使用GAPID方法电动助力转向系统优化设计(EPAS).docVIP

使用GA-PID方法电动助力转向系统（EPAS）的优化设计 M.K Hassana*1, N.A.M. Azu birb, Nizam .H.M.Ic, S.F Tohad,2, B.S.K.K Ibrahime,3 摘要 在现代汽车中，电动助力转向系统（EPAS）正逐步取代传统的转向系统。 EPAS系统的主要优点是可以减少能源消耗。本文讨论了使用GA-PID算法与传统的PID方法相比来实现节能减排的潜力。将电刷直流电动机安装在转向柱上，向驾驶员提供辅助转矩，这种配置被称为C-型EPAS系统。结果表明与PID控制器相比，GA-PID控制器能够最大限度地减少能源消耗。 关键词：电子助力转向系统（EPAS），C-型EPAS，GA-PID，电动汽车。 命名法 Jm Bm Kb Ka Km L R Js Ks Bs Mr G Rs Tc Td Ta 电机转动惯量 电机阻尼 电机电动势常数 电机扭矩 电机刚性 电机电感 电机电阻 方向盘的转动惯量 转向刚性 机架阻尼 架和车轮总成质量 电机的齿轮比 齿轮半径 传感器测量扭矩 驱动力矩 辅助转矩 方向盘角度 电机的旋转角度 前言 电池容量的限制一直是电动汽车（EV）的一个主要问题。因此，一些研究人员已经作出了努力，强调能源效率在每个电动汽车系统中的重要性。电动汽车将不再使用机械转向系统与液压助力转向系统（HPAS）。这是由于必需连续地从电池输出电能，以使得液压泵保持压力。并且它的液压系统也需要定期的维护。与之相比，电动助力转向系统仅在转动方向盘时消耗的电能。电动助力转向系统也没有液体介质，机械部件少，更少的容错，最重要的是更加环保[1-3]。一个典型的的EPAS系统需要以转向扭矩车速和道路状况作为输入参数，通过辅助电机提供实时协助扭矩 [4]。它可以在各种工作条件下提供最佳的转向感觉。有三种类型的EPAS系统已被广泛使用：转向柱式（C-EPAS），小齿轮式（P-EPAS）和齿条式（R-EPAS）。它基本上是表示辅助马达的安装位置。C-EPAS通常是配备在负载为6kNm的紧凑型轿车上。这三种类型的EPAS系统的负载要求列于表1中。 表 1: EPAS的载荷要求 EPAS类型 汽车尺寸 负载 C-型 小 6 kN P-型 中 8 kN R-型 大 12 kN EPAS系统的主要组成部分是电动马达。所选电动马达应具有提供扭矩平滑并且波动小，高效率，低惯量，容错能力和最小的封装尺寸和重量[5]。EPAS的马达可以使用各种类型的电机例如直流电动机、无刷直流电动机和永磁同步电机[6] 转向柱式电动助力转向系统（C-EPAS）的原理 Fig1为典型的C-EPAS结构的示意图。该系统由转向转矩传感器，车速传感器，ECU，电机和辅助机构如齿轮箱和齿轮齿条组成。 当系统启动时，驱动转矩信号和车辆速度信号被发送到ECU。根据辅助增压曲线这两个信号将被用来计算出最佳的辅助转矩。升压曲线通常表示为一张图表，因为它是非线性的并且受到多种因素影响。实时的车速和方向盘扭矩之间的关系为。控制器的主要作用是产生一个精确的电流监测电机。电动助力转向系统可分为四个子系统是：（1）转向柱和驱动转矩（2）辅助电动机（3）道路条件和（4）：齿条和小齿轮。每一个子系统都由方程（1）?（9）中一个式子表示。按照图2所示的模型使用MATLAB / Simulink进行仿真。Fig2的C-EPAS的数学模型根据牛顿运动定律运行。 转向柱，驱动扭矩： ++= （1） =（-）（++s） ( 2) =(-) (3) 辅助电机型号: +=- （4） = （5） U=R+L+ （6） =G(-G) （7） I=+ （8） ;B=提高曲线（查表） 道路条件和摩擦: =+++Csign() （9） 齿条和小齿轮的位移: +-=- （10） 在这个模拟中所使用的所有参数，均参照引用[4]。在本文中， BCGA-PID作为闭环结构实施。比较增压曲线所要求电机的输入电流与电机的实际的输入电流。 遗传算法 遗传算法[6]是基于自然选择和遗传学的一种通用的优化算法，它被用来解决人口问题。一个来自问题的目标函数的适应值，被分配到人口的每个成员。个人认为代表着更好的解决方案