基于轮胎力估计的汽车EPS和AFS集成控制研究

【摘要】转向系统是汽车的一个重要组成部分，其性能直接影响着路感和车辆的操纵稳定性和行驶安全性。电动助力转向（EPS）克服了传统液压系统的不足，能提供良好的转向路感，已经在中小型轿车中得到了较广泛的应用。主动前轮转向（AFS）能有效提高车辆的操纵稳定性和行驶安全性，虽然目前AFS主要装载于高端车型，但是未来它必将向中低端车型转移。因此将EPS与AFS集成，进一步提升转向系的性能，是未来汽车发展的必然趋势。本文正是在此背景下，展开对EPS和AFS集成系统的研究。本文首先分别对EPS和AFS两个子系统进行了详细的分析和研究，在此基础上，研究了EPS和AFS的集成控制问题。具体研究内容如下：（1）分析了EPS和AFS集成系统的结构布置，建立了含有EPS和AFS的转向系模型、整车非线性二自由度模型、轮胎模型和转向阻力矩模型，在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型，并用Carsim中的试验数据验证了本文所建车辆模型的准确性。（2）分析了三种典型的助力特性曲线，选择直线型助力特性曲线用于EPS助力控制中，并讨论了直线型助力特性曲线的设计方法。设计了EPS的控制策略，包括助力控制、回正控制、阻尼控制和补偿控制，以及控制模式的选择切换。仿真分析验证了EPS控制策略的有效性。（3）设计了一条改进型变传动比曲线，在保证稳态车辆系统增益为定值的前提下，尽量减小AFS转角电机的转矩波动，兼顾了车辆操纵性能和电机性能。采用线性二次型最优控制，设计了AFS控制器。仿真分析表明该控制器能有效提高车辆的操纵稳定性和行驶安全性。（4）详细阐述了EPS和AFS集成控制系统应具有的功能，分析了集成系统中两子系统间的相互影响。最后基于轮胎侧向力估计，设计了EPS助力修正控制器，有效的解决了子系统间的干预问题，协调了子系统间的工作。
【作者】范璐；
【导师】周兵；
【作者基本信息】湖南大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】集成控制；电动助力转向；主动前轮转向；扩展卡尔曼滤波；变传动比曲线；

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