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线控转向系统的路感控制策略研究

作　者: 吴瑾
导　师: 田杰
学　校: 南京林业大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 线控转向系统 路感 路感模拟控制 方向盘回正控制 线控转向系统试验平台
分类号: U463.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


线控转向系统(Steering-By-wire System,简称SBW)是继电动助力转向系统后出现的一种新型转向系统,取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接,不仅提高了汽车的安全性、操纵稳定性以及节能环保性,而且使得系统的设计更加自由、灵活。线控转向系统是汽车转向系统发展的必然趋势,同时也成为当今汽车领域研究的热点之一本文介绍了几种常见的控制器,并重点对分数阶PIλDμ控制器进行了阐述。针对线控转向系统路感的控制目标,提出了分层控制策略,将线控转向系统的路感控制分为上、下两层。上层控制策略针对线控转向系统的路感再现问题进行路感方案研究,本文设计了两种路感方案。机械路感方案以回正力矩动力学模型为基础,将回正力矩直接反馈给驾驶员以模拟实时路感。仿真结果表明,该方案得到的路感与机械式转向系统的路感基本相符,但仍很“机械”不能满足驾驶员的理想路感需求。理想路感方案充分发挥线控转向系统的优势,从操纵力和方向盘转角两方面对路感进行设计。其仿真结果表明,该方案能实现路感低速时轻便灵敏,高速时清晰稳定,从根本上解决了传统转向系统“轻”和“灵”的矛盾。理想路感方案还能根据不同的驾驶员需求,实现路感的个性化设计。下层控制策略控制路感电机使其按照主控制器的指令进行动作,以实现电机的路感模拟功能和方向盘回正功能。本文建立了方向盘模块动力学模型,设计了PID控制器、模糊PID控制器和分数阶PIλDμ控制器。仿真结果表明,三种控制均能实现电机的路感模拟功能,但是采用分数阶PIDμ控制器的系统响应更快,超调量更小,输出更加平稳,并且系统在工作频域范围具有良好的鲁棒性。因此,本文在方向盘回正控制中也采用了分数阶PIλDμ控制,该控制器能实现电机的方向盘回正控制,而且具有良好的鲁棒性。本文搭建了基于dSPACE的线控转向系统试验平台,并利用此试验平台进行了路感模拟试验和方向盘回正试验,试验结果与仿真结果基本相符。

全文目录


致谢  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 课题研究的目的和意义  8-9
  1.2 线控转向系统的组成及性能特点  9-11
    1.2.1 线控转向系统的组成  9-10
    1.2.2 线控转向系统的性能特点  10-11
  1.3 线控转向系统的发展历程及路感研究现状  11-13
    1.3.1 国外研究现状  11-12
    1.3.2 国内研究现状  12-13
  1.4 课题研究的主要内容  13-15
第二章 线控转向系统的控制方法研究  15-22
  2.1 几种常用的控制方法  15-16
    2.1.1 PID控制  15
    2.1.2 模糊控制  15-16
    2.1.3 模糊PID控制  16
  2.2 分数阶PI~λD~μ控制  16-21
    2.2.1 分数阶微积分理论  17-18
    2.2.2 分数阶PI~λD~μ控制器  18-19
    2.2.3 分数阶PI~λD~μ"控制器的参数整定  19-20
    2.2.4 分数阶PI~λD~μ控制器的数字实现  20-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章 线控转向系统路感的控制研究  22-37
  3.1 线控转向系统路感的控制要求  22-23
    3.1.1 线控转向系统路感分层控制策略的提出  22-23
    3.1.2 线控转向系统路感的控制目标  23
  3.2 线控转向系统路感的上层控制策略研究  23-35
    3.2.1 机械路感方案  24-27
    3.2.2 理想路感方案  27-35
  3.3 本章小结  35-37
第四章 线控转向系统路感的下层控制策略研究  37-50
  4.1 方向盘模块动力学模型  37-39
  4.2 路感模拟控制  39-47
    4.2.1 路感模拟控制器的设计  39
    4.2.2 仿真验证  39-47
  4.3 方向盘回正控制  47-49
    4.3.1 方向盘回正控制器的设计  47
    4.3.2 仿真验证  47-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章 基于dSPACE的线控转向系统试验平台开发  50-60
  5.1 dSPACE实时仿真系统  50-51
    5.1.1 dSPACE实时仿真系统的特点  50-51
    5.1.2 基于dSPACE的控制系统开发步骤  51
  5.2 线控转向系统试验平台的组成  51-54
    5.2.1 线控转向系统试验台架  52-53
    5.2.2 dSPACE实时控制系统平台  53-54
  5.3 线控转向系统试验平台  54-58
  5.4 试验验证  58-59
    5.4.1 路感模拟验证  58-59
    5.4.2 方向盘回正验证  59
  5.5 本章小结  59-60
第六章 总结与展望  60-62
  6.1 全文总结  60
  6.2 研究工作展望  60-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表的论文  65-66
详细摘要  66-67
ABSTRACT  67-68

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车结构部件 > 转向系统
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