P-ECHPS自適應(yīng)非奇異快速終端滑?？刂破髟O(shè)計

江浩斌　龔曉慶　耿國慶　陳　龍　唐　斌　王愛仙

(1.江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院， 鎮(zhèn)江 212013； 2.江蘇大學(xué)汽車工程研究院， 鎮(zhèn)江 212013；3.江蘇超力電器有限公司， 丹陽 212300)

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P-ECHPS自適應(yīng)非奇異快速終端滑模控制器設(shè)計

江浩斌1龔曉慶1耿國慶1陳龍2唐斌2王愛仙3

(1.江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院， 鎮(zhèn)江 212013； 2.江蘇大學(xué)汽車工程研究院， 鎮(zhèn)江 212013；3.江蘇超力電器有限公司， 丹陽 212300)

以永磁轉(zhuǎn)差離合器式電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(P-ECHPS)為研究對象，建立了其關(guān)鍵部件永磁轉(zhuǎn)差離合器(PMSC)調(diào)速模型及P-ECHPS各子系統(tǒng)模型。針對P-ECHPS系統(tǒng)在轉(zhuǎn)向過程中存在多種不確定性因素且要求響應(yīng)速度快的特點，采用非奇異快速終端滑模與自適應(yīng)控制相結(jié)合的方法，對PMSC進(jìn)行調(diào)速控制，進(jìn)而實現(xiàn)對P-ECHPS系統(tǒng)助力的控制。仿真分析結(jié)果表明，該方法能確保PMSC輸出轉(zhuǎn)速快速地跟蹤理想轉(zhuǎn)速，收斂速度比滑模控制和非奇異終端滑?？刂品謩e提高了近82.9%和66.7%，具有很強的魯棒性，較好地實現(xiàn)了可變助力特性。

永磁轉(zhuǎn)差離合器； 電控液壓助力轉(zhuǎn)向； 調(diào)速模型； 非奇異快速終端滑模； 可變助力特性

引言

重型車輛普遍采用的傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic power steering，HPS)，其助力特性不能隨速可變，且在汽車行駛過程中，不管汽車是否轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向泵始終處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，造成能源浪費。針對HPS上述缺點，本文提出一種永磁轉(zhuǎn)差離合器式電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Permanent magnet slip clutch-electronically controlled hydraulic power steering，P-ECHPS)，P-ECHPS系統(tǒng)控制的關(guān)鍵在于永磁轉(zhuǎn)差離合器(Permanent magnet slip clutch，PMSC)的調(diào)速控制。由于P-ECHPS系統(tǒng)中具有多變量、非線性特點，且存在著參數(shù)攝動和外界干擾等各種不確定因素，同時對系統(tǒng)響應(yīng)敏捷性要求高，常規(guī)的PID控制很難取得滿意的控制效果，因此針對P-ECHPS系統(tǒng)的特點和實際要求，研究其控制問題是非常有必要的。

滑模變結(jié)構(gòu)控制(Sliding mode control，SMC)是一種非線性控制，具有對參數(shù)變化及擾動不靈敏、魯棒性強、物理實現(xiàn)簡單等優(yōu)點[1]，且在電機(jī)控制中運用較多，因此適用于P-ECHPS系統(tǒng)控制。近年來，終端滑模(Terminal sliding mode，TSM)因在滑模中引入非線性項，提高了系統(tǒng)收斂速度，使系統(tǒng)狀態(tài)可在有限時間內(nèi)收斂到預(yù)定軌跡，而成為研究熱點[2]。但是TSM存在奇異性問題[3-5]，因此一些學(xué)者提出非奇異終端滑模(Nonsingular terminal sliding mode，NTSM)控制算法[6]，用于帶有參數(shù)不確定和外部擾動的二階非線性動態(tài)系統(tǒng)，克服了奇異性問題。NTSM只能保證在滑模面上有限時間收斂，在系統(tǒng)狀態(tài)遠(yuǎn)離平衡點時，其收斂速度較慢，動態(tài)特性變差，不能實現(xiàn)全局快速收斂[7-8]，因此近年來出現(xiàn)了非奇異快速終端滑模(Nonsingular fast terminal sliding mode，NFTSM)控制方法[9-12]。

