基于双重模糊控制的多参量电动助力转向系统研究

• 作 者: 张华
• 机 构: 江苏大学
• 出 处: 江苏大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 电动助力转向系统 前轴载荷 双重模糊控制 转向阻力矩 信号处理电路

电动助力转向(ElectricPowerSteering，EPS)系统是近年来迅速发展的一种新型动力转向装置，能够很好地解决汽车转向时的低速轻便性和高速稳定性，并且具有节能、环保、容易装配等诸多优点，已经成为汽车技术发展的热点。与国外成熟技术相比，国内还处于探索阶段，由于动力转向系统市场巨大，研究具有自主知识产权的EPS具有十分重要的意义。　　
本文介绍了电动助力转向系统的工作原理及结构分类，通过分析轮胎坐标系，分别从原地及行车转向两方面考察转向阻力矩的主要构成和动态变化，得出前轴载荷对力矩变化影响的重要性，给出了涵盖纵向车速、前轴载荷、摩擦系数等参量的转向阻力矩函数表达式。在机械转向系统的基础上，将EPS系统分为转向轴、转向横拉杆和助力电机组件，并分别建立了对应的微分方程和仿真模块。　　
依次分析了转向盘转矩、车速和前轴载荷对EPS助力特性的具体影响，认为传统的助力曲线仅仅依据转向盘转矩和车速确定目标电流，存在一定的偏差。建立了基于转向盘转矩、车速和前轴载荷多参量的新型助力特性曲线，确定了最大助力系数、起始和最大转向盘转矩等关键参数。　　
提出了对EPS系统双重模糊控制的策略。上层控制使用模糊推理法将转向盘转矩、车速和前轴载荷依次模糊化，依照一定的模糊规则生成助力电机目标电流;下层控制结合在MATLAB/SIMULINK环境下搭建的仿真模块，采用模糊PID控制器对助力电机目标电流实施了闭环控制。通过与常规控制方法的仿真对比，表明基于多参量助力特性的双重模糊控制提高了系统的快速响应性，减少了超调量，既可满足不同车况下的助力需要，保证了转向轻便性，又使助力电机实时提供必要的转向动力，有利于节能环保。　　
选择了MC9S12DG128处理器及TD340功率驱动芯片，对EPS的数字控制系统进行了设计，包括转向盘转矩、车速、前轴载荷、反馈电流、继电器、离合器等信号处理电路，并综合系统的控制策略给出了总体设计流程图。　　
最后进行了总结，指出了本文的不足之处，对后续工作进行了展望。