[發明專利]具有魯棒穩定性能的電動助力轉向系統

有效

• 申請號: 200710045459.3
• 申請日: 2007-08-31
• 公開（公告）號: CN101377657A
• 公開（公告）日: 2009-03-04
• 發明（設計）人: 陳慧;劉慶;鄭鴻云
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G05B11/36
• 分類號: G05B11/36;G05B13/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于汽車技術領域，涉及電動助力轉向系統，尤其是一種具有魯棒 穩定性能的電動助力轉向系統(Electric?Power?Steering?System，簡稱EPS)。

背景技術

電動助力轉向系統是由傳統的機械轉向系統(主要包括轉向盤，轉向軸， 轉向器，轉向拉桿機構，轉向輪)加裝扭矩傳感器，電子控制單元，轉向助力 電機及其減速機構組成。其中，扭矩傳感器安裝于轉向軸上以檢測駕駛員操縱 力矩；電子控制單元根據當前的車輛行駛狀況以及操縱力矩大小計算出需要給 助力電機提供的驅動電流值；助力電機可安裝在轉向軸或轉向器上，通過減速 機構給駕駛員提供助力力矩。一般來講，電子控制單元的主要控制功能模塊包 括基本助力模塊(包含有相位補償控制器，轉向助力特性曲線)，電機電流控制 模塊和故障診斷模塊。

使用傳統的相位補償控制器，需通過反復調試才能達到系統穩定的目的。 但是該過程十分繁瑣，需要設計人員具有相當的調試經驗，而且魯棒性不好， 對于不同的轉向助力特性曲線，或者對于不同的轉向系統，需要重新調試，十 分耗時。

發明內容

本發明的目的是為了改善電動助力轉向系統的穩定性，提供一種具有魯棒 穩定性能的電動助力轉向系統，該系統可以有效地確保電動助力轉向系統在不 同轉向助力特性曲線下的穩定性。

為達到以上目的，本發明的技術方案是：

該發明利用H∞魯棒控制理論來設計控制系統，由傳統的相位補償控制器 改為魯棒控制器，該魯棒控制器的確定方法是：根據電動助力轉向系統的動力 學模型，選取適當的加權函數，然后利用基于Riccati方程的設計方法計算出 魯棒控制器，將設計出的魯棒控制器進行降階和定點化處理，將得到的控制器 算法加入到基本助力模塊。

具體的，一種具有魯棒穩定性能的電動助力轉向系統。該系統是由傳統的 機械轉向系統(主要包括轉向盤，轉向軸，轉向器，轉向拉桿機構，轉向輪) 加裝扭矩傳感器，電子控制單元，轉向助力電機及其減速機構組成。其中，扭 矩傳感器安裝于轉向軸上以檢測駕駛員操縱力矩；電子控制單元根據當前的車 輛行駛狀況以及操縱力矩大小計算出需要給助力電機提供的驅動電流值；助力 電機可安裝在轉向軸或轉向器上，通過減速機構給駕駛員提供助力力矩。一般 來講，電子控制單元的主要控制功能模塊包括基本助力模塊(包含有相位補償 控制器，轉向助力特性曲線)，電機電流控制模塊和故障診斷模塊。該發明的特 點是對基本助力模塊進行改進，利用H∞魯棒控制理論來設計控制系統，由傳 統的相位補償控制器改為魯棒控制器，使電動助力轉向系統具有魯棒穩定性。 在根據系統設計魯棒控制器的同時，利用慢速—快速模態降階法對所求得的魯 棒控制器做了降階處理；車用控制器對程序的實時性和快速性有很高的要求， 為了有效的提高程序的運算速度，減小程序的占用空間，本專利對降階的魯棒 控制器做了定點化處理。

進一步，在利用H∞魯棒控制理論來設計控制系統時，靈敏度函數加權因 子選擇為低通濾波函數，減小傳感器噪聲對控制系統的影響；補靈敏度加權函 數選取為高通濾波函數，以減小模型高頻不確定性對系統的影響，增強系統的 魯棒穩定性。

所述的魯棒控制器傳遞函數，低頻段相位為0度，最大相位超前角不小于 65度，相位超前角大于45度的頻率范圍不小于90Hz，高頻段相位為-90度；低 頻段增益為0dB，中頻段增益小于0dB，最大增益不超過15dB，高頻段增益為下 降趨勢。

所述的具有魯棒穩定性能的電動助力轉向系統，當助力增益在0-40之間變 化時，操縱力矩抖動幅度小于0.3Nm，系統始終保持穩定。

所述的具有魯棒穩定性能的電動助力轉向系統，在原地轉向工況下，最大 操縱力矩可設定在2Nm—5Nm間的任意值，系統始終保持穩定。

由于采用了以上技術方案，本發明的有益效果是：在不需要改動現有的電 動助力轉向系統的硬件的前提下，通過控制算法的改變，大大提高了電動助力 轉向系統的魯棒穩定性。

附圖說明

圖1是本發明的具有魯棒穩定性能的電動助力轉向系統原理圖。

圖2是本發明的具有魯棒穩定性能的電動助力轉向系統的H∞魯棒控制設計 標準結構框架示意圖。

圖3是本發明的具有魯棒穩定性能的電動助力轉向系統模型示意圖。

圖4是本發明的具有魯棒穩定性能的電動助力轉向系統的閉環控制框圖。