永磁转差离合器式ECHPS自适应非奇异快速终端滑模控制研究

作     者：龚晓庆 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：江浩斌

授予年度：2017年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：转向系统 永磁转差离合器 调速控制 目标转速 非奇异快速终端滑模 实车试验 

摘      要：当前中重型商用车普遍采用液压助力转向系统(HPS),HPS虽能保证车辆在低速转向时较轻便省力,但在高速转向时HPS普遍存在“路感不足问题,同时HPS也存在较大的溢流损耗、不利于整车节能等问题。为此,本文研究了一种将永磁转差离合器(PMSC)与HPS相结合的新型电控液压助力转向系统(ECHPS)——永磁转差离合器式ECHPS(简称为P-ECHPS)。通过控制外接于PMSC外转子调速电路中IGBT占空比,即可调整PMSC内转子转速,从而改变转向泵转速,使P-ECHPS根据车辆行驶工况的变化而提供可变的助力,既保证低速转向的轻便性,增强高速行驶时驾驶员“路感,还可降低转向系统的能耗。针对P-ECHPS的动力学特点,本文提出了自适应非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制策略,开展了PMSC调速控制仿真、快速原型试验及实车试验研究,为进一步开展P-ECHPS系统开发和应用提供理论和技术支持。主要内容如下:介绍了P-ECHPS的构成和原理,研究了P-ECHPS核心部件PMSC,确定了PMSC调速方案并建立了PMSC调速数学模型,通过台架试验,获得了调速数学模型中关键特性参数——感应电势系数的数值。分析了P-ECHPS中的液压系统组成,建立了液压系统各部分数学模型。根据P-ECHPS理想助力特性要求,通过仿真得到P-ECHPS所需的助力特性曲线,结合所建立的液压系统模型,得到了不同工况下的PMSC内转子目标转速。考虑P-ECHPS整个系统的快速响应要求,以及变量多且非线性强的特点,同时在P-ECHPS工作过程中无可避免存在多种不确定因素,提出自适应NFTSM控制策略,精确控制PMSC内转子转速,从而对P-ECHPS整个系统实现良好的助力控制。通过仿真分析,将自适应NFTSM与PID、普通滑模(SMC)、快速终端滑模(NTSM)的控制效果进行对比,结果表明自适应NFTSM算法具有相对最快的收敛速度、较强的鲁棒性以及良好的控制性能。通过P-ECHPS助力特性仿真,表明自适应NFTSM控制策略实现了P-ECHPS的可变助力特性。构建了基于dSPACE的PMSC快速控制原型试验台,进行了有干扰和无干扰情况下的PID和自适应NFTSM控制效果的对比试验,试验结果表明,自适应NFTSM能使PMSC快速跟踪到目标转速,鲁棒性强,验证自适应NFTSM算法的有效性和离线仿真结果的正确性。最后将研制的P-ECHPS样机安装于XMQ6118型大客车,按照汽车操纵稳定性相关试验标准,进行了原地转向、双纽线、蛇形、转向盘中间位置和角阶跃试验,综合5项试验结果表明:采用P-ECHPS转向系统的大客车操纵稳定性明显优于传统HPS,高速时的“路感提高约35.9%。