專利名稱：基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)動車電動控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向設(shè) 備，尤其涉及一種基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)是現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，是高新科 技產(chǎn)業(yè)之一。我國汽車2003年汽車產(chǎn)量達(dá)到400萬輛，2006年已突破640 萬輛，正以每年20%的速度遞增，目前絕大部分汽車采用機(jī)械轉(zhuǎn)向或液壓 助力轉(zhuǎn)向，僅有少數(shù)高級轎車采用電動助力轉(zhuǎn)向器。今后汽車工業(yè)的發(fā)展 趨勢，大部分微型車和轎車都將采用電動助力轉(zhuǎn)向器，因此，電動助力轉(zhuǎn) 向控制系統(tǒng)的市場前景十分廣闊。
EPS系統(tǒng)代表著轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展方向，它是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 根據(jù)作用在方向盤上的轉(zhuǎn)矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機(jī)產(chǎn) 生相應(yīng)大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，并獲得最佳轉(zhuǎn)向 特性的伺服系統(tǒng)。已有技術(shù)的EPS系統(tǒng)的組成如圖l所示， 一般由轉(zhuǎn)向機(jī) 構(gòu)(包括機(jī)械轉(zhuǎn)向器、減速器、驅(qū)動電機(jī)和整車轉(zhuǎn)向輪)、方向盤轉(zhuǎn)向輸入 (包括轉(zhuǎn)矩傳感器)、車速轉(zhuǎn)速輸入、電子控制器(包括控制單元和驅(qū)動單 元)以及畜電池電源等組成。己有技術(shù)的EPS系統(tǒng)為多變量、非線性輸入, 采用線性控制算法的直接扭矩控制系統(tǒng)存在較大的脈動扭矩，存在轉(zhuǎn)向控 制不平穩(wěn)，導(dǎo)致駕車的舒適性和可操控性較差，具體的表現(xiàn)就是轉(zhuǎn)向時手 感比較差。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上述的助力轉(zhuǎn)向扭矩脈動較大，駕 車的舒適性和可操控性較差等缺陷，公開一種基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制引入到電動轉(zhuǎn)向的電機(jī)扭矩控制，它不依賴 于被控對象的精確模型，建立的模糊策略能有效克服電機(jī)的非線性、強(qiáng)耦 合等缺點(diǎn)，其良好的自學(xué)習(xí)以及參數(shù)控制自動調(diào)節(jié)能力，提高了系統(tǒng)的自 適應(yīng)和控制能力。
本實(shí)用新型的上述目的是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，即一種基于 智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其核心部件是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器，它由
控制算法微處理器MCU、 PWM驅(qū)動模塊和電源模塊組成，以扭矩、車速 和驅(qū)動電機(jī)反饋電流為輸入信號，離線建模形成的控制決策嵌入MCU存 儲器，實(shí)現(xiàn)電動助力轉(zhuǎn)向的智能控制。
本實(shí)用新型基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理框圖如 l所示。由方向盤的轉(zhuǎn)向輸入、扭矩傳感器、車速或轉(zhuǎn)速輸入及傳感器、電 子控制器和電動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，其在于電子控制器為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器， 其中-
一個方向盤的轉(zhuǎn)向輸入有一個輸出端和一個機(jī)械力輸出； 一個扭矩傳感器有一個輸入端和一個輸出端； 一個車速或轉(zhuǎn)速輸入及傳感器有一個輸入端和一個輸出端； 一個智能電子控制器有三個輸入端和一個輸出端；
一個電動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)有一個輸入端和一個輸出端以及二個機(jī)械力輸入和
一個機(jī)械力輸出；
方向盤的轉(zhuǎn)向輸入的輸出端連接扭矩傳感器的輸入端； 智能電子控制器一個輸入端連接扭矩傳感器的輸出端，其第二個輸入
端連接車速或轉(zhuǎn)速輸入及傳感器的輸出端，其另一個輸入端連接的反饋電
