电液耦合转向系统主动控制策略开发与验证

发布时间：2020-07-13 07:56

【摘要】：作为长途客货运主力运输装备,近年来,商用车辆的安全性与舒适性得到了生产厂家与消费者的广泛关注。转向系统是直接与驾驶员进行交互的操纵系统,如何缓解驾驶员疲劳并提高车辆行驶安全性是如今商用车转向助力系统设计所面临的重要难题。乘用车普遍装配的电动助力转向(Electric Power Steering,EPS)系统具有良好的操纵特性,能够在外界干扰下进行主动补偿控制,为了使商用车辆也具有良好的转向特性,本文结合国家自然科学基金项目“基于驾驶员特性的新型线控转向系统控制机理和评价方法”(项目编号:51575223),并基于商用车电液耦合转向(Electro-hydraulic Coupling Steering,EHCS)系统进行主动控制策略的开发。EHCS系统是一种新型商用车转向辅助系统,其在传统液压助力转向系统的基础上增加助力电机,通过对电机进行主动控制从而实现车辆抗侧风、抗冲击、主动转向等先进功能。本文基于该转向系统建立了包含助力控制、回正控制、抗侧风控制和抗路面冲击控制在内的主动控制策略,并搭建了基于Matlab/Simulink、AMESim和TruckSim三者联仿的软件仿真平台对控制策略的有效性进行初步验证,随后搭建了EHCS硬件在环试验台,进一步对主动控制策略进行实物验证,研究内容如下:(1)针对商用车辆高速行驶易受侧风及路面冲击影响的问题,本文建立了侧风影响下车辆动力学三自由度简化模型和EHCS系统模型。基于三自由度简化模型对侧风作用下车辆横摆角速度、质心侧偏角和侧倾角响应特性进行分析;基于EHCS模型对路面冲击下转向盘处转角和力矩响应特性进行分析,并通过仿真分析结果直观地说明侧风及路面冲击对车辆行驶所造成的不良影响。(2)针对传统商用车辆转向轻便性与稳定性之间存在矛盾关系的问题,本文首先在课题组原有控制方法的基础上对助力控制和主动回正控制策略进行优化,基于EHCS试验台并结合理想手力矩对助力特性曲线进行设计,采用增量式PID电流闭环的方法对目标力矩进行跟随控制;在进行回正控制策略的设计时采用基于转角闭环的柔性PID回正控制方法,低速采用PI控制改善回正不足、高速采用PD控制抑制回正超调。(3)在进行主动抗侧风控制策略的设计时,针对驾驶员是否紧握转向盘分别设计了不同的控制方法,若驾驶员紧握转向盘则采用自适应补偿控制以降低驾驶员的把持力矩,反之,切换到补偿状态(保持),针对补偿状态设计并比较了两种不同的控制策略,反向助力和滑模控制,以减小车辆横摆角速度和质心侧偏角;抗冲击控制策略的设计主要基于冲击力矩估算和反向助力补偿,通过建立EHCS系统转向盘到循环球转向器输入端之间的动力学方程,对路面冲击力矩进行估算,得到助力补偿电流并输入到助力电机处,从而衰减路面冲击。为验证控制策略的有效性,建立了基于Matlab/Simulink、AMESim和TruckSim三者联仿的软件仿真平台进行试验。(4)为进一步对所设计的控制策略进行验证,本文搭建了EHCS系统硬件在环试验台,在试验台调试过程中,针对阻力模拟系统中存在时间滞后、跟随偏差较大且不能模拟小力矩输入工况的问题,采用转速-转矩控制、转矩闭环控制和补偿控制三种方法联合控制对系统进行改善。最后参考相关标准,针对EHCS功能设计相应试验工况,通过在控制平台界面中实时调整主动控制参数,完成了控制策略的硬件在环试验验证。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.4
【图文】：

图 1.1 2011 年至 2017 年商用车产销量统计辆行驶过程中，驾驶员需要通过一套专设机构，即转向系统，来实现时刻影响着车辆的驾驶安全性和操纵舒适性，并且对于长途运输车辆也与驾驶员的驾驶负担息息相关，所以车辆生产厂家和科研机构纷纷

图 1.2 电液耦合转向系统(2) 液压系统转向系统的助力大部分来源于液压系统提供的液压助力，即来源于循环球转向器在转向器助力缸内形成回路，从而提供驾驶员转动转向盘所需的转向助力，液压

电液耦合转向液压系统

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王其东;王金波;陈无畏;朱文勃;;基于汽车质心侧偏角的EPS回正控制策略[J];汽车工程;2015年08期

2 沃卡;;沃尔沃卡车动态转向系统VDS 把握安全运输线[J];交通世界(运输.车辆);2014年11期

3 周兵;范璐;徐蒙;胡晓岚;;汽车EPS和AFS衰减路面冲击集成控制[J];中国机械工程;2014年22期

4 任夏楠;邓兆祥;;驾驶员理想转向盘力矩特性研究[J];中国机械工程;2014年16期

5 江浩斌;徐哲;唐斌;耿国庆;;基于电磁离合器的重型车辆节能型电控液压转向系统[J];汽车安全与节能学报;2014年02期

6 董家寅;宋海兵;陈龙;江浩斌;耿国庆;朱万青;;旁通比例阀对ECHPS可变助力特性的影响[J];车辆与动力技术;2013年03期

7 任夏楠;邓兆祥;;汽车EPS助力特性曲线的设计机理及几何特征[J];华南理工大学学报(自然科学版);2013年08期

8 丁能根;康乐;王健;余贵珍;;侧向风干扰下的汽车主动前轮转向最优控制[J];北京工业大学学报;2013年02期

9 李绍松;宗长富;何磊;刘明辉;魏文若;吴浩;;衰减转向盘冲击力矩的电动助力转向控制[J];吉林大学学报(工学版);2013年04期

10 赵景波;周冰;贝绍轶;;侧风干扰工况电动汽车EPS反向助力控制及试验[J];电机与控制学报;2012年09期

相关博士学位论文 前1条

1 赵伟强;商用半挂车制动意图辨识与制动力分配控制策略开发及验证[D];吉林大学;2013年

本文编号：2753183