為了進(jìn)一步提高P-ECHPS控制系統(tǒng)的性能，保證全局快速收斂，本文將自適應(yīng)控制與NFTSM相結(jié)合，提出自適應(yīng)NFTSM控制方法，通過仿真分析，驗證該控制方法的有效性。

1　P-ECHPS系統(tǒng)組成

圖1為P-ECHPS組成示意圖。它依托于傳統(tǒng)的HPS，并在發(fā)動機(jī)和轉(zhuǎn)向泵之間安裝調(diào)速傳動機(jī)構(gòu)PMSC，PMSC輸入與輸出端分別與發(fā)動機(jī)和轉(zhuǎn)向泵相聯(lián)接。車輛行駛過程中，電子控制單元(ECU)根據(jù)傳感器獲得的車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速信號，計算出PMSC外調(diào)速控制電路中占空比，從而控制PMSC內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，以此間接控制轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)向泵的輸出流量在高效區(qū)內(nèi)變化，實現(xiàn)可變助力特性，滿足轉(zhuǎn)向助力與路感的要求，同時又避免轉(zhuǎn)向泵輸出流量過大而產(chǎn)生溢流損耗，降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能耗。

圖1　P-ECHPS系統(tǒng)組成示意圖Fig.1　Composition diagram of P-ECHPS

2　P-ECHPS系統(tǒng)建模

2.1PMSC調(diào)速模型

PMSC的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括外轉(zhuǎn)子、內(nèi)轉(zhuǎn)子和外調(diào)速控制電路，其中外轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌三相繞組，內(nèi)轉(zhuǎn)子表面為永磁體。依靠內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)向泵一起旋轉(zhuǎn)。

圖2　PMSC結(jié)構(gòu)圖Fig.2　Structure diagram of PMSC1.發(fā)動機(jī)　2.主動軸　3.外轉(zhuǎn)子　4.三相繞組　5.內(nèi)轉(zhuǎn)子　6.從動軸　7.轉(zhuǎn)向泵　8.永磁體　9.外控制電路　10.滑環(huán)與電刷

圖3　基于IGBT的Boost調(diào)速電路Fig.3　Boost speed control circuit based on IGBT

當(dāng)車輛在不同工況轉(zhuǎn)向時，所需的助力是不同的，即轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速不同，而PMSC本體的機(jī)械特性不一定能使轉(zhuǎn)向泵達(dá)到每種工況下的期望轉(zhuǎn)速，所以需要采用外控制電路進(jìn)行調(diào)速。本文設(shè)計了如圖3所示的基于IGBT的Boost調(diào)速電路，通過調(diào)整IGBT占空比的大小，使繞組電流Id產(chǎn)生變化，從而改變PMSC內(nèi)轉(zhuǎn)子的輸出轉(zhuǎn)矩，繼而改變轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速，使其達(dá)到各工況下的期望轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)隨速可變的助力特性。

采用狀態(tài)空間平均法[13]和直流斬波調(diào)速原理，建立該調(diào)速電路的數(shù)學(xué)模型

(1)

式中Ud——感應(yīng)電動勢

Uc——電容端電壓

D——占空比Ld——電感

R——外轉(zhuǎn)子三相繞組電阻

k——感應(yīng)電動勢系數(shù)

C——電容Te——電磁轉(zhuǎn)矩

ω1、ω2——外、內(nèi)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度

Cm——轉(zhuǎn)矩系數(shù)TL——負(fù)載轉(zhuǎn)矩

F2——內(nèi)轉(zhuǎn)子阻尼系數(shù)

J2——內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量

PMSC調(diào)速模型參數(shù)為Ld=3×10-4H,R=0.50 Ω，k= 0.82，C=4 μF，F(xiàn)2=0.02 N·m·s/rad，J2=0.008 kg·m2,Cm=1.87。

2.2機(jī)械子系統(tǒng)模型

P-ECHPS中機(jī)械子系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向盤-轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向螺桿-轉(zhuǎn)向螺母、轉(zhuǎn)向螺母-搖臂軸齒扇、搖臂軸齒扇-搖臂軸模型組成[14]，各模型分別為