流信號的輸出端；智能電子控制器一個輸出端連接驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動電流輸
入端；
轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器和減速器的一個機(jī)械力輸入連接方向盤的轉(zhuǎn)向輸入 的機(jī)械力輸出，其另一個機(jī)械力輸入連接驅(qū)動電機(jī)的機(jī)械力輸出，轉(zhuǎn)向器
和減速器的一個機(jī)械力輸出連接整車轉(zhuǎn)向輪的機(jī)械力輸入。
所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器由三個相對獨(dú)立的微控制器模塊41、PWM 電機(jī)驅(qū)動模塊42、電源模塊43組成，其組成原理框圖如圖2所示。
控制計算微控制器(MCU)模塊41是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理的控制 器，它以模糊推理結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立控制模型，經(jīng)過離線建模即建立決 策庫和在線控制，構(gòu)成電動助力轉(zhuǎn)向的智能控制的核心模塊；控制計算微 控制器(MCU)模塊的三個信號采集輸入端分別連接扭矩傳感器的輸出端、 車速傳感器的輸出端和驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動電流數(shù)據(jù)反饋輸出端；
電機(jī)驅(qū)動模塊42為脈寬調(diào)制(PWM)開關(guān)控制模塊；其控制輸入端 連接控制計算微控制器(MCU)模塊輸出的控制信號輸出端，電機(jī)驅(qū)動 模塊42的輸出端連接電動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電流/c控制驅(qū)動電 機(jī)形成相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力扭矩7);
電源模塊為以蓄電池為直流電源的DC/DC模塊，為控制器提供直流供
電；
7V為作用于方向盤產(chǎn)生的扭矩信號，r為車速信號，//為驅(qū)動電機(jī)的 反饋信號，以扭矩和車速作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器的信號輸入，以驅(qū)動電機(jī) 的反饋信號作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器的反饋信號輸入，助力電流/C為神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)模糊控制器的輸出；助力扭矩7)為PWM電機(jī)驅(qū)動輸出。
所述的控制計算微控制器(MCU)的存儲器中嵌入控制算法軟件，它 是綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模糊控制推理而形成專用的轉(zhuǎn)向控制策略，其輸入 變量至少包括方向盤的轉(zhuǎn)向扭矩、車速和轉(zhuǎn)速、驅(qū)動電機(jī)反饋的驅(qū)動電流 的信號。
所述的控制計算微控制器(MCU)的模糊化輸入?yún)?shù)包括扭矩7V和 車速F，扭矩7>的變化范圍為-10 10，車速F的變化范圍為0 80，為滿 足控制精度的需要，扭矩7V選取的等級值數(shù)據(jù)有20個至少不小于6個， 車速K選取的等級值數(shù)據(jù)有80個至少不小于10個。
本實(shí)用新型的基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成示意框圖見圖3， 微控制器(MCU)嵌入的控制算法軟件通過模擬試驗(yàn)和路況試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)， 離線建模優(yōu)化控制參數(shù)，構(gòu)成控制決策
(1 )計算機(jī)建立一個模糊集數(shù)據(jù)庫,庫中設(shè)置有模糊集A和模糊集B;
(2) 按輸入語言變量的定義來確定相應(yīng)于每個語言值的隸屬度，對輸
入量建立語言控制規(guī)則的方法，將參數(shù)扭矩7V和車速F模糊化輸入，分別 映射到模糊集A和模糊集B，扭矩7V的變化范圍為-10 10，車速F的變 化范圍為0 80，為滿足控制精度的需要，扭矩7V選取的等級值數(shù)據(jù)有20 個至少不小于6個，車速K選取的等級值數(shù)據(jù)有80個至少不小于10個。 扭矩7V與車速F模糊化后得到對應(yīng)的輸入語言變量Xm和4。輸入不同扭 矩7V與車速K值，依次建立模糊控制集規(guī)則庫。
(3) 采用Sugeno型模糊推理算法，解模糊化處理采用加權(quán)平均法， 計算簡單，極大地提高模糊化過程的效率。
隸屬度函數(shù)形狀可取三角形、梯形、鐘形或正態(tài)分布形。
(4) 數(shù)學(xué)優(yōu)化算法來調(diào)整模型中函數(shù)的參數(shù)，使誤差函數(shù)五值最小 解模糊化采用加權(quán)平均法，所有的模糊規(guī)則的權(quán)重都為1,采用一階梯
