基于频域整形的EPS系统参数优化

第57卷 第1期Vol. 57 No. 1

2019年1月

January 2019农业装备与车辆工程

AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING

doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2019.01.005

基于频域整形的EPS系统参数优化

魏建伟,陈杨斌

（315016 浙江省 宁波市 宁波工程学院 机械工程学院）

[摘要]针对电动助力转向（EPS）系统传统的参数优化方案无法保障良好转向盘力矩瞬态特性的问题，借

鉴经典控制理论二阶振荡环节的基本结论，提出了EPS系统参数的频域整形优化方案。在现有转向路感

评价模型频域分析的基础上，建立了EPS系统阻尼比的量化公式。该方案本质上是以EPS系统阻尼比为

优化目标，并以EPS系统的稳定性量化公式为约束条件。为验证所提出的频域整形方案的优化效果，分

别建立了基于频域整形优化方案和传统优化方案的优化模型，并基于遗传算法对优化模型进行了优化设计

和计算。两种优化方案的对比分析结果表明，与传统优化方案相比，提出频域整形方案，可以进一步改善

转向盘力矩的瞬态响应特性，有利于获得更好的转向路感。

[关键词] 电动助力转向；参数优化；频域整形；遗传算法；转向路感

[中图分类号] U461.4 [文献标识码] A [文章编号] 1673-3142(2019)01-0019-05

Parameter Optimization of EPS System Based on Frequency Shaping

Wei Jianwei, Chen Yangbin

( School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo City, Zhejiang Province 315016, China) [Abstract] To solve the problem that good transient characteristics of steering wheel torque for electric power steering (EPS) system can not be obtained by traditional parameter optimization scheme, in view of the conclusions of second-order oscillational element in classical control theory, an optimization scheme based on frequency shaping is presented for the parameter optimization of EPS system. Based on the frequency domain analysis of evaluation mode for steering feeling, quantitative formula of damping ratio for EPS system is proposed. Essentially, the damping ratio is used as optimization objective, and quantitative formula of stability for EPS system is adopted as constraint condition. To verify the performance of the proposed optimization scheme based on frequency shaping, optimization models are built according to the optimization scheme based on frequency shaping and traditional optimization scheme respectively, and optimization design and calculation are conducted based on genetic algorithm as well. Contrast analysis result of the two optimization schemes indicate that the optimization scheme based on frequency shaping can achieve better transient characteristics of steering wheel torque than that based on traditional optimization scheme, and better steering feeling can be obtained.

[Key words] electric power steering; parameter optimization; frequency shaping; genetic algorithm; steering feeling

0 引言

电动助力转向（Electric Power Steering，EPS）系统根据驾驶员的转向操作，借助于电机助力系统施加可变的转向助力，减轻驾驶员的转向负担，并以获得良好的转向路感为目标[1-2]。

为使EPS系统获得良好的转向路感，国内外学者作了大量的研究，主要集中于EPS系统的参数优化和助力电机控制两个方面[1-2]。EPS系统传统的参数优化主要是以转向稳定性为约束条件，并以获得转向路感能量的最大值为目标，同时，利用先进的优化算法以获得转向路感能量最大值。EPS系统的助力电机控制主要是应用先进的控制理论，并以获得良好的转向路感瞬态响应特性为目标[3-5]。

EPS系统传统的参数优化方案可以获得转向路感能量的最大值，但对于转向路感瞬态性能的改善能力有限。因此，为解决EPS系统参数的传统优化方案并不能获得良好转向路感瞬态特性的问题，本文基于EPS系统转向路感的频域特性，并鉴于2阶振荡环节的基本结论，提出EPS系统参数的频域整形优化方案。同时，利用遗传算法进行了优化设计，并与基于传统优化方案得到的EPS系统转向路感优化结果进行了对比验证。

1 EPS系统模型及路感分析

1.1 EPS系统模型

基金项目：浙江省公益技术应用研究计划资助项目(2017C35011)；宁波市自然科学基金资助项目(2015A610148)

收稿日期: 2018-05-22 修回日期: 2018-06-01