基于dspame的轻型货车电动助力转向系统的研究

基于dspame的轻型货车电动助力转向系统的研究

1车辅助驾驶系统控制策略仿真及模型的建立电动汽车辅助转向是指由电机辅助旋转系统产生的辅助矩阵，支持驾驶员完成转向过程。首先利用Matlab/Simulink建立基于汽车二自由度的EPS系统模型和控制策略模型，对滑模控制策略进行离线仿真和参数调节，然后对PID控制策略通过衰减曲线法进行参数整定，比较和分析两种控制策略的控制效果，最后，利用Dspace可以自动代码生成的优势，建立了基于Dspace循环球式电动助力转向试验台，完成轻型货车在助力模式下控制策略的验证。2电机转向系统的模型所研究轻型货车采用的是循环球式转向器，直接用数学公式对其建模，计算量较大且存在一定复杂性，如果把绕主销的回正力矩等效到转向器的螺杆上，循环球式转向器看作一个具有惯性的阻尼原件电机模型为：转向柱转角与电机转角的关系为：汽车二自由度模型为：3利用直线型设计助力电机的目标电流主要与汽车的车速和转动方向盘的转矩有关，对于EPS系统助力特性曲线，采用简单易设计的直线型作为设计目标。助力特性曲线无助力区（死区）由T根据计算，得到助力电机最大助力电流I4关于电动汽车辅助网络系统的控制策略研究4.1pid控制器的输出信号PID控制策略通过调节的k式中：u(k)—PID控制器的输出信号；ke(t)—测量值与给定值之间的偏差；e(t)—测量值与给定值偏差的导数。4.2基于滑动模式的动力系统滑模控制策略是一种变结构控制，它与PID等线性控制系统不同，它的非线性控制表现为控制的不连续性，而且控制系统“结构”的时变性，能够按照系统的即时状态（例如偏差与其导数），让“结构”动态地变动，使其满足系统基于预先设定的“滑动模式”的状态轨迹有规律地移动选择函数s(x)=cx,s∈R这里的变结构体现在，使得：(1）滑动模态存在，即式成立；(2）满足到达条件后，切换迅速；(3）保证滑动模态运动的稳定性。滑模控制的切换函数可以改善滑动模态运动的品质，根据电动助力转向控制系统的特点，把切换函数定位为目标电流与实际电流之差，即：几种常用的模态趋近律里，采用既可以减弱抖动又可以加快趋近时间的指数趋近律作为滑模控制的方式，其表达式为：式中：趋近律系数ε>0,k>0,sgn(s)—符号函数。对切换函数求导并带入（3）式得：于是，推导出控制器输出量为：5基于电动汽车支持系统的模拟和分析5.1调整pid和滑模控制策略的参数对k后稳定性影响的仿真根据推导的转向系统的数学模型、汽车二自由度模型和控制策略的数学模型，利用Matlab/Simulink软件完成电动助力转向系统各模型的建立，如图2所示。能够实现目标电流较好的跟随，调整PID和滑模控制策略的参数尤为关键，对于PID控制策略，调试发现控制系统很难调出等幅振荡过程，因此，采用衰减曲线法实现k于是根据衰减曲线法得到整定的k根据仿真调试，从图3可以看出，当k=30、k=75时，ε越小系统的趋近速度越慢，而ε过大，有较大斗振现象出现；当ε=10时，不同的k值，对系统影响变现为k越小响应时间越小，而过大的k，系统的超调量越大，所以，经过多次调试，滑模控制策略的趋近律参数ε=10、k=75时，系统的斗振现象最小，响应时间最快，稳定性最高。为了对比PID和滑模控制策略的控制效果，根据衰减曲线法整定的k5.2磁粉锅炉控制试验为了通过电动助力转向台架试验验证所研究控制策略的有效性，将图2所示的方向盘转向柱模型用RMS方向盘代替，控制器用Dspace完成数据的处理和运算，信号输入通过RMS方向盘采集的方向盘扭矩、转角、角速度输入到Dspace中，车速信号用信号发生器进行模拟，设置每公里的脉冲数为2548个，根据频率的不同反映不同的车速，电机的反馈电流采用霍尔式电流传感器检测并经过采集卡输入到Dspace中，EPS系统的输出为滑模控制策略运算出的电压值，利用Dspace的DS1103SL＿DSP＿PWM模块产生PWM，之后通过电机驱动板实现对电机的驱动，汽车转向的阻力距，通过试验台架上的磁粉制动器进行模拟，由于汽车在不同车速时轮胎的附着系数发生改变，汽车阻力矩也会相应的改变，因此磁粉制动器的加载阻力通过WLKB控制器进行控制首先进行原地转向试验，设置工况车速为0km/h，磁粉制动器的控制电流加载到3A，然后对方向盘在中间位置进行标定，顺时针转动方向盘到最右边，然后逆时针转到最左端，最后转到方向盘校准的中点。经过有助力和无助力两种工况试验，得到在助力模式下，方向盘转角和方向盘扭矩之间的关系，如图5所示。为了验证滑动模式控制策略的控制效果，通过以不同的车速旋转方向盘，将获得的电动机的实际电流值与目标电流值进行比较，得到实验结果，如图6所示。从试验结果图5可以得出，有助力时，转动相同的方向盘转角会比无助力时使用的操纵力矩要小，设计的滑模控制策略可以满足转向轻便型的要求，由于RMS方向盘采集的方向盘扭矩值精度为（-10～10)N·m，所以在辅助模式下，当方向盘扭矩值超过10N·m时，曲线已经是该范围的最大扭矩值；从图6可以看出，电机实际输出的电流值会随着输入扭矩的变化和目标值保持同步，而且在不同车速时，都能够实现对目标电流的跟随，由于滑模控制策略在切换滑模面时会产生抖振的现象，因此，实际电流曲线与目标电流曲线不是完全重合，存在较小的偏差，这是滑模控制策略的缺点，但是滑模控制策略对被控对象的模型误差、对象参数的变化以及外部干扰敏感性较低，所以滑模控制策略的鲁棒性较好。6仿真对比及结果分析(1）以轻型货车的转向系统作为研究对象，采用滑模控制策略通过调整趋近律系数实现对电机电流的实时控制，然后和参数整定的PID控制策略进行仿真对比，结果表明调整过的滑模控制策略比整定过的PID控制策略具有较小的超调量和较高的稳定性。(2）利用Dspace可以自动代码生成