度尋優(yōu)法來調(diào)整隸屬度函數(shù)參數(shù)和連接權(quán)值，使得誤差值E達(dá)到期望值。
(5) 通過上述學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的模糊推理過程，建立控制決策，形成決策庫。
(6) 系統(tǒng)在實(shí)時控制過程中，以扭矩和車速的實(shí)際輸入值和當(dāng)前車速 值，依據(jù)上述控制決策，計算相應(yīng)的控制電流，以PWM方式驅(qū)動電機(jī)產(chǎn) 生轉(zhuǎn)向助力。
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理控制流程圖如圖5，其控制點(diǎn)為 S101初始化系統(tǒng)參數(shù)，給寄存器、變量等賦予初始值； S102判斷系統(tǒng)參數(shù)要訓(xùn)練，若不要訓(xùn)練，轉(zhuǎn)S104; S104對輸入扭矩7V和車速r取樣，通過A/D取樣并經(jīng)濾波算法，獲 得7V和F的即時值；
S105對輸入扭矩7V和車速K模糊化； S106按公式計算PB網(wǎng)絡(luò)輸入層、隱層和輸出層的值； S107解模糊化，計算輸出電流值；
S108以脈沖寬度調(diào)制方式控制電機(jī)輸出；電機(jī)輸出值反饋到S104作 為輸入變量參加實(shí)時取樣；
S102判斷系統(tǒng)參數(shù)若要訓(xùn)練，則轉(zhuǎn)S103;
S103調(diào)用訓(xùn)練函數(shù)子程序，進(jìn)入離線訓(xùn)練程序，可在本控制器之外的 計算機(jī)上進(jìn)行；
S201選定訓(xùn)練步長值，步長的大小與精度和訓(xùn)練速度有關(guān)； S202計算隸屬度函數(shù)參數(shù)和連接權(quán)值； S203計算理想輸出與網(wǎng)絡(luò)輸出值的誤差E;
S204判斷誤差E是否小于期望值，若大于期望值，轉(zhuǎn)S202,繼續(xù)訓(xùn)練； S204判斷誤差E若小于期望值，轉(zhuǎn)S205; S205返回主程序，輸出控制信號。
所述的智能電子控制器為相對獨(dú)立的整件，它由控制計算微控制器 (MCU)模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、電源模塊以及一套固定安裝架結(jié)構(gòu)件組成； 智能電子控制器的一套固定安裝架結(jié)構(gòu)件包括外殼、散熱片，控制計算微 控制器(MCU)模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、電源模塊以及模塊安裝板，通過連 接件連接。智能電子控制器結(jié)構(gòu)緊湊、散熱良好、堅固耐用、維修方便。
所述的控制計算微控制器(MCU)模塊包括控制器主板40、 MCU控 制計算微控制器4K輸入信息采集電路4U、存儲器412、反饋信息采集電 路413和通信功能口414;其中
控制器主板上安裝MCU控制計算微控制器41、輸入信息采集電路 411、存儲器412、反饋信息采集電路413和通信功能口414;
控制計算微控制器41的一個數(shù)據(jù)輸入口連接輸入信息采集電路411 ， 一個數(shù)據(jù)輸入口連接反饋信息采集電路413， 一個控制輸出口連接PWM電 機(jī)驅(qū)動模塊42的控制信號輸入端，其數(shù)據(jù)讀寫口連接存儲器412;
控制計算微控制器41還有一個數(shù)據(jù)通信接口連接一個通信功能口電路 414，構(gòu)成智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的監(jiān)控和故障檢測通道。
本實(shí)用新型的有益效果是系統(tǒng)實(shí)時采集扭矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)向輸入
矩矩信號、車速或轉(zhuǎn)速信號以及驅(qū)動電機(jī)反饋信號，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模
糊控制器輸出優(yōu)化的控制信號，控制PWM驅(qū)動模塊驅(qū)動電機(jī)，通過傳動 機(jī)構(gòu)提供轉(zhuǎn)向助力，脈動扭矩顯著減小，控制性能明顯增強(qiáng)，轉(zhuǎn)向靈敏輕便， 提高駕車的舒適性和可操控性。應(yīng)用本實(shí)用新型的市場廣闊，經(jīng)濟(jì)效益十 分顯著。


圖1本實(shí)用新型的基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理 框圖。
圖2本實(shí)用新型的智能電子控制器組成原理框圖。
圖3本實(shí)用新型的基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成示意框圖。
圖4本實(shí)用新型實(shí)施例的的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器電原理框圖。
