[01080661]汽车电动助力转向控制及系统集成技术研究与应用

电动助力转向(electricpowersteering，EPS)系统是近年来发展最快的高科技型汽车零部件产品之一。与传统的液压助力转向系统相比，EPS具有如下显著优点：控制器助力特性的设置有较高自由度，可适应不同车型；可提高驾驶员转向时的路感，改善汽车在低速和高速时的操控性能；节能效果显著、有利于环保；零件少，轻巧而紧凑，易于调整和检测，提高了转向系统的可靠性和汽车行驶的安全性。中国自1998年开始研究EPS，只有少数企业能自主研制针对低端乘用车的EPS产品，EPS的控制稳定性和可靠性还不理想，难与国外产品竞争，能满足中高档乘用车要求的自主技术EPS产品尚处于空白状态，自主研发EPS控制和系统集成关键技术刻不容缓。该项目属于车辆系统动力学的应用基础研究，与多学科建模、综合仿真以及系统的优化设计和控制有关。由于EPS系统的复杂性、非线性及与整车性能的相互制约，国内有关EPS控制的研究大都没有全面考虑EPS与汽车性能的相互协调及匹配，对EPS助力特性与整车动力学性能之间的关系及匹配技术尚未掌握，采用的算法和控制策略还不能很好地满足汽车在低速与高速时的转向操控要求，EPS系统稳定性与控制性能之间的矛盾也未很好地解决，对于EPS系统的非线性、时变性、不确定性、状态的不完全性以及强耦合性尚缺乏理想的控制理论与科学方法来提高汽车性能。该项目较系统地研究EPS系统非线性动力学特性、EPS与汽车性能协调系统的理论及综合控制的优化，通过动态改变汽车结构参数以获得较理想的整车转向操控性能。1.主要研究内容1)建立了电动助力转向系统的模型。应用μ控制理论，分析了包含参数摄动、外界干扰以及模型未建模动态误差的EPS的动力学行为，从更深层面揭示EPS非线性本质特征，更好地了解和掌握EPS的失稳机理以及系统产生失稳的边界，为EPS及其控制系统研究奠定了新的理论基础。2)提出了新的MVT型助力特性规则。根据车速、车辆载荷、方向盘转矩来合理的调整电动机助力系数，使基于此助力特性设计的控制器能够确定合理的目标电流，在各种行驶工况下，兼顾低速时的转向轻便性和高速时路感的保持。3)设计开发了以S3C44B0XARM单片机为内核的电动助力转向系统μ控制器。4)设计研制了基于INSTRON8800数控电液伺服装置的全真试验装置，分别进行了台架和实车道路实验。2.主要技术经济指标当EPS系统助力时，方向盘扭矩峰值降低了54.03%，方差降低了47.06%；有回正控制的回正时间比没有回正控制的回正时间缩短了0.34s；新的控制器使车辆避免了高速回正的摆振现象，提高了驾驶安全性；μ控制器比PID控制器抗路面干扰能力更强，方向盘把持力矩峰值降低55.11%，方差降低48.83%；横摆角速度稳定时间缩短0.11s，峰值降低20.9%，超调量降低87.3%。3.该项目促进科技进步作用及应用推广情况已在国内外核心学术刊物发表论文近40篇，其中EI、ISTP收录20余篇，已授权发明、实用新型专利8项。该项目成果已在江苏超力电器有限公司、南京东华汽车转向器有限公司、一汽海马汽车公司、江苏罡阳股份有限公司得到了推广应用。