(2)

式中Js——轉(zhuǎn)向盤-轉(zhuǎn)向管柱等效轉(zhuǎn)動慣量

θd——轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角

Bc——粘性阻尼系數(shù)

Kc——扭桿剛度

θlg——轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)角

Td——駕駛員輸入轉(zhuǎn)矩

L——螺桿力中心距

Jlg——轉(zhuǎn)向螺桿等效轉(zhuǎn)動慣量

F——轉(zhuǎn)向螺桿軸向力

Blg——轉(zhuǎn)向螺桿-蝸輪粘性阻尼系數(shù)

Mlm——轉(zhuǎn)向螺母質(zhì)量

θcs——齒扇轉(zhuǎn)角

Blm——助力油缸阻尼系數(shù)

Xlm——轉(zhuǎn)向螺母位移

Fz——液壓系統(tǒng)提供的助力

Fcs——搖臂軸齒扇上作用力

Jcs——齒扇等效轉(zhuǎn)動慣量

Bcs——齒扇粘性阻尼系數(shù)

rcs——齒扇節(jié)圓半徑

Tp——轉(zhuǎn)向阻力矩

2.3液壓子系統(tǒng)模型

P-ECHPS中液壓子系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)閥、轉(zhuǎn)向泵和助力油缸組成。轉(zhuǎn)閥閥口通流面積影響液壓系統(tǒng)提供的助力大小，其計算公式為

A1=

(3)

式中W1——閥口預(yù)開隙寬度

W2——短切口寬度

L1——短切口軸向長度

L2——閥口軸向長度

r——閥芯半徑

Δθ——閥芯與閥套相對轉(zhuǎn)角

由液壓傳動的基本知識可知，轉(zhuǎn)向泵和助力油缸的數(shù)學(xué)模型可表示為

Q=npVp

(4)

(5)

式中Q——轉(zhuǎn)向泵輸出流量

np——轉(zhuǎn)向泵輸入轉(zhuǎn)速

Vp——轉(zhuǎn)向泵排量

QL——轉(zhuǎn)閥進(jìn)入液壓缸的流量

Ap——活塞有效面積

xp——活塞位移Ci——泄漏系數(shù)

Δp——助力油缸兩端壓差

2.4整車動力學(xué)模型

采用如圖4所示的三自由度整車動力學(xué)模型，包括側(cè)向、側(cè)傾和橫擺[15-16]，其數(shù)學(xué)模型為

圖4　三自由度整車動力學(xué)模型Fig.4　Vehicle dynamics model with 3-DOF

(6)

式中Ix、Iz——車輛繞x、z軸的轉(zhuǎn)動慣量

wr——橫擺角速度

m、ms——整車、簧載質(zhì)量

Ixz——簧載質(zhì)量繞z、x軸的慣性積

K1、K2——前、后輪側(cè)偏剛度

a、b——質(zhì)心到前、后軸距離

δ1、δ2——前、后輪側(cè)偏角

u——車輛橫向速度

β——質(zhì)心側(cè)偏角h——側(cè)傾力臂

φ——車身側(cè)傾角

d1、d2——前、后懸架側(cè)傾角阻尼系數(shù)

c1、c2——前、后懸架側(cè)傾角剛度

2.5輪胎模型和轉(zhuǎn)向阻力矩模型

輪胎建模過程中只考慮側(cè)滑工況，此時輪胎側(cè)偏剛度被認(rèn)為是線性變化的，其數(shù)學(xué)模型為

(7)

式中Fc——輪胎側(cè)偏力d——輪胎拖距

Th——回正力矩

由幾何關(guān)系可得，前輪的側(cè)偏角計算公式為

(8)

式中E1——前懸架側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)

δ——前輪轉(zhuǎn)角

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入力矩大部分用于克服路面與轉(zhuǎn)向輪相互作用產(chǎn)生的回正力矩[17]，忽略轉(zhuǎn)向慣性力矩和轉(zhuǎn)向摩擦力矩，可得到轉(zhuǎn)向阻力矩Tp，計算公式為

(9)

