電動助力轉(zhuǎn)向模擬器虛擬原型

一般的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）控制規(guī)則沒有系統(tǒng)的反饋設(shè)計(jì)方法，助力特性曲線也僅是根據(jù)輕便性和減振等客觀因素來確定，忽略了人為因素。為評價EPS的有效性，搭建一款新型駕駛模擬器。

EPS中需要相關(guān)的輸入輸出變量，包括表征車輛運(yùn)動狀態(tài)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和角速度以及一些未知輸入，如駕駛員操縱力矩及齒條負(fù)荷力矩等。綜合考慮成本、機(jī)械結(jié)構(gòu)約束等條件，不用傳感器對這些變量進(jìn)行采集，設(shè)計(jì)了虛擬傳感器（即觀測器）檢測估算變量值。駕駛模擬器中，虛擬傳感器從車輛前懸模型中獲得齒條位移、EPS控制模塊中的電機(jī)電流；通過計(jì)算獲得參考負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，該值即為負(fù)荷電機(jī)控制模塊需要給出的反饋力矩值，負(fù)荷電機(jī)以此為依據(jù)模擬路面條件，給駕駛員一定的路感反饋。

虛擬傳感器的設(shè)計(jì)方法采用滑模變結(jié)構(gòu)，滑模變結(jié)構(gòu)控制是一種不連續(xù)的控制，是一種使系統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)”可以隨時間變化的開關(guān)特性，通過設(shè)計(jì)切換函數(shù)S（x），使得控制系統(tǒng)在兩種不同控制函數(shù)U＋（x）和U－（x）之間切換。該控制特性可以迫使系統(tǒng)在一定特性下沿規(guī)定的狀態(tài)軌跡作小幅度、高頻率的上下運(yùn)動，即所謂的“滑動模態(tài)”。所以，一旦切換函數(shù)S（x）和滑動模態(tài)控制函數(shù)U±（x）都得到，就可以建立起滑動觀測器。

對以上研究進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真條件選擇泊車工況和轉(zhuǎn)向工況，負(fù)載電機(jī)的力矩控制采用PI閉環(huán)算法。對于無噪聲的被測信號，系統(tǒng)響應(yīng)很快收斂到估計(jì)值，吻合程度很高；為驗(yàn)證虛擬傳感器的魯棒性，在輸入?yún)?shù)中加入20%的隨機(jī)數(shù)列，并在輸出參數(shù)中加入白噪聲，在未過濾情況下，觀測器的所有變量值都呈現(xiàn)漸進(jìn)收斂，未知輸入的估計(jì)值也較為準(zhǔn)確。

刊名：IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems（英）

刊期：2013年第14期

作者：Lamri Nehaoua et al

編譯：張為榮