基于功能安全的汽车EPS系统安全冗余研究

电动助力转向(electric power steering,EPS)系统是车辆常用的转向执行器,其失效将严重影响驾乘人员的安全。为提高EPS系统的安全性与可靠性,基于功能安全标准建立EPS系统安全冗余机制:基于ISO26262对EPS系统进行研究,通过相关项定义、危害分析与风险评估(HARA),得到系统的功能安全目标与需求,并对其进行分配;设计EPS系统架构、容错机制,以提高系统的安全性;最后,对所设计的安全冗余机制进行台架试验。结果表明,在单侧桥驱芯片故障、单侧电机位置传感器故障、双侧电机位置传感器故障等故障注入的情况下,系统能够实现预期响应,满足功能安全目标,验证了所设计安全冗余机制的有效性。

Tracking Performance of Electric Power Steering System Based on the Mixed H_2/H_∞ Strategy

The tracking performance of motor current is an important factor that affects the assistance torque of electric power steering （EPS） system. Bad tracking performance will cause assistant torque delay, and make road feeling bad, and is influenced by the input steering torque and system measuring noise. However the existing methods have some shortages on system＇s robust dynamic performance and robust stability. The mixed H2/H∞ strategy for recirculating ball-type EPS system in a pure electric bus is proposed, and vehicle dynamic model of the system is established. Due to the existence of system model uncertainty, disturbance signals, sensor noises and the demand of system dynamic performance, the indexes of robust performance and road feeling for drivers are defined as the appraisal control objectives. The H∞ method is introduced to design the H∞ controller, and the H2 method is applied to optimize the H∞ controller, thus the mixed H2/H∞ controller is designed. The response of EPS system to the motor current command with amplitude of 20 A, the road disturbance with amplitude of 500 N and the sensor random noise with the amplitude of 1 A is simulated. The simulation results show that the recirculating ball-type EPS system with the mixed H2/H∞ controller can attenuate the random noises and disturbances and track the boost curve well, so the mixed H2/H∞ controller can improve the system＇s robust performance and dynamic performance. For the purpose of verifying the performance of the designed control strategy, the motor current tracking performance ground tests are conducted with step response input of the steering wheel, double-lane steering test and lemniscate steering test, respectively. The tests show that the mixed H2/H∞ controller for the recirculating ball-type EPS system of pure electric bus is feasible. The designed controller can solve the robust performance and robust stability of the system, thus improve the tracking performance of the EPS system and provide satisfied road feeling for the drivers.

Controller Design for Electric Power Steering System Using T-S Fuzzy Model Approach

Pressure ripples in electric power steering （EPS） systems can be caused by the phase lag between the driver s steering torque and steer angle, the nonlinear frictions, and the disturbances from road and sensor noise especially during high-frequency maneuvers. This paper investigates the use of the robust fuzzy control method for actively reducing pressure ripples for EPS systems. Remarkable progress on steering maneuverability is achieved. The EPS dynamics is described with an eight-order nonlinear state-space model and approximated by a Takagi-Sugeno （T-S） fuzzy model with time-varying delays and external disturbances. A stabilization approach is then presented for nonlinear time-delay systems through fuzzy state feedback controller in parallel distributed compensation （PDC） structure. The closed-loop stability conditions of EPS system with the fuzzy controller are parameterized in terms of the linear matrix inequality （LMI） problem. Simulations and experiments using the proposed robust fuzzy controller and traditional PID controller have been carried out for EPS systems. Both the simulation and experiment results show that the proposed fuzzy controller can reduce the torque ripples and allow us to have a good steering feeling and stable driving.

Model development and parameter investigation of a column-type electric power steering system

In this paper, the performance of a column-type electric power steering （EPS） system and vehicle has been studied and a detailed mathematical model for the system has been established. Based on the mathematic model of the optimization design for steering feel, the parameters of the EPS system and vehicle on steering performance have been investigated. Moreover, the effects of the parameters on system stability have been analyzed and compared by the method of absolute sensitivity and the results are given in the end.