3　P-ECHPS系統(tǒng)控制器設(shè)計

3.1P-ECHPS系統(tǒng)控制策略

P-ECHPS系統(tǒng)要求響應(yīng)快，具有多變量、非線性特點，且存在著參數(shù)攝動(如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動)和外界干擾(如側(cè)向風(fēng)力，路面隨機(jī)作用力)等各種不確定因素，而非奇異快速終端滑模(NFTSM)具有普通滑?？刂茖?shù)變化及擾動不靈敏、魯棒性強、物理實現(xiàn)簡單等優(yōu)點，克服了普通線性滑模控制中系統(tǒng)狀態(tài)不能在有限時間內(nèi)收斂到零的缺點，且避免了終端滑模(TSM)存在的奇異性問題，同時又改善了非奇異終端滑模(NTSM)不具備全局快速收斂的特性，所以本文將自適應(yīng)控制和NFTSM相結(jié)合，運用自適應(yīng)NFTSM控制方法對PMSC進(jìn)行調(diào)速控制，從而間接實現(xiàn)對P-ECHPS系統(tǒng)的控制。P-ECHPS系統(tǒng)控制策略如圖5所示。

圖5　P-ECHPS系統(tǒng)控制框圖Fig.5　Control strategy diagram of P-ECHPS system

3.2助力特性和理想轉(zhuǎn)速

助力特性與整車的操縱性、安全性密切相關(guān)，理想的助力特性應(yīng)隨車速可變，具體要求為：車輛在原地或低速轉(zhuǎn)向工況下，應(yīng)提供較大的助力使得轉(zhuǎn)向輕便，提高車輛操縱性。隨著車速的增加，提供的助力應(yīng)隨之逐漸減小。特別是在高速工況下，應(yīng)提供相對最小的助力使得駕駛者擁有出色的路感，保證行駛安全性。按此要求，選取了6個特征車速，設(shè)計了如圖6所示的可變助力特性曲線。

圖6　不同特征車速下的可變助力特性曲線Fig.6　Variable assist characteristic curve under different speeds

P-ECHPS控制系統(tǒng)控制參數(shù)為PMSC內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(等效于轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速)，控制目標(biāo)是使轉(zhuǎn)向泵達(dá)到預(yù)設(shè)的理想轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向泵理想轉(zhuǎn)速計算過程如圖7所示。

通過計算得出圖8所示的轉(zhuǎn)向泵理想轉(zhuǎn)速。

圖7　轉(zhuǎn)向泵理想轉(zhuǎn)速計算過程框圖Fig.7　Ideal rotating speed calculation process of steering pump

圖8　轉(zhuǎn)向泵理想轉(zhuǎn)速曲線Fig.8　Ideal rotating speed of steering pump

3.3自適應(yīng)NFTSM控制器設(shè)計

3.3.1轉(zhuǎn)速誤差狀態(tài)方程

假設(shè)ωd二階連續(xù)可導(dǎo)，定義狀態(tài)變量E=(e1，e2)，可得

(10)

式中ωd——轉(zhuǎn)向泵理想轉(zhuǎn)速

e1——轉(zhuǎn)速誤差

e2——轉(zhuǎn)速誤差導(dǎo)數(shù)

聯(lián)立式(1)，得到轉(zhuǎn)速誤差狀態(tài)方程

(11)

其中

式中U——控制量(占空比)

f(x)+g(x)U+(Δf+ΔgU+d(t)+Δd)

(12)

式中，Δf、Δg、Δd代表各對應(yīng)項的不確定性，它們都是有界。記h(t)為總的不確定性和外界干擾，即有

h(t)=Δf+ΔgU+d(t)+Δd

(13)

所以此時被控系統(tǒng)狀態(tài)方程為

(14)

式中，h(t)是有界的，設(shè)定|h(t)|≤lh，lh為干擾上界，其為大于零的常數(shù)。

3.3.2自適應(yīng)NFTSM控制律

選取NFTSM滑模面[18]

(15)