圖5本實(shí)用新型實(shí)施例的基于智能控制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理控制流程圖。
圖3中7V—作用于方向盤產(chǎn)生的扭矩信號、F—車速信號、/產(chǎn)一驅(qū)動 電機(jī)的反饋信號、/C"4申經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器輸出的驅(qū)動電流、r,一PWM電 機(jī)驅(qū)動輸出的助力扭矩。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成原理框圖如1所
示。它由轉(zhuǎn)向輸入1及其扭矩傳感器2、車速和轉(zhuǎn)速輸入3、智能電子控制 器4、包括轉(zhuǎn)向器和減速器51及驅(qū)動電機(jī)52的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5、整車轉(zhuǎn)向輪6 組成。方向盤的轉(zhuǎn)向輸入1通過機(jī)械方式連接扭矩傳感器2和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5 的轉(zhuǎn)向器和減速器51,扭矩傳感器2以及車速和轉(zhuǎn)速輸入3連接智能電子 控制器4的輸入數(shù)據(jù)接口智能電子控制器4的控制數(shù)據(jù)經(jīng)其輸出控制接 口連接驅(qū)動電機(jī)52的電流控制端，驅(qū)動電機(jī)52通過機(jī)械連接的轉(zhuǎn)向器和 減速器51，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5連接整車轉(zhuǎn)向輪6，驅(qū)動電機(jī)52的反饋電流信號輸 出端連接智能電子控制器4的反饋信號輸入接口，形成一個智能的、閉環(huán) 控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的智能電子控制器基本結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2所示。智能電 子控制器4由三個相對獨(dú)立的控制計算微控制器模塊41、 PWM電機(jī)驅(qū)動 模塊42、電源模塊43組成?？刂朴嬎阄⒖刂破髂K41的數(shù)據(jù)輸入端連接 扭矩傳感器2、車速和轉(zhuǎn)速輸入3以及驅(qū)動電機(jī)52反饋驅(qū)動電流輸出端， 實(shí)時接收由方向盤轉(zhuǎn)向經(jīng)扭矩傳感器2采集的扭矩數(shù)據(jù)，同時實(shí)時接收由 車速和轉(zhuǎn)速輸入3經(jīng)轉(zhuǎn)速傳感器采集的車速數(shù)據(jù)，以及實(shí)時接收由驅(qū)動電 機(jī)52反饋的驅(qū)動電流數(shù)據(jù)，經(jīng)控制計算微控制器模塊41處理，快速形成 轉(zhuǎn)向助力控制信號，控制計算微控制器模塊41的控制數(shù)據(jù)輸出端連接 PWM電機(jī)驅(qū)動模塊42的控制信號輸入端，PWM電機(jī)驅(qū)動模塊42的控制 輸出端連接驅(qū)動電機(jī)52驅(qū)動電流輸入端，控制計算微控制器模塊41按照 轉(zhuǎn)向時刻的輸入變量的實(shí)時數(shù)據(jù)，經(jīng)智能處理形成控制數(shù)據(jù)，控制PWM 電機(jī)驅(qū)動模塊42生成控制轉(zhuǎn)向驅(qū)動電流，轉(zhuǎn)向驅(qū)動電流信號控制驅(qū)動電機(jī) 52輸出轉(zhuǎn)向助力力矩。
下面結(jié)合本實(shí)用新型由附圖給出的實(shí)施例做進(jìn)一步的說明。 參見圖4本實(shí)用新型基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)施例的神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)模糊控制器電原理框圖。由控制計算微控制器41、 PWM電機(jī)驅(qū)動模 塊42、電源模塊43組成的智能電子控制器是一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器4。 控制計算微控制器41采用68HC908GP32的單片機(jī)，PWM電機(jī)驅(qū)動模塊 42采用IRF480的IGPT功率器件。它的控制計算微控制器41接收經(jīng)方向 盤轉(zhuǎn)向-扭矩傳感器2送來的扭矩信號7V、由車速傳感器3送來的車速信 號F以及由轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)52送出的反饋電流信號//，控制計算微控 制器41輸出的優(yōu)化轉(zhuǎn)向助力控制信號送到PWM電機(jī)驅(qū)動模塊42的控制 輸入端，PWM電機(jī)驅(qū)動模塊將優(yōu)化轉(zhuǎn)向助力控制信號轉(zhuǎn)換成電機(jī)52的功 率驅(qū)動電流/c 。 E2PROM存儲器412采用24C16,電源模塊43采用 30A16VDC。
控制計算微控制器綜合運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模糊控制軟件
