[信息与通信]汽车电动助力转向系统的设计与控制技术研究.pdf

四川大学博士论文 汽车电动助力转向系统的设计与 控制技术研究， 专业 机械制造及其自动化专业 博士研究生 谢 刚 指导教师 殷国富 摘 要 本论文在国家科技型中小企业创新基金 “墓于冗余容错的汽车电动助力转向系统的研发” 0(5c2615101I374)和四川省科技厅重点科技攻关项目 “汽车电动助力转向系统 (PE)s研究与 开发”03(GG以姆(幻1)的资助下，以转向管柱助力式PES系统为研究对象，借助现代控制理论、 现代设计方法和计算机仿真技术，紧密结合PES产品开发的关键技术.着重研究转向管柱助 力式 EPS系统的总体设计方案、控制过程的理论模型与动态性能、泊PS系统的控制策略、警 棒容错控制原理与方法、提高转向跟随性的途径和方法、分析转向回正控制方法等关健技术 问题。主要研究成果如下: (0在对电动助力转向系统功能需求分析的基础上，提出了转向管柱助力式EPS系统的总 体设计方案，应用三维CAD技术进行了系统的结构设计。通过分析EPs转向系统的组成和结构 形式，确定了系统总体性能参数。详细分析了PES所涉及的技术领域以及关键技术问题，确定 了研发EPS系统的需要解决技术难点问题。 2()通过对PEs系统组成中各部件包括助力电动机、扭矩传感器和齿轮齿条传动轴、方 向盘等环节的分析，建立了PEs系统的动力学模型，并进一步变换得到了适合控制的状态方 程模型。通过对初始系统模型的动态性能仿真，分析了其初始状态下的性能表现，指出了研究 对象非控制状态下的动态性能非常脆弱。为此，提出了荃于极点配置的状态反馈控制策略。利 用状态反馈与极点配置，在实现状态反懊极点配置时，利用状态观测器或状态估计器取得系统 的状态信号。讨论PES系统模型满足一定系统性能约束条件下控制的助力特性、路感特性。 3()在探讨状态反馈控制下电动转向系统的转向路感问题的基础上。提出了在方向盘固定 时转向阻力矩作用下方向盘反向转矩 (几)与转向阻力矩 (TI)之比就能够代表EPs系统的转 向路感的评价方法。通过建立以毛为轴入，几为输出的状态方程，来研究当转向阻力矩 (TI) 变化时，方向盘反向转矩 (几)的变化规律，从而得出状态反馈控制下的EPs系统路感特性. “)分析了制约PES系统转向跟随性提高的因素，提出了角跟随性是影响PES跟随性能 提高的主要因素的观点。采用在动态过程中PDD参数模糊自整定的控制算法，将线性PDI控制 与模糊控制两者结合起来，组成的模糊PDI控制，在动态过程中使Pm参数得到改变，以便提 l .本文受国家科技型中小企业创新墓叙编号:仍C261151O314)7、四川 翻肠新翎;玛以颊目(编号，使陷0国落功】成助 汽车电动助力转向系统的设计与控制技术研究 高PES系统角跟随性控制响应速度，达到提高PES系统转向跟随性的目的. 5()提出了主动回正控制的概念。建立了PES系统回正时的状态空间模型，制定了基于 全状态反馈的PD控制算法.通过对提出的控制算法进行仿真验证，结果表明本文的算法可提 高转向盘的回正性和稳定性。 6()基于容错控制技术提出了针对传感器故障的、墓于能观(或能检)意义上的功能冗余容 错的概念并进行了证明。给出了能观意义下传感器重要度的概念和计算公式。该方法能有效地 帮助我们确定PES系统传感器配置的数鱼，井且该方法对一般系统传感器数量的确定具有普遍 性意义。 (7)针对PES实际系统中存在的不确定性，作者提出了采用基于鲁棒容错控制技术制定 EPS系统控制策略和控制器的设计方法。分别针对传感器故障的基于状态反馈鲁棒容错控制、 基于侧“ati型方程的鲁棒容错控制、基于状态观测器鲁棒容错控制，应用Ly即unov稳定性理 论和Lyapu刀ov方程，研究了印5在参数摄动的线性不确定性条件下对传感器失效时具有完整 性鲁棒容错控制的规律，得出了系统完整性鲁棒容错控制的充分条件，提出了PES的完整性鲁 棒容错控制设计方法和步骤。通过数值仿真分析，研究了EPs系统容错控制器对于给定参数、 在传感器故障条件下的容错