基于路面附着系数估计的客车EPS系统控制策略研究

作     者：黄腾 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘晶郁

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：EPS系统 路面附着系数 助力特性曲线 主动回正 

摘      要：电动助力转向系统(EPS)具备良好的转向操控性能,已逐渐替代传统的液压助力转向系统,成为现代汽车转向系统的主流技术。现有EPS控制策略一般只考虑方向盘转矩和车速,忽略了路面附着系数影响。为改善控制策略在低附着系数路面上的实现效果,本文基于神经网络对路面附着系数进行估计,并通过探索路面附着系数对转向阻力矩影响,开展了对客车EPS控制策略的研究。结合整车三自由度模型与轮胎模型进行力学分析,推导出和路面附着系数相关的影响因素。通过Trucksim仿真试验和驾驶模拟器真实驾驶员在环试验采集路面附着系数相关影响因素的数据,并采用限幅滤波和递推加权平均滤波相结合的方法对原始数据进行滤波处理。根据极限梯度提升算法对路面附着系数影响因素的重要程度排序确定了本文神经网络输入量为:纵向加速度、侧向加速度、纵向车速、横摆角速度和车轮角速度,采用K折交叉验证和Dropout正则化方法对模型训练进行优化,模型训练损失值为0.0404。以非样本工况对路面附着系数估计模型进行仿真验证,其误差均方根值均小于0.05,证明模型具有较好的预测性能和泛化能力。在路面附着系数估计模型的基础上,设计了客车EPS控制策略,包括转向模式判断,转向助力控制策略以及主动回正控制策略。在转向助力控制策略中,通过分析路面附着系数对转向阻力矩的影响,设计了考虑不同车速、不同路面附着系数以及驾驶员偏好力矩的助力特性曲线,以改善低附着路面上的路感质量。针对低附着系数路面上回正时间和回正超调量增加等问题,设计了基于路面附着系数的自适应PD回正控制策略。为保证助力电机电流闭环控制器的控制效果,设计基于BPNNPI的电机电流矢量控制算法。仿真结果表明EPS控制策略在低附着路面上可以达到预期效果。为验证本文控制策略的有效性,基于dSPACE完成驾驶模拟器硬件在环测试平台搭建,包括Trucksim模型配置、CAN通信模型建立、DBC文件设计以及上下层控制器软件设计等工作,并对客车EPS控制策略进行HIL试验。在低附着路面试验中,控制策略提供转矩梯度更大,转向轻便性和主动回正评价分数分别为100分和98.85分,测试结果表明本文控制策略能使驾驶员体验到转向轻便和清晰路感,且有着较好的回正性能,满足客车EPS系统基本使用要求。