电动助力转向系统的滑模控制算法研究

关于汽车电动助力转向系统(EPS)控制的快速性和稳定性优化问题,传统二自由度整车模型、线性轮胎模型建模不完善及助力电机电流实时跟踪效果差.为解决上述问题,提出了一种滑模控制算法,利用七自由度整车模型和刷子模型,在Matlab/Simulink仿真软件中搭建了电动助力转向系统系统仿真模型,进行仿真研究.仿真结果表明,所设计的系统可以反映路面附着系数对自回正力矩的影响,所设计的滑模控制算法在系统动态过程中能实时跟踪目标电流,比常规PID控制具有更好的快速性、稳定性和鲁棒性,为转向爆胎的研究打下了理论基础.     

基于遗传算法的电动助力转向系统鲁棒H∞控制

针对电动助力转向系统(EPS)中存在的模型不确定性和路面干扰问题, 提出了基于遗传算法的鲁棒H∞控制方法. 构建了EPS系统数学模型, 以驾驶员获得较小的干扰波动和卓越的鲁棒性为控制目标, 运用鲁棒H∞方法极小化干扰问题, 将系统设计中加权函数的选取表示成多目标问题, 用遗传算法对其优化求解, 得到鲁棒控制器. 分析了受到路面干扰时, 方向盘把持转矩的响应情况. 仿真结果表明, 遗传优化后的EPS鲁棒控制器有效地增强了系统的鲁棒稳定性, 提高了系统的抗干扰能力, 使驾驶员获得满意的路感, 提高了行驶安全性.     

补偿转向盘振动力矩的控制策略研究

在Matlab/Simulink中建立了电动助力转向系统动力学模型,根据路感信息与不平路面引起的振动干扰在频率上的区别,经过高通滤波检测出路面不平整产生的转向系统干扰力矩,通过助力电机提供相反大小的力矩对其进行补偿;针对路感信息与路面振动干扰在频率上区分界限的不固定性,设计了一种在线可调节滤波器截止频率的控制方法,避免对车辆路感信息正常传递的影响;仿真结果表明,所设计的补偿控制策略能够有效衰减不平路面干扰力矩到方向盘的传递.     

智能电动车EPS鲁棒性控制律的建模与仿真

智能电动汽车配备电动助力转向系统(EPS)以提高转向系统的稳定.EPS是非线性系统,为了改进其鲁棒性能,结合EPS的结构和动力学特性,建立了EPS的动力学方程.构建结合整车、轮胎、EPS系统的整体仿真模型,利用李雅普诺夫方法的克拉索夫斯基定理设计EPS控制律,并用李雅普诺夫再设计方法设计具有鲁棒性的EPS控制律.在多领域建模软件Dymola中对智能电动汽车转向系统建模,并进行阶跃仿真,结果表明,李雅普诺夫再设计方法得到的EPS控制律具有较强鲁棒性.     

基于滑模观测器的汽车轮胎力级联估计方法

提出了一种新型的基于滑模观测器理论的汽车轮胎力级联估计方法．首先基于单轮滚动动力学模型,以车轮转动角速度及驱动力矩作为输入,针对每个车轮的纵向轮胎力设计了纵向轮胎力滑模观测器．又采用了简化的车辆2自由度模型,以纵向轮胎力估计值、 前轮转角、 侧向加速度及横摆角速度作为输入,分别设计了前、 后轴侧向轮胎力滑模观测器．最后,为验证所设计的观测器的有效性,应用高保真车辆动力学软件veDYNA进行了仿真研究,并与扩展卡尔曼滤波（extendedKalman filter,EKF）方法进行了对比分析．实验结果表明,基于滑模观测器的车辆轮胎力级联估计方法具有更高的准确性．     

