文档介绍：四川大学博士论文
汽车电动助力转向系统的设计与
控制技术研究,
专业机械制造及其自动化专业
博士研究生谢刚指导教师殷国富
摘要
本论文在国家科技型中小企业创新基金“墓于冗余容错的汽车电动助力转向系统的研发”
和四川省科技厅重点科技攻关项目“汽车电动助力转向系统研究与
开发”以姆幻的资助下,以转向管柱助力式系统为研究对象,借助现代控制理论、
现代设计方法和计算机仿真技术,紧密结合产品开发的关键技术着重研究转向管柱助
力式系统的总体设计方案、控制过程的理论模型与动态性能、泊系统的控制策略、警
棒容错控制原理与方法、提高转向跟随性的途径和方法、分析转向回正控制方法等关健技术
问题。主要研究成果如下
在对电动助力转向系统功能需求分析的基础上,提出了转向管柱助力式系统的总
体设计方案,应用三维技术进行了系统的结构设计。通过分析转向系统的组成和结构
形式,确定了系统总体性能参数。详细分析了所涉及的技术领域以及关键技术问题,确定
了研发系统的需要解决技术难点问题。
通过对系统组成中各部件包括助力电动机、扭矩传感器和齿轮齿条传动轴、方
向盘等环节的分析,建立了系统的动力学模型,并进一步变换得到了适合控制的状态方
程模型。通过对初始系统模型的动态性能仿真,分析了其初始状态下的性能表现,指出了研究
对象非控制状态下的动态性能非常脆弱。为此,提出了荃于极点配置的状态反馈控制策略。利
用状态反馈与极点配置,在实现状态反懊极点配置时,利用状态观测器或状态估计器取得系统
的状态信号。讨论系统模型满足一定系统性能约束条件下控制的助力特性、路感特性。
在探讨状态反馈控制下电动转向系统的转向路感问题的基础上。提出了在方向盘固定
时转向阻力矩作用下方向盘反向转矩几与转向阻力矩之比就能够代表系统的转
向路感的评价方法。通过建立以毛为轴入,几为输出的状态方程,来研究当转向阻力矩
变化时,方向盘反向转矩几的变化规律,从而得出状态反馈控制下的系统路感特性
“分析了制约系统转向跟随性提高的因素,提出了角跟随性是影响跟随性能
提高的主要因素的观点。采用在动态过程中参数模糊自整定的控制算法,将线性控制
与模糊控制两者结合起来,组成的模糊控制,在动态过程中使参数得到改变,以便提
本文受国家科技型中小企业创新墓叙编号仍、四川
翻肠新翎玛以颊目编号,使陷国落功】成助
汽车电动助力转向系统的设计与控制技术研究
高系统角跟随性控制响应速度,达到提高系统转向跟随性的目的
提出了主动回正控制的概念。建立了系统回正时的状态空间模型,制定了基于
全状态反馈的控制算法通过对提出的控制算法进行仿真验证,结果表明本文的算法可提
高转向盘的回正性和稳定性。
基于容错控制技术提出了针对传感器故障的、墓于能观或能检意义上的功能冗余容
错的概念并进行了证明。给出了能观意义下传感器重要度的概念和计算公式。该方法能有效地
帮助我们确定系统传感器配置的数鱼,井且该方法对一般系统传感器数量的确定具有普遍
性意义。
针对实际系统中存在的不确定性,作者提出了采用基于鲁棒容错控制技术制定
系统控制策略和控制器的设计方法。分别针对传感器故障的基于状态反馈鲁棒容错控制、
基于侧“型方程的鲁棒容错控制、基于状态观测器鲁棒容错控制,应用即稳定性理
论和刀方程,研究了印在参数摄动的线性不确定性条件下对传感器失效时具有完整
性鲁棒容错控制的规律,得出了系统完整性鲁棒容错控制的充分条件,提出了的完整性鲁
棒容错控制设计方法和步骤。通过数值仿真分析,研究了系统容错控制器对于给定参数、
在传感器故障条件下的容错控制的实现问题
将余度容错技术应用于系统控制器的设计中,以两台为主机和备份机,
组成非表决式的双机冗余系统。侮台作为另一的热备份,双机在任务级上同步运行。
着重讨论了控制器双机容错系统实现的比较、状态诊断、切换、同步等容错关键技术。
关键词电动转向系统,状态反馈,观测器,转向跟随性,主动回正控制,容错控制,双机
冗余。
四川大学博士论文
」压垃“台初曲川
外扭脚刊妇介恤朋血
山月妙也已朋幼。目口七时访九把恤罗翻面印把沈沁
“伪曰陷出叩讹】衍留号雍田时田记
企】」。】屁口, 。明口让沁】罗化,,叮比
五’‘,二叮翻场侧幼的阅绍翻阅切,
山贻啊”,洲灯】,胭‘山加幻】, 代污翻盯幼】丘比理沈卯
伪恤幼勺供已,朗触肛因
化恤。引由侧欢声也阮山即甲口司即’
加曲℃冷,伪, 伪,℃氏
即曲协加相劝“刀】拌而而胡吸朋助
咖阴幻,一七拍幽妈加沈沈那
,
七】勺如
句怕”仅叮吐