某轿车主动后轮转向系统转向电机控制研究

发布时间：2023-04-08 19:55

　　随着社会发展,汽车“新四化”已成为整个行业的追求目标,实现主动转向的电控智能化控制可以提高驾驶特性与操纵稳定性、安全性。本文主要针对转向执行电机控制算法、控制器功能安全分析、主动后轮转向(ARS)策略、实验台架测试等几大方面开展研究,为ARS系统设计开发执行器。依托于永磁同步电机(PMSM)数学模型,通过坐标变换解耦转矩、励磁电流,完成解耦控制。根据矢量控制(FOC)原理,讨论不同控制策略:id*=0控制、最大转矩电流比(MTPA)、恒磁链、弱磁控制。另外,详细分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,搭建了SVPWM模型。针对电机三闭环FOC算法,基于传统PI控制,建立了三闭环PI控制器,之后依据三步非线性法原理改进FOC算法,建立了三步法的电流控制、转速控制、位置控制。同时,建立了电压、电流极限圆,MTPA,最大输出功率(MTPV)方程,以此搭建弱磁控制的最优轨迹决策算法。最后,搭建模型并完成仿真实验,通过对比三步法与传统PI控制,分别得到了电流、转速、转角等曲线,同时弱磁控制仿真实验验证了弱磁扩速算法的合理性。结果验证了三步法的控制效果:更快的动态响应速度,稳态波动小,其控制效果...

【文章页数】：123 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 汽车转向系统发展
    1.3 ARS基本原理及组成
        1.3.1 ARS基本工作原理
        1.3.2 ARS组成结构
        1.3.3 ARS用执行电机简介
    1.4 国内外发展现状
        1.4.1 主动后轮转向技术国内外发展现状
        1.4.2 转向执行电机控制技术国内外发展现状
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 ARS转向执行电机控制数学模型及机理分析
    2.1 永磁同步电机数学模型
        2.1.1 静止三相坐标系下的数学模型
        2.1.2 静止两相坐标系下的数学模型
        2.1.3 同步旋转坐标系下的数学模型
    2.2 永磁同步电机矢量控制策略
        2.2.1 矢量控制原理
        2.2.2 电流内环矢量控制策略
    2.3 SVPWM控制原理
    2.4 本章小结
第3章 ARS转向电机三闭环控制算法研究
    3.1 基于传统PI控制的典型三闭环控制策略
        3.1.1 电流环PI控制器设计
        3.1.2 转速环PI控制器设计
        3.1.3 位置环PI控制器设计
    3.2 基于三步法的三闭环控制研究
        3.2.1 电流环模型离散化
        3.2.2 基于三步法设计电流环控制策略
        3.2.3 基于三步法设计转速环控制策略
        3.2.4 基于三步法设计位置环控制策略
    3.3 基于最优轨迹设计的弱磁控制策略研究
        3.3.1 电压极限圆与电流极限圆
        3.3.2 最大输出功率曲线
        3.3.3 弱磁控制的最优电流轨迹设计
    3.4 仿真分析验证
        3.4.1 电流环算法对比仿真验证
        3.4.2 转速环算法对比仿真验证
        3.4.3 弱磁控制算法仿真验证
        3.4.4 位置环算法对比仿真验证
    3.5 本章小结
第4章 ARS转向电机控制功能安全设计分析
    4.1 电机控制器功能安全分析
        4.1.1 危险事件分析
        4.1.2 ARS系统架构设计
        4.1.3 硬件设计与安全分析
    4.2 基于芯片TLE9180D的预驱动电路设计与分析
        4.2.1 预驱动电路硬件设计
        4.2.2 基于预驱芯片开发的驱动电路功能安全分析
    4.3 诊断响应策略设计
        4.3.1 预驱芯片正常工作的上电过程
        4.3.2 电压源故障诊断响应方案设计
        4.3.3 驱动桥故障诊断响应方案设计
        4.3.4 预驱芯片故障诊断响应方案设计
        4.3.5 基于周期调度的软件程序设计
    4.4 本章小结
第5章 主动后轮转向系统控制策略开发研究
    5.1 ARS汽车动力学模型建立与分析
        5.1.1 车辆线性二自由度四轮转向动力学模型
        5.1.2 轮胎侧偏特性
    5.2 ARS系统常用控制策略
        5.2.1 基于前轮转角成比例的后轮转角控制
        5.2.2 比例控制+横摆角速度反馈PI控制
    5.3 ARS系统LQR控制策略
        5.3.1 LQR最优控制数学模型
        5.3.2 主动后轮转向LQR控制器设计
    5.4 基于权系数设计最优控制律
    5.5 控制策略仿真分析
        5.5.1 角阶跃输入工况
        5.5.2 双移线工况1
        5.5.3 双移线工况2
    5.6 本章小结
第6章 电机控制算法硬件在环实验研究
    6.1 ARS执行电机硬件设计
        6.1.1 主动后轮转向机改造
        6.1.2 电机控制器设计
        6.1.3 行程位移传感器设计
    6.2 ARS转向执行电机台架实验
        6.2.1电机堵转实验
        6.2.2弱磁扩速实验
        6.2.3位置跟随控制实验
        6.2.4 ARS-HIL实验验证
    6.3 本章小结
第7章 全文总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 全文展望
参考文献
附录
致谢



本文编号：3786376