基于免疫模糊PID的EPS控制仿真研究

研究提高汽车电动助力转向系统(EPS)的助力转向性能和轻便性的优化控制问题.传统PID控制参数优化前,需专家知识经验,且响应能力和跟随性能较差,影响EPS控制性能.为了提高EPS助力转向性能和轻便性,提出了采用免疫反馈控制和模糊控制相结合的免疫模糊PID控制EPS转向柱转角的策略.首先,在EPS数学模型的基础上,建立输入为转向盘转角、输出为转向柱转角的EPS系统助力特性模型,并设计了免疫模糊PID控制器.其次,根据稳定性试验的相关标准,选取不同的转向工况,在Matlab中进行EPS控制仿真,并与常规PID控制的EPS进行比较,通过加入干扰验证改进算法的鲁棒性.结果表明改进算法能有效地提高EPS系统的快速响应能力和跟随性能,改善转向系统的助力转向性能.     

汽车电动助力转向系统的混杂控制与试验

汽车电动助力转向(EPS)系统以蓄电池为能源,以电动机为动力元件,汽车EPS控制系统的设计是提高EPS系统性能和电动机效率的关键.分析了汽车EPS系统的混杂特性,可分为助力工况、回正工况和阻尼工况.设计了汽车EPS混杂控制系统,助力工况采用由Bang-bang控制和变参数双模糊控制组成的双模态控制器;回正工况采用PID控制器;阻尼控制采用电动机制动转矩控制方式.设计了实车试验系统,进行了转向手感实车试验和回正控制实车试验.汽车EPS系统的混杂控制充分反映了汽车EPS系统的工作状况,优化了EPS系统的功能和控制效果,增强了转向操纵的安全性,提高了EPS电动机的工作效率和节能环保能力.     

线控转向系统路感模拟控制研究

线控转向系统用总线技术取代了方向盘与转向轮之间的传统机械连接,驾驶员无法获得路面信息,需模拟产生路感;通过建立方向盘总成模型,将生物免疫原理与模糊理论应用到路感模拟控制策略中,设计模糊免疫PID控制器用于路感模拟;选取行驶工况为蛇行工况,以20km/h和100km/h作为低速和高速输入进行仿真;结果表明,采用模糊免疫PID控制器控制路感电机模拟产生的路感跟随目标路感力矩的效果更好,适应性更强。     

电动助力转向系统控制策略及其仿真研究

针对EPS电动助力转向系统低速时转向轻便性不够和高速时转向路感不强的特点,提出了一种结合相位超前补偿、惯性补偿电流和阻尼补偿电流等的复合控制策略.通过深入研究电动助力转向系统(EPS)的结构、工作原理及性能要求,建立了转矩传感器、输入转向轴、电机及输出轴的动力学模型,设计了助力系统复合控制策略,并将所设计的复合控制器在EPS台架系统中进行了多组仿真和试验.通过对试验数据和曲线进行详细分析,结果表明:提出的控制策略能够较好的实现EPS系统操纵性能要求,提高了系统的助力跟踪精度,满足了低速时转向轻便性和高速时转向路感强的要求,且全车速范围内操纵稳定性好,具有一定的理论价值和实用价值.     

分布式汽车驱动力能量效率优化分配控制

充分利用分布式驱动汽车信息源多的特点,根据扩展卡尔曼滤波算法（EKF）建立观测器对车轮侧向力进行在线估计。通过改进的车辆线性二自由度模型制定系统控制目标,依据车轮侧向力观测值设计了基于滑模变结构控制的直接横摆力矩控制器。全轮驱动力综合优化分配策略同时考虑了轮胎负荷率与驱动电机效率,完成了对车轮稳定性与能量效率的耦合控制。通过Carsim-Matlab/Simulink的仿真表明,整个系统实现了对车轮侧向力的准确估计,提高了目标直接横摆力矩计算的准确性。驱动力综合优化分配在提高车辆路面附着余量的同时也提高了各驱动电机的综合效率,进一步提高了车辆的能量利用效率。     

