基于模糊控制的电动助力转向系统的研究与开发

汽车电子化是当前汽车技术发展的必然趋势。继电子技术在发动机、变速器、制动器和悬架等系统得到广泛应用之后,国内外轿车和轻型汽车采用电动助力转向(Electric Power-assisted Steering,简称EPS)系统逐步取代传统液压助力转向系统。电动助力转向系统采用电动机直接提供助力,助力大小由电控单元(ECU)控制,具有助力大小可调、路感良好、环保、节能和维修方便等优点,是当前汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一。 本文首先论述了EPS系统的特点、工作原理和结构,对EPS系统的关键部件如转矩传感器、电动机以及电子控制单元等进行了详细的说明,为系统开发和部件选型提供了依据。 接着从助力特性和控制策略两方面对EPS系统进行了深入细致的研究。设计了基于模糊控制的电动机助力电流的决策方法,得到了在不同车速和转向盘力矩输入下的助力特性曲线,曲线表明基于模糊控制的助力控制策略是符合实际EPS系统在转向过程中对助力的要求的;并对提高汽车驾驶舒适性和操纵稳定性的转向阻尼控制和回正控制策略进行了讨论。在此基础上,建立EPS系统仿真模型,设计了电动机电流的PID和自适应模糊PID控制器。仿真结果表明,电流控制器针对目标电流具备较高的响应速度和良好的跟踪性,所制定的助力控制策略和电流控制方法可以很好满足实际转向系统的使用要求。 最后,给出了一整套EPS系统ECU硬件设计方案,详细介绍了永磁无刷直流电动机的驱动电路和电动机与EPS系统控制策略相对应的三种工作模式。根据EPS系统的功能要求,给出了ECU软件组成和工作流程图。 本文所研究的内容为EPS系统的开发提供了重要理论基础和设计方法,具有实际指导意义。