在系統(tǒng)外的PC機(jī)上建立建立一個設(shè)置有模糊集A和模糊集B的模糊 集數(shù)據(jù)庫，以扭矩信號7V、車速信號F、反饋電流信號//為三個輸入語言
變量作非模糊值的模糊化處理，按照的定義確定應(yīng)于每個語言值的隸屬度 建立語言控制規(guī)則。
開機(jī)后進(jìn)入SlOl，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置，將參數(shù)扭矩7V和車 速F模糊化輸入，分別映射到模糊集A和模糊集B。輸入等級值數(shù)據(jù)，定 義數(shù)字化參數(shù)扭矩7V的變化范圍為-10 10，車速F的變化范圍為0 80。 設(shè)立語言控制規(guī)則，包括訓(xùn)練步長等，如訓(xùn)練步長為2，扭矩7V的等級值 數(shù)據(jù)優(yōu)選為10個，車速K的等級值數(shù)據(jù)優(yōu)選為40個。扭矩7V與車速F 模糊化后得到對應(yīng)的輸入語言變量值Xw和^，并設(shè)置模糊化控制數(shù)據(jù)輸 出誤差的期望值。
在轉(zhuǎn)入S102，選擇系統(tǒng)參數(shù)要訓(xùn)練，轉(zhuǎn)訓(xùn)練函數(shù)子程序S103,先進(jìn)入 S201選定訓(xùn)練步長扭矩7V的等級值數(shù)據(jù)優(yōu)選為10個，扭矩7V的訓(xùn)練 步長為2，車速K的等級值數(shù)據(jù)優(yōu)選為40個，車速F的訓(xùn)練步長也為2; 其次S202，對不同扭矩7V與車速r值輸入，計算隸屬度參數(shù)和連接權(quán)值， 然后到S203，計算理想輸出與網(wǎng)絡(luò)輸出值的誤差E，在S204判斷誤差E 是否小于期望值，如若誤差E大于期望值，轉(zhuǎn)回S202繼續(xù)訓(xùn)練，直到在 S204判斷結(jié)論是誤差E小于期望值，則停止訓(xùn)練，轉(zhuǎn)到S104，進(jìn)入正常 運(yùn)行控制狀態(tài)。
通過模擬試驗(yàn)和路況試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)，依試驗(yàn)獲取的扭矩7V和車速F以 及驅(qū)動電機(jī)反饋電流J/的數(shù)據(jù)，同樣采用離線建模方式，優(yōu)化系統(tǒng)的控制 參數(shù)。這樣依次建立模糊控制集規(guī)則庫，形成專用的轉(zhuǎn)向控制策略。
實(shí)車運(yùn)行時，系統(tǒng)啟動開機(jī)，S101初始化系統(tǒng)參數(shù)，在S102判定系 統(tǒng)參數(shù)不訓(xùn)練，轉(zhuǎn)入S104，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器將實(shí)時采集的扭矩7V與 車速^值以及驅(qū)動電機(jī)反饋電流//的數(shù)據(jù)，將扭矩7>和車速F以及驅(qū)動電 機(jī)反饋電流J/變量語言值數(shù)據(jù)分別映射到模糊集A和模糊集B。，轉(zhuǎn)入S105， 將扭矩7V、車速F值以及驅(qū)動電機(jī)反饋電流/y模糊化，將扭矩7V和車速F 以及驅(qū)動電機(jī)反饋電流//變量語言值數(shù)據(jù)分別映射到模糊集A和模糊集B 后，送S106，計算PB網(wǎng)絡(luò)輸入層、隱層、輸出層的值后，轉(zhuǎn)入S107，解 模糊化，從模糊控制集規(guī)則庫和模糊集數(shù)據(jù)庫取出相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊推
理，并將推理輸出送決策庫，從決策庫選取匹配的決策信息，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模 糊控制器的電機(jī)驅(qū)動模塊將決策信息轉(zhuǎn)換成控制電流/o送到驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)
動電機(jī)輸出轉(zhuǎn)向電動助力扭矩r,,助力扭矩r,經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)加到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)， 完成整車轉(zhuǎn)向輪的電動助力轉(zhuǎn)向。
系統(tǒng)實(shí)時采集扭矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向輸入扭矩以及采集電路檢測的車 速或轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模糊控制器輸出優(yōu)化的控制信號驅(qū)動電 機(jī)，通過傳動機(jī)構(gòu)提供轉(zhuǎn)向助力，電子控制部件檢測車速、轉(zhuǎn)速、輸入扭 矩及電機(jī)反饋，通過內(nèi)置的軟件算法以驅(qū)動模塊釆用pwm方式控制輸出 功率，在低車速下大助力，中車速下小助力，高車速下帶阻尼，實(shí)現(xiàn)低車 速下轉(zhuǎn)向輕靈，高車速下轉(zhuǎn)向平穩(wěn)，脈動扭矩顯著減小，控制性能明顯增 強(qiáng)，提高駕車的舒適性和可操控性。
