电动助力转向模拟器虚拟原型

电动助力转向模拟器虚拟原型

一般的电动助力转向系统（EPS）控制规则没有系统的反馈设计方法，助力特性曲线也仅是根据轻便性和减振等客观因素来确定，忽略了人为因素。为评价EPS的有效性，搭建一款新型驾驶模拟器。

EPS中需要相关的输入输出变量，包括表征车辆运动状态的转向盘转角和角速度以及一些未知输入，如驾驶员操纵力矩及齿条负荷力矩等。综合考虑成本、机械结构约束等条件，不用传感器对这些变量进行采集，设计了虚拟传感器（即观测器）检测估算变量值。驾驶模拟器中，虚拟传感器从车辆前悬模型中获得齿条位移、EPS控制模块中的电机电流；通过计算获得参考负荷转矩，该值即为负荷电机控制模块需要给出的反馈力矩值，负荷电机以此为依据模拟路面条件，给驾驶员一定的路感反馈。

虚拟传感器的设计方法采用滑模变结构，滑模变结构控制是一种不连续的控制，是一种使系统的“结构”可以随时间变化的开关特性，通过设计切换函数S（x），使得控制系统在两种不同控制函数U＋（x）和U－（x）之间切换。该控制特性可以迫使系统在一定特性下沿规定的状态轨迹作小幅度、高频率的上下运动，即所谓的“滑动模态”。所以，一旦切换函数S（x）和滑动模态控制函数U±（x）都得到，就可以建立起滑动观测器。

对以上研究进行仿真验证，仿真条件选择泊车工况和转向工况，负载电机的力矩控制采用PI闭环算法。对于无噪声的被测信号，系统响应很快收敛到估计值，吻合程度很高；为验证虚拟传感器的鲁棒性，在输入参数中加入20%的随机数列，并在输出参数中加入白噪声，在未过滤情况下，观测器的所有变量值都呈现渐进收敛，未知输入的估计值也较为准确。

刊名：IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems（英）

刊期：2013年第14期

作者：Lamri Nehaoua et al

编译：张为荣