含特殊转向工况的汽车EPS电动机控制策略

电动助力转向(EPS)电动机的控制是EPS系统设计的关键之一。建立了汽车三自由度转向模型和EPS系统动力学模型,设计了EPS助力特性和包含回正过程补偿、紧急避让过程补偿、满载大角度转弯补偿等特殊转向工况的电动机控制策略,利用Matlab/Simulink进行了仿真,与不包含特殊工况补偿的情况进行了性能比较及分析。仿真结果表明,含特殊转向工况的汽车EPS电动机控制策略具有更好的操纵性能和安全性能。这对指导EPS电动机控制策略的开发、功能的增强和优化以及转向操纵安全的提高都具有重要的工程应用意义。

基于遗传算法的EPS系统参数优化

根据纯电动大客车电动助力转向(EPS)系统工作的具体要求,开发了适合纯电动大客车EPS系统使用的循环球式电动助力转向器,建立了纯电动大客车循环球式EPS系统动力学模型及整车二自由度转向模型。在此基础上提出了系统转向路感、转向灵敏度以及转向操稳性的概念,并根据多元函数有约束优化问题的特点应用遗传算法对系统参数进行了优化设计。仿真结果表明:基于遗传算法优化的系统参数提高了系统的转向路感和转向操稳性。

自适应模糊神经网络在EPS中的应用

文章介绍了汽车电动助力转向系统(EPS)的组成及工作原理;为解决汽车EPS系统非线性问题,将模糊逻辑与神经网络相结合,采用了基于T-S(Takagi-Sugeno)模型的自适应神经网络模糊推理系统(ANFIS)控制策略;仿真试验验证了系统模型和控制理论的有效性和正确性。

采用单电阻电流采样的EPS无刷直流电机的控制

简单分析了电动助力转向(EPS)系统的结构与工作原理,介绍了EPS系统无刷直流电机(brushless DC motor,BLDC motor)的电路构成和控制方法。设计开发了采用单片机进行控制,车载蓄电池供电,用MOSFET构成的三相逆变器驱动的EPS控制系统的电控单元(ECU)。详细介绍了硬件电路和软件的设计,最终通过EPS台架实验,验证了所采用的PWM控制策略对EPS系统助力转向过程的有效控制。该系统实现简单,具有较强的实用性和经济性。

旋转变压器位置检测在EPS中的应用

对角度传感器——旋转变压器的原理以及其数字化检测做了详细的介绍,系统地阐述了旋转变压器角位置检测的几种常用的方法,并从中选出一种方法应用到电动助力转向系统当中。简述了旋转变压器数字变换器(RDC)集成电路AD2S83及它们在电动助力转向系统中的应用,达到了该系统对角度测量±1.2°的精度要求。

基于免疫模糊PID的EPS控制仿真研究

研究提高汽车电动助力转向系统(EPS)的助力转向性能和轻便性的优化控制问题。传统PID控制参数优化前,需专家知识经验,且响应能力和跟随性能较差,影响EPS控制性能。为了提高EPS助力转向性能和轻便性,提出了采用免疫反馈控制和模糊控制相结合的免疫模糊PID控制EPS转向柱转角的策略。首先,在EPS数学模型的基础上,建立输入为转向盘转角、输出为转向柱转角的EPS系统助力特性模型,并设计了免疫模糊PID控制器。其次,根据稳定性试验的相关标准,选取不同的转向工况,在Matlab中进行EPS控制仿真,并与常规PID控制的EPS进行比较,通过加入干扰验证改进算法的鲁棒性。结果表明改进算法能有效地提高EPS系统的快速响应能力和跟随性能,改善转向系统的助力转向性能。

主动转向干预时EPS助力修正控制策略与评价

针对主动转向干预时转向盘力矩发生突变的问题,提出了助力电机前馈助力修正策略。为验证所提出的两种助力修正方案的控制效果,进行了主动转向干预时转向盘力矩阶跃仿真试验。借鉴阶跃响应瞬态特性的评价方法,提出了主动转向干预时助力修正方案的评价指标。两种助力修正控制方案的仿真和评价分析结果表明,与基于二自由度整车模型修正方案相比,基于扭矩传感器输出修正方案的助力修正控制能更好地满足转向路感的要求。

基于LPV/H_∞控制的EPS系统及其硬件在环研究

建立了电动助力转向(EPS)系统和二自由度车辆的线性变参数(LPV)模型,设计了LPV/H∞鲁棒控制器,重点考虑了EPS系统本身参数摄动对其性能的影响;基于MATLAB对所采用的控制方法进行了仿真。仿真结果表明,LPV/H∞控制方法比一般的H∞方法具有更好的鲁棒性,可使转向系统的助力性能和路感得到提高,车辆的转向操纵稳定性也得到明显改善;基于LabVIEW PXI系统建立了EPS系统硬件在环试验台,在硬件在环试验台上,采用共轭梯度法实现了LPV/H∞控制方法的硬件在环试验,试验结果同样证明了所采用的控制算法的有效性。