电动助力转向系统扭矩信号采集系统设计

电动助力转向系统是安装在汽车上的智能转向机构,通过其控制器获取方向盘输入扭矩的实时信号,以及车速信号等表征汽车运行状态的参数,确定助力电机所提供的助力转矩的大小和方向,辅助驾驶员进行转弯,同时保证汽车的操纵稳定性和安全性。为了保证助力的准确性和快速性,需要对方向盘输入扭矩信号进行检测,针对扭矩信号的采样要求,设计的扭矩信号采集系统主控芯片采用DSP,联合高精度4通道同步采样A/D转换芯片AD7864,可实现对扭矩信号的采样。     

汽车驾驶模拟器转向盘回正系统设计

在汽车驾驶模拟器的研发中,对于转向盘回正系统的模拟,可以增强驾驶员操作时的触感,使交通安全实验数据更加可靠.从转向盘回正力矩数学模型研究出发,采用直流力矩电机作为模拟系统中回正力矩的生成部件,设计了整个转向盘回正模拟系统的组成,提出了相应的控制策略.     

循环球电动助力转向系统控制及补偿策略

考虑循环球式转向系统内多因素的影响,设计循环球式电动助力系统的控制及补偿策略,建立循环球式电动助力转向系统模型,设计电流助力曲线,采用模糊PID控制方法,实现电机的实时控制;为了获得更好的助力力矩,补偿系统内损失,基于LuGre摩擦模型,通过观测到的系统参数,建立摩擦状态观测器,得到摩擦补偿叠加电流。使用Matlab/Simulink与CarSim的联合仿真验证控制系统;通过对增加摩擦补偿策略前后的对比分析,可知所设计的电动助力转向电流控制系统能综合车辆行驶时的摩擦、车速和转向盘转角等信息,由助力执行电机产生适当的助力,更准确地实现驾驶员的驾驶意图,使得回正过程更加平稳。     

线控转向系统路感控制策略的研究

线控转向系统取消了转向盘与转向轮的机械连接,所以必须通过电机向驾驶员实时反馈路感,从而使驾驶员感知车辆行驶状态和路面状况,作出正确操纵行为.提出了路感的评价指标,并根据转向角度和车速计算轮胎回正力矩,研究了不同力传动比对输入阻抗和转向盘力阶跃响应性能的影响.随车速调整力传动比,可获得驾驶员期望的转向感觉.结果表明,调整力传动比参数可获得良好的路感和回正性.提出的路感控制策略双纽线试验和蛇行实验性能良好,可改善汽车的操纵稳定性.     

后轴双电机扭矩矢量控制研究

车辆的横摆响应受到转向系统、悬架系统、制动系统及驱动系统影响,传统车辆主要以转向输入进行主动控制,随着线控底盘的发展,ESC、后轮转向、扭矩矢量等技术逐步参与到车辆横摆的主动控制中;相对于ESC以制动力差产生横摆力矩,扭矩矢量可在不降低总驱动力的前提下产生横摆力矩,不会引起车辆的制动效应;通过后轴双电机扭矩矢量控制（TVC）产生主动横摆力矩,旨在改善车辆横摆响应,TVC采用前馈与反馈结合控制,基于二自由度车辆模型、目标稳态增益K及横摆角速度-速度修正因子K1建立目标横摆角速度;利用车辆模型逆函数计算横摆力矩前馈值,PID计算横摆力矩反馈值,总横摆力矩转换得到左右车轮纵向力调整量;纵向力调整量与驱动力分量叠加获得左右轮总纵向力;左右轮驱动力过大时可能会受到滑移率、电机扭矩等限制,为保证横摆力矩偏差在要求范围内,需要根据限制情况对左右轮纵向力进行调整;通过仿真验证,TVC可明显改变车辆横摆响应     

Practical active traction control for independent-wheel-drive electric vehicle based on slip-ratio threshold determination

