電動助力轉向模擬器虛擬原型

電動助力轉向模擬器虛擬原型

一般的電動助力轉向系統（EPS）控制規則沒有系統的反饋設計方法，助力特性曲線也僅是根據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中需要相關的輸入輸出變量，包括表征車輛運動狀態的轉向盤轉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荷力矩等。綜合考慮成本、機械結構約束等條件，不用傳感器對這些變量進行采集，設計了虛擬傳感器（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控制模塊中的電機電流；通過計算獲得參考負荷轉矩，該值即為負荷電機控制模塊需要給出的反饋力矩值，負荷電機以此為依據模擬路面條件，給駕駛員一定的路感反饋。

虛擬傳感器的設計方法采用滑模變結構，滑模變結構控制是一種不連續的控制，是一種使系統的“結構”可以隨時間變化的開關特性，通過設計切換函數S（x），使得控制系統在兩種不同控制函數U＋（x）和U－（x）之間切換。該控制特性可以迫使系統在一定特性下沿規定的狀態軌跡作小幅度、高頻率的上下運動，即所謂的“滑動模態”。所以，一旦切換函數S（x）和滑動模態控制函數U±（x）都得到，就可以建立起滑動觀測器。

對以上研究進行仿真驗證，仿真條件選擇泊車工況和轉向工況，負載電機的力矩控制采用PI閉環算法。對于無噪聲的被測信號，系統響應很快收斂到估計值，吻合程度很高；為驗證虛擬傳感器的魯棒性，在輸入參數中加入20%的隨機數列，并在輸出參數中加入白噪聲，在未過濾情況下，觀測器的所有變量值都呈現漸進收斂，未知輸入的估計值也較為準確。

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