学模型，对系统的稳定性进行分析，然后再对系统进行最后的仿真与分析，研究各情况下对汽车的助力转向能力的不同影响。1.2EPS系统的数学建模图2eps结构图对于其机械动力系统方程的分析与建立如下：转向轴：输入的为转向盘传递的力矩。J其中：Js——转向轴的转动惯量（kg∙θs——转向轴的转角（radBs——转向轴的阻尼系数（N∙m∙s/radTd——转向盘的转矩（N∙mKs——转矩传感器的刚度（N∙m/radXr——齿条位移（mrp——齿轮半径（m助力电机：J其中：JmθmBmTmKmgm齿轮齿条：M其中：MrBrKr另外图中Fr此外，对于电动机的动力学模型有：U=T其中：U——端电压I——电动机的电流RmL——电动机线圈电感KeKt本文的pid直接控制可以将其简化为：U=其中：KaTs由于本文研究的主要对象不是电机，因此对于电机模型可以简略使用，即不考虑转矩的测量量和实际量的差别。对于相关参数的选取，如转动惯量Jm，刚度Ks，Km以及传动比i范围初值0.00005<=Jm0.0001250<=Ks1035<=im301<=Km100.1<=Ka2图3对于电机的选取原则为低电压，大电流，低转速，大功率和低的转动惯量。所以选取常用的永磁无刷式直流电动机。1.3EPS系统的控制算法1.1.1控制算法介绍EPS系统的控制形式或者说是控制算法能按照不同的控制策略分为较多的类别，可以分为PID控制（pid控制又可分为直接控制和有补偿机制的跟智能的控制这三种）、完全基于智能的控制和鲁棒控制。各个算法都有各自的特点，其中pid直接控制策略的原理是利用系统算法的偏差，用数学比例、数学微分和数学积分算出对应控制量去实现控制。这在汽车转向中的实现是，依据汽车在行驶中的不一样的车速以及转向时产生的力矩，通过汽车电脑的计算来输出指示信号，控制转向电机的输出的电流大小，从而实现助力。基于pid的补偿控制也可以细分，但原理基本都是通过车速和转向盘转动时产生的角速度和转动的角加速度来确定的，ECU通过传达的电信号，通过分析和计算，确定需要提供的助力电流的大小，然后在通过转向电动机输出助力的补偿力矩。基于pid的智能控制是结合了智能和pid控制两种方法，在控制器设计的过程中导入了非线性形式的人工智能控制算法，使得汽车可以在不依赖于精确的参数设置和数学模型的建立在线的实时实现pid控制，并同时具备优良的抗干扰性能。单一的智能控制是设计人员通过实验得到的数据，设计出相对应的各自控制规则的所有集合，达到和实现模糊控制和快速响应，同时程序的修改也十分的简单方便。鲁棒控制的好处是可以提高转向系统的稳定性以及它的跟踪性。它的原理通常是把对于方向盘的转矩的噪声测量作为主要的设计参数，然后再通过降低转向时的信噪比来提高车辆的工作性能。它通过优化控制系统中的一部分信号之间的传递的函数的范数来提高性能指标，使得驾驶人员有更好的转向助力。1.1.2控制算法确定通过上述分析，本文确定采用的控制算法是直接的PID控制策略。原理是通过分析采集到的方向盘的输入的转矩信号，和实时传输的车速信号，ECU处理完传递来的信号之后，输出信号控制转向电机输出合适的转向助力电流。最后阶段通过pid控制器调节实际需要输出的助力电流，输出最终稳定的电流实现助力。图4EPS系统助力模型框图（PID直接控制）其中，T为转向盘输入到轴的力矩，V为当前的车速，I1，I2分别表示为pid控制前输出电流和负反馈电流。由于本论文研究方法选择的比较简单，所以上图中pwm驱动的部分不考虑，在下文中不研究与讨论。图5控制原理由于pid控制算法的简单可靠，所以选择其对于汽车助力转向控制进行调节十分有效。对此，在建模过程中使用的算法表达式为：U其中：U(k)是pid最后的输出结果，Kp指的该方程式使用的放大比例系数，Ki指的是pid算法部分中的积分系数，Kd指的是微分系数，1.1.3控制过程Pid控制它的所有步骤总体可以概括为三个主体。由于助力控制是eps系统最实质的内容。它的目的是为了在转向的过程中能够减少驾驶车辆的人员对方向盘施加的作用力。它利用助力电机的输出转矩和电机所受电流成正比例的关系，利用控制输入电机电流大小的方法，达到实时助力控制的目的。通过机械的减速机构把助力电机的助力加载在转向轴上，从而使驾驶员减少用力，实现更好的操作轻便性。在汽车行驶过程中，为了提高车辆在行驶时的稳定性，尤其是在行驶高速直线的过程，以及降低地面道路的反力（冲击）对方向盘造成的影响，因此引入了阻尼控制的概念。它的原理可以认为是汽车高速行驶时，驾驶人员需提供转的向力十分小，甚至高速行驶时或者路面条件不好时，车轮传递过来的反力大，ECU会进行处理，给助力电机传递信号指令，使得助力电机输出一个阻碍方向盘转动的“转向助力”，使得达到其输出的反向转矩减小或者抵消转向盘的抖动的目的。使驾驶员在高速或者崎岖的道路上获得一个良好的“路感”，不会有高速时车辆发飘和道路不平时方向盘打手的感觉。因为驾驶员与被驾驶的车辆构成了一个整体的系统，由于这个因素，不能够忽略人车系统中驾驶者对驾驶感觉的反馈，因此对于汽车的转向回正性能，它对于车辆的操纵稳定性有着很大的影响。由于车辆零部件的间隙及磨损、轮胎的制造误差和不规则磨损以及道路的不平整，车辆的跑偏是在所难免的存在的问题。所以，汽车的回正功能的存在很有必要。它的原理是方向盘在车辆行驶过程中总保持有一种可以自己稳定快速的回复到中间位置的趋势。由于上述说到的制造误差和不可避免的磨损，如何尽可能的减小转向回正残余角度，成为研究重点。为了实现转向回正功能，pid