基于模糊控制的EPS车辆操稳性仿真与台架试验

电动助力转向系统(EPS)直接影响到汽车的操纵稳定性。建立了汽车二自由度动力学模型和EPS模型,包括转向盘和转向柱输入轴子模型、电动机模型、输出轴子模型和齿条子模型,设计了EPS模糊控制系统结构及其控制策略。模糊控制器依据汽车行驶速度、转向盘操纵转矩与理想操纵转矩之差及其变化率得到助力转矩。进行了转向盘转角角阶越输入仿真计算和EPS台架试验验证,经过模糊控制的EPS车辆最大操纵转矩下降了42.74%,提高了车辆转弯时的操纵轻便性,结果证明了模型的正确性和控制策略的有效性。

汽车EPS系统原理及整车应用要点

EPS是当前世界最发达的转向助力系统,文章对汽车EPS市场发展及开发现状进行了阐述,通过介绍C-EPS系统的特点和工作原理,重点介绍ESP的关键技术,为设计人员提供设计依据,以便其更快更好地完成工作。

基于粒子群优化算法的汽车EPS系统参数优化设计

电动助力转向系统(EPS)与汽车性能的协调是其装车时考虑的首要因素之一。应用多体动力学软件ADAMS建立电动助力转向及汽车动力学模型,提出兼顾转向轻便性和汽车侧向行驶稳定性的目标函数。基于粒子群优化算法(PSO)对EPS系统参数进行优化,得到最优解。最后,进行仿真分析和实车试验。结果表明,EPS参数全局优化后,转向盘操纵力矩峰值降低32.2%,侧向加速度峰值降低29.1%,最大超调量降低41.5%,汽车转向轻便性和侧向行驶稳定性均得到明显改善。

基于多刚体动力学和规则协调的汽车EPS与ASS建模与控制

应用多刚体系统动力学理论,建立了装备电动助力转向和主动悬架系统的整车多刚体动力学模型。并根据转向和悬架两个系统之间的运动耦合关系,分别设计了EPS和ASS各子控制器,以及基于规则的中央控制器,对子系统监督和协调。在MATLAB下对整车的平顺性和操纵稳定性进行了仿真,结果表明多刚体模型运用在汽车底盘集成控制研究中是方便可行的;采用的控制策略有效改善了车辆的平顺性和操纵稳定性。

基于H_∞混合灵敏度控制的EPS操纵稳定性研究

针对电动助力转向系统存在的传感器噪声、路面干扰、参数摄动等不确定性,以及转向系统的多控制目标要求,设计了一种基于H_∞混合灵敏度控制方法的EPS系统电流控制器.建立了能够体现装配EPS系统汽车助力特性和整车操纵稳定性能的综合模型,从而使评价EPS汽车综合操纵性能的指标更加全面和符合实际.仿真与分析结果表明,所设计的控制器不仅能够保证满意的路感、良好的操纵稳定性能,而且可以有效抑制传感器噪声和路面干扰的影响,从而提高了系统的性能鲁棒性和稳定鲁棒性.

基于改进模糊PID控制的EPS系统建模仿真

电动助力转向(EPS)是一种新型的汽车动力转向技术。为了提高系统的响应速度、控制精度、实时性等,分析了EPS系统的工作原理,结合EPS的结构和动力学特性,建立了EPS的数学模型。在模糊PID控制基础上,提出了一种将单纯性法与模糊PID控制相结合的改进模糊PID控制方法,并在MATLAB平台上建立了EPS系统仿真模型。仿真结果表明,方法明显改善了系统的瞬态响应和随从特性,具有良好的转向灵活性和操纵稳定性。

基于LabviewPXI的EPS硬件在环试验平台开发

文章以非线性轮胎模型和7自由度整车动力学模型为基础,在Labview平台建立转向阻力矩动力学模型,转角信号作为输入,使用LabVIEW RT(实时)模块,将这些模型程序下载到实时目标硬件PXI上运行,结合硬件接口电路控制电液比例控制器,继而驱动液压加载装置来模拟转向阻力矩。试验结果表明,设计的硬件在环试验台可用于EPS基本特性的测试、试验和EPS控制器的开发、参数调整。

基于小波分析的汽车EPS扭矩传感器故障检测

针对扭矩传感器正常工作信号、发生故障时信号和噪声信号在小波变换下的不同传播形式,利用小波变换的多分辨率分析特性,提出一种EPS扭矩传感器信号消噪和故障检测的方法,建立各种信号的模型,并进行仿真分析。结果表明,该方法能有效抑制噪声信号并检测出故障发生的时刻和故障信息,对汽车EPS系统的安全运行及故障诊断具有重要的工程应用意义。