The traditional traction control system (TCS) based on hydraulic braking only works when the wheels are slipping, which will cause the problem of slow response to extreme slip. In addition, the TCS of four-wheel-independent-drive electric vehicle (4WIDEV) is often based on road adhesion characteristics identification or optimal slip ratio identification to implement active control, which is difficult to achieve in engineering. Aiming at this problem, a practical active TCS is proposed in this paper. Firstly, according to the wheel slip state of the front and rear axles, the dynamic transfer of torque between axles is realized to maintain the vehicle propulsion power. Second, the adhesion conditions between road and tire are classified, and two sets of target slip ratio thresholds are formulated for high and low adhesion pavement, respectively. Then the current road adhesion coefficient is estimated by using the advantage that the in-wheel motor torque can be obtained in real-time. Thirdly, the overall framework of the control strategy is established, the logic threshold control algorithm is adopted for tracking the wheel target slip ratio. Finally, the simulation results show that the proposed active TCS can improve the vehicle power and avoid excessive wheel slipping.     

车辆主动转向系统的鲁棒控制器设计研究

本文将H2/H∞鲁棒控制理论应用于电动助力转向系统的控制策略研究,在建立前轮转向理想跟踪模型基础上,提出一种基于H2/H∞模型跟踪技术的主动转向控制方法,并对设计的控制器进行仿真分析与对比.通过仿真分析,从理论上验证基于H2/H∞跟踪控制理论的转向控制器可以适用于汽车的EPS转向系统,能很好地跟随理想车辆转向模型,有利于提高车辆的主动安全和稳定性.     

Shared control for lane departure prevention based on the safe envelope of steering wheel angle

The ability to prevent lane departure has become an important feature for commercialized vehicles. This paper proposes a shared steering assistance strategy based on a safe envelope of steering wheel angle (SWA). This solves the human-machine conflict issue in lane departure prevention (LDP) system which uses steering control to help the driver keep the vehicle within the correct lane. The system combines a driver steering control model, current vehicle states and vehicle-road deviation. The desired SWAs are calculated when the driver intends to drive along the left or right side of the lane, and then the two angles are used to generate the safe envelope. Next, a driver intention estimator is designed to predict driver’s intended SWA and the assistance control is activated by judging whether the driver intended SWA is go beyond the safe envelope. Finally, a H∞ controller and a disturbance observer are developed to determine the assistance torque. In this way, the SWA is limited to safe values to mitigate lane departure and the controller intervention is minimized. The effectiveness of the proposed method is evaluated via numerical simulation with different driving scenarios and human-in-the-loop experiment on a driving simulator. The obtained results show that this method not only can avoid lane departures effectively, but also ensures a good human-machine cooperative performance.     

Disturbance Observer Based Control for Four Wheel Steering Vehicles With Model Reference

This paper presents a disturbance observer based control strategy for four wheel steering systems in order to improve vehicle handling stability. By combination of feedforward control and feedback control, the front and rear wheel steering angles are controlled simultaneously to follow both the desired sideslip angle and the yaw rate of the reference vehicle model. A nonlinear three degree-of-freedom four wheel steering vehicle model containing lateral, yaw and roll motions is built up, which also takes the dynamic effects of crosswind into consideration. The disturbance observer based control method is provided to cope with ignored nonlinear dynamics and to handle exogenous disturbances. Finally, a simulation experiment is carried out, which shows that the proposed four wheel steering vehicle can guarantee handling stability and present strong robustness against external disturbances.      

电动汽车TCS滑模控制器设计

针对电动汽车在冰雪低附着极端工况极易出现的驱动轮过度滑转问题,以电动汽车驱动电机转矩为控制变量,设计了一种电动汽车驱动防滑防牵引力控制系统(Traction control system,TCS)滑模控制器,控制器通过调节驱动电机转矩,将滑转率控制在目标值附近,使汽车持续获得最大路面附着,防止车轮过度滑转,对应用滑模控制出现的抖振问题,设计了一种改进的指数型趋近律,用以削弱系统抖振。仿真结果表明,设计的TCS滑模控制器通过控制驱动电机转矩能将汽车的滑转率控制在目标值附近,使得汽车持续获得最大的路面附着,充分抑制汽车打滑,提高了汽车行驶稳定性,在整个控制过程中驱动电机转矩和状态变量收敛快速且十分平滑,抖振削弱效果良好。