式中，A、B>0，G、H、p、q都為正奇數(shù)，且1

p/q。

當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)遠(yuǎn)離平衡點時，e1高次項使得控制量變大，使系統(tǒng)收斂速度變快，收斂速度要高于普通NTSM；當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)靠近平衡點時，此時e1、e2都趨近于0，e1高次項較小，可以忽略不計，收斂速度類似于NTSM，所以NFTSM滑模面能保證控制系統(tǒng)全局快速收斂[19]。

(16)

式中，η、k3都是大于零的常數(shù)。

選取自適應(yīng)律為

(17)

式中n——可調(diào)整的參數(shù)

穩(wěn)定性分析：

定義估計值誤差

(18)

取Lyapunov函數(shù)

(19)

對其求導(dǎo)得

(20)

4　仿真分析

4.1PMSC調(diào)速系統(tǒng)仿真

在Matlab/Simulink軟件中，搭建PMSC調(diào)速系統(tǒng)自適應(yīng)NFTSM控制模型,并與PID、SMC、NTSM控制效果進(jìn)行對比，控制器參數(shù)為：A=1，B=0.005，G=9，H=5，p=7，q=5，k3=20 000，η=50。

仿真工況為原地轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速大于或等于180°/s，由圖8可知該工況下轉(zhuǎn)向泵理想轉(zhuǎn)速為600 r/min，此時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)處于怠速狀態(tài)，所以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)為700 r/min，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為40 N·m，由此可以得到自適應(yīng)NFTSM對PMSC調(diào)速系統(tǒng)的控制性能圖，并與PID、SMC、NTSM 3種控制方法進(jìn)行對比，如圖9a所示。圖9b是在該仿真工況下，實際轉(zhuǎn)矩在不同控制方法下達(dá)到穩(wěn)定值的時間(即響應(yīng)時間)對比圖。圖9c是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在0.4 s時突然由700 r/min變化為1 200 r/min，之后在0.6 s又變成700 r/min情況下，自適應(yīng)NFTSM與其他控制方法控制性能對比圖。圖9d是負(fù)載轉(zhuǎn)矩在0.4 s由40 N·m突變?yōu)?0 N·m，0.6 s又恢復(fù)到40 N·m情況下，自適應(yīng)NFTSM與其他控制方法控制性能對比圖。

圖9　不同控制方法下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)Fig.9　Speed response under different control methods

由圖9a可見，4種控制方法都能使輸出轉(zhuǎn)速跟蹤到理想轉(zhuǎn)速，但是自適應(yīng)NFTSM，相較于PID沒有超調(diào)，且其大約在0.06 s時就能快速收斂，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而NTSM和SMC分別在0.18 s和0.35 s附近達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，相較于NTSM和SMC，自適應(yīng)NFTSM收斂速度大約提高了66.7%和82.9%，控制性能大大提高。由圖9b可見，自適應(yīng)NFTSM控制的實際轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間最小，能快速達(dá)到穩(wěn)定值。由圖9c和圖9d可見，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生突變時，自適應(yīng)NFTSM與NTSM、SMC都能很好地克服外界干擾和系統(tǒng)存在的不確定性，而PID抗干擾性較差。綜合圖9可見，自適應(yīng)NFTSM收斂速度最快，滿足系統(tǒng)對響應(yīng)敏捷性的要求，且具有很強的魯棒性，能保證閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.2P-ECHPS系統(tǒng)助力特性仿真

根據(jù)所建立的P-ECHPS系統(tǒng)各部分模型，主要包括機(jī)械系統(tǒng)模型、液壓系統(tǒng)模型、整車三自由度模型、轉(zhuǎn)向阻力矩模型、自適應(yīng)NFTSM控制系統(tǒng)模型，在Matlab/Simulink中搭建了P-ECHPS系統(tǒng)整車仿真模型，參考SLK6118型大客車的參數(shù)，仿真模型如圖10所示。車速信號分別選取為5、20、40、60、80、100 km/h，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速都假設(shè)為180°/s,轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號為斜坡信號，斜率為10 N·m/s，分別達(dá)到5、5.3、5.6、5.9、6.2、6.5 N·m(對應(yīng)各車速下駕駛員所偏好的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩)時不再變化，得到各特征車速下轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速和助力油壓曲線，分別如圖11、12所示。

