汽车EPS系统的助力特性及控制策略研究

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随着科技的迅猛发展和制造工艺的进步,汽车行业在舒适性和安全性等方面发生了巨大的转变。电动助力转向系统(Electric Power Steering System,EPS)是转向辅助系统的重要组成部分,它决定驾驶员在驾驶汽车过程中的舒适性和安全性,在国内外市场上具有其独特的优势和广泛的前景,现已经成为技术研究的热点。本文主要研究EPS系统的动力学模型、助力特性曲线、基本助力控制策略及回正阻尼控制策略,旨在改进EPS的转向轻便性和回正性能。本文的主要工作如下:(1)详细介绍EPS系统的组成部件,根据各个组成部件的力学特征建立出包含二自由度单轨车轮的EPS动力学模型和仿真模型,为后续建模奠定了基础。在动力学模型的基础上,推导出EPS助力控制系统的传递函数,并确定以电机电压、驾驶员输入转矩、地面滚动摩擦阻力矩以及轮胎自对准焦扭矩为输入量,以电机角度、电流及助力矩为输出量。(2)结合EPS系统的实际情况及非线性因素对转向系统的干扰,设计出一种基于BP神经网络(BP neural network,BPNN)的新型助力特性曲线。在基本助力控制策略中,研究并对比分析基于传统PID控制和BP神经网络PID(BP neural network PID,BPNNPID)参数自适应调整控制算法,并设计出助力控制器。(3)结合阻尼控制对EPS系统的影响,分析汽车工况下的主动回正的性能及其评价指标。首先,根据转向盘转角、转向角速度及输入力矩等参数设计主动回正控制决策。其次,对主动回正性能进行研究,提出基于转向盘转角为控制目标的主动回正策略。在该策略中,提出一种基于PSO优化的BPNNPID参数自适应调整算法,并且分别对BPNNPID算法、模糊自适应PID算法及PID控制算法本身进行对比分析。(4)根据EPS的动力学模型,首先利用Simulink软件搭建出助力特性曲线、助力控制器以及主动回正阻尼控制器的总体仿真模型。然后,在仿真中设置好输入和输出参数,以确保结果的准确性。最后,仿真分析了电机的电流跟踪性能和方向盘转角的回归性能,以验证所设计的模型及所提的控制策略在EPS中的有效性。
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