本實(shí)用新型的智能控制電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于乘用轎車、燃料汽車、 電動汽車，可以大大提高汽車操控的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向的靈敏性和輕便性。
權(quán)利要求1.基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由方向盤的轉(zhuǎn)向輸入、扭矩傳感器、車速或轉(zhuǎn)速輸入及傳感器、電子控制器和電動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，其特征在于電子控制器為基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制的智能電子控制器，稱之為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器，其中一個方向盤的轉(zhuǎn)向輸入有一個輸出端和一個機(jī)械力輸出；一個扭矩傳感器有一個輸入端和一個輸出端；一個車速或轉(zhuǎn)速輸入及傳感器有一個輸入端和一個輸出端；一個智能電子控制器有三個輸入端和一個輸出端；一個電動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)有一個輸入端和一個輸出端以及二個機(jī)械力輸入和一個機(jī)械力輸出；方向盤的轉(zhuǎn)向輸入的輸出端連接扭矩傳感器的輸入端；智能電子控制器一個輸入端連接扭矩傳感器的輸出端，其第二個輸入端連接車速或轉(zhuǎn)速輸入及傳感器的輸出端，其另一個輸入端連接的反饋電流信號的輸出端；智能電子控制器一個輸出端連接驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動電流輸入端；轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器和減速器的一個機(jī)械力輸入連接方向盤的轉(zhuǎn)向輸入的機(jī)械力輸出，其另一個機(jī)械力輸入連接驅(qū)動電機(jī)的機(jī)械力輸出，轉(zhuǎn)向器和減速器的一個機(jī)械力輸出連接整車轉(zhuǎn)向輪的機(jī)械力輸入。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征 在于所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制的智能電子控制器由控制計算微控制器(MCU)模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、電源模塊組成；其中控制計算微控制器(MCU)模塊是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理的控制器，它 以模糊推理結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立控制模型，經(jīng)過離線建模即建立決策庫和 在線控制，構(gòu)成電動助力轉(zhuǎn)向的智能控制的核心模塊；控制計算微控制器(MCU)模塊的三個信號采集輸入端分別連接扭矩傳感器的輸出端、車速傳感器的輸出端和驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動電流數(shù)據(jù)反饋輸出端；電機(jī)驅(qū)動模塊為脈寬調(diào)制(PWM)開關(guān)控制模塊；其控制輸入端連接控 制計算微控制器(MCU)模塊輸出的控制信號輸出端，電機(jī)驅(qū)動模塊的輸 出端連接電動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)，以驅(qū)動電流方式控制驅(qū)動電機(jī)形成相 應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力；電源模塊為以蓄電池為直流電源的DC/DC模塊，為控制器提供直流供電；7V為作用于方向盤產(chǎn)生的扭矩信號，F(xiàn)為車速信號，//為驅(qū)動電機(jī)的 反饋信號，以扭矩和車速作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器的信號輸入，以驅(qū)動電機(jī) 的反饋信號作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器的反饋信號輸入，助力電流化為神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)模糊控制器的輸出；助力扭矩7)為PWM電機(jī)驅(qū)動輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征 在于所述的控制計算微控制器(MCU)的存儲器中嵌入控制算法軟件，它是 綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模糊控制推理而形成專用的轉(zhuǎn)向控制策略，其輸入變 量至少包括方向盤的轉(zhuǎn)向扭矩、車速和轉(zhuǎn)速、驅(qū)動電機(jī)反饋的驅(qū)動電流的 信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其 特征在于所述的控制計算微控制器(MCU)的模糊化輸入?yún)?shù)包括扭矩7V 和車速F，扭矩7V的變化范圍為-10 10，車速r的變化范圍為0 80，為 滿足控制精度的需要，扭矩7V選取的等級值數(shù)據(jù)有20個至少不小于6個， 車速^選取的等級值數(shù)據(jù)有80個至少不小于10個。