圖10　P-ECHPS系統(tǒng)整車仿真模型Fig.10　Vehicle simulation model of P-ECHPS

圖11　各特征車速下轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速曲線Fig.11　Steering pump speed curves under different characteristic speeds

從圖11、12中可以看出，隨著車速的增加，通過自適應(yīng)NFTSM控制，轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速降低，各特征車速下助力油壓在1.5 s左右基本趨于穩(wěn)定，P-ECHPS系統(tǒng)提供的助力油壓也逐漸降低，其值與前面所設(shè)計的可變助力特性基本吻合，從而也間接驗證了自適應(yīng)NFTSM控制策略的準(zhǔn)確性和有效性，實現(xiàn)了可變助力特性，滿足了轉(zhuǎn)向助力和路感的要求。

5　結(jié)束語

提出了一種新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)P-ECHPS，建立了該系統(tǒng)核心傳動機(jī)構(gòu)PMSC的調(diào)速模型及各子系統(tǒng)模型。運用自適應(yīng)NFTSM控制策略對該系統(tǒng)進(jìn)行控制，并設(shè)計了控制器。分別對PMSC調(diào)速性能和系統(tǒng)助力特性進(jìn)行仿真，結(jié)果表明：所設(shè)計的控制器具有良好的控制性能，能保證閉環(huán)控制系統(tǒng)全局快速收斂，使得轉(zhuǎn)速泵轉(zhuǎn)速快速跟蹤到理想轉(zhuǎn)速，收斂速度相較于SMC和NTSM分別提高了近82.9%和66.7%，且具有良好的抗干擾能力，使得重型車輛很好地實現(xiàn)可變助力特性，滿足轉(zhuǎn)向助力和路感的要求。

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Design of Adaptive Nonsingular Fast Terminal Sliding Mode Controller for P-ECHPS

Jiang Haobin1Gong Xiaoqing1Geng Guoqing1Chen Long2Tang Bin2Wang Aixian3

(1.SchoolofAutomobileandTrafficEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China2.AutomotiveEngineeringResearchInstitute,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China3.JiangsuChaoliElectricApplianceCo.,Ltd.,Danyang212300,China)

The permanent magnet slip clutch-electronically controlled hydraulic power steering system which is referred as P-ECHPS was proposed. The speed control model of permanent magnet slip clutch (PMSC) which is the key transmission part of P-ECHPS was established and all subsystems of P-ECHPS including of mechanical systems, hydraulic systems and three degrees of freedom steering dynamics system were also established in Matlab/Simulink. The variable assist characteristic curves were designed by analyzing the requirements of steering system under different speeds. According to the variable assist characteristic curves and the model of steering pump, the ideal speed of steering pump was obtained. For P-ECHPS containing various uncertain factors during steering process, such as parameter perturbation and external disturbance, and requirement of fast response, the adaptive nonsingular fast terminal sliding mode was used to control the speed of PMSC. Further it can realize the indirect control of P-ECHPS. The controller was designed according to the adaptive nonsingular fast terminal sliding mode control strategy. Through simulation, the results show that adaptive nonsingular fast terminal sliding mode control can ensure the output speed of PMSC track to the ideal speed quickly and has great robustness. The convergence rate of adaptive nonsingular fast terminal sliding mode control respectively increased by about 82.9% and 66.7% than that of sliding mode control and nonsingular terminal sliding mode control. It can also realize variable assist characteristic accurately to meet the handling stability and energy efficiency.

permanent magnet slip clutch; electronically controlled hydraulic power steering; speed regulating model; nonsingular fast terminal sliding mode; variable assist characteristic

10.6041/j.issn.1000-1298.2016.09.050

2016-05-03

2016-06-14

國家自然科學(xué)基金項目(51275211)、江蘇省高校自然科學(xué)基金項目(14KJB580003)、江蘇大學(xué)高級人才科研啟動基金項目(15JDG093)、中國博士后科學(xué)基金項目(2016M590417)和江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項基金項目(BR2015168)

江浩斌(1969—),男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事車輛系統(tǒng)動力學(xué)與電控技術(shù)研究, E-mail: jianghb@ujs.edu.cn

U463.4

A

1000-1298(2016)09-0374-08