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其 特征在于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器的控制點(diǎn)為S101初始化系統(tǒng)參數(shù)；S102判斷系統(tǒng)參數(shù)要訓(xùn)練，若不要訓(xùn)練，轉(zhuǎn)S104; S104對輸入扭矩7V和車速F取樣； S105對輸入扭矩7V和車速K模糊化； S106計算PB網(wǎng)絡(luò)輸入層、隱層和輸出層的值；S107解模糊化，計算輸出電流值；S108以脈沖寬度調(diào)制方式控制電機(jī)輸出；電機(jī)輸出值反饋到S104作 為輸入變量參加實(shí)時取樣；S102判斷系統(tǒng)參數(shù)若要訓(xùn)練，則轉(zhuǎn)S103調(diào)用訓(xùn)練函數(shù)子程序S201選定訓(xùn)練步長值；S202計算隸屬度函數(shù)參數(shù)和連接權(quán)值；S203計算理想輸出與網(wǎng)絡(luò)輸出值的誤差E;S204判斷誤差E是否小于期望值，若大于期望值，轉(zhuǎn)S202，繼續(xù)訓(xùn)練; S204判斷誤差E若小于期望值，轉(zhuǎn)S205; S205返回主程序，輸出控制信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征 在于所述的智能電子控制器為相對獨(dú)立的整件，它由控制計算微控制器(MCU)模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、電源模塊以及一套固定安裝架結(jié)構(gòu)件組成； 智能電子控制器的一套固定安裝架結(jié)構(gòu)件包括外殼、散熱片，控制計算微 控制器(MCU)模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、電源模塊以及模塊安裝板，通過連接 件連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其 特征在于所述的控制計算微控制器(MCU)模塊包括控制器主板、控制計算 微控制器MCU、輸入信息采集電路、存儲器、反饋信息采集電路和通信功能 口；其中控制器主板上安裝控制計算微控制器MCU、輸入信息采集電路、存儲 器、反饋信息采集電路和通信功能口；控制計算微控制器的一個數(shù)據(jù)輸入口連接輸入信息采集電路， 一個數(shù) 據(jù)輸入口連接反饋信息采集電路， 一個控制輸出口連接P麗電機(jī)驅(qū)動模塊 的控制信號輸入端，其數(shù)據(jù)讀寫口連接存儲器；控制計算微控制器還有一個數(shù)據(jù)通信接口連接一個通信功能口電路， 是智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的監(jiān)控和故障檢測通道。
專利摘要為了克服已有技術(shù)的直接扭矩控制系統(tǒng)存在較大的脈動扭矩問題，本實(shí)用新型公開一種基于智能控制的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器由控制算法微處理器MCU、PWM驅(qū)動模塊和電源模塊組成，以扭矩、車速和驅(qū)動電機(jī)反饋電流為輸入信號，離線建模形成的控制決策嵌入MCU存儲器，實(shí)現(xiàn)電動助力轉(zhuǎn)向的智能控制。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制引入到電動轉(zhuǎn)向的電機(jī)扭矩控制，它不依賴于被控對象的精確模型，建立的模糊策略能有效克服電機(jī)的非線性、強(qiáng)耦合等缺點(diǎn)，其良好的自學(xué)習(xí)以及參數(shù)控制自動調(diào)節(jié)能力，提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)和控制能力。本實(shí)用新型應(yīng)用于乘用轎車、燃料汽車、電動汽車，使轉(zhuǎn)向靈敏輕便，大大提高汽車操控的舒適性和穩(wěn)定性。
文檔編號B62D6/00GK201058622SQ20072010957
公開日2008年5月14日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者林士云 申請人:林士云