汽车线控转向系统建模与控制策略研究

论文摘要

线控转向（Steering-By-Wire,简称SBW）系统,是一种全新技术的转向系统,与传统转向系统相比具有明显的技术优势,融合了先进的电子技术、控制理论、信息技术等技术。由于它取消了转向盘与转向轮之间的机械连接,即转向盘与转向轮之间通过控制信号连接,彻底摆脱了传统转向系统所固有的约束限制,这样不但可以自由设计汽车转向系统的力传递特性和角传递特性,而且改变了转向盘的路感反馈特性,可以提高汽车操纵稳定性、安全性和舒适性,给汽车转向特性带来无限的设计空间,是汽车转向系统的一次重大的革新。本文在研究传统汽车转向系统以及国内外关于SBW成果的基础上,充分利用了汽车工程、理论力学、控制理论等多学科知识,从系统各模块的动力学、仿真模型以及控制策略等方面对汽车SBW系统进行了深入细致的研究,主要内容如下：首先,叙述了汽车传统转向系统的发展史,分别讨论了SBW系统的国内外研究状况、开发SBW系统的意义以及SBW的关键技术；详细阐述了汽车SBW系统的基本结构和工作原理,并对SBW硬件系统的主要部件进行匹配研究。其次,对SBW系统的整车、轮胎及其回正力矩、路感等模块进行动力学研究,并且应用Matlab/Simulink软件功能,建立了相应模块的Simulink模型；建立了电机仿真模型,分析了其工作原理以及转向电机的控制方法,研究了汽车操纵稳定性与SBW的影响关系,基于路感模拟的动力学分析,从而研究了SBW转向执行的控制策略；通过对车轮、轮胎及回正力矩的动力学研究及仿真模型建立,并在电机模型的基础上研究了轮胎回正力矩的控制策略；叙述了转向盘力特性,分析了转向盘力特性对车速以及侧向加速度的影响关系,通过PID控制和模糊控制两种不同控制对路感模拟进行控制验证,并且比较其不同之处。最后,构建了SBW软件系统的结构功能模块,包括：初始化模块、主循环模块以及中断服务模块。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 汽车转向系统的发展
• 1.2.1 传统机械转向系统
• 1.2.2 传统液压助力转向系统
• 1.2.3 电液助力转向系统
• 1.2.4 电动助力转向系统
• 1.2.5 主动前轮转向系统
• 1.2.6 线控转向系统
• 1.3 SBW系统的国内外研究现状
• 1.3.1 SBW系统的国外研究现状
• 1.3.2 SBW系统的国内研究现状
• 1.4 开发研究SBW系统的意义
• 1.5 SBW系统的关键技术
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 第2章 SBW硬件系统结构原理与主要硬件介绍
• 2.1 SBW系统结构原理及性能特点
• 2.1.1 SBW系统的结构组成原理
• 2.1.2 SBW系统的性能特点
• 2.2 SBW系统的工作原理
• 2.3 SBW硬件系统的主要部件
• 2.3.1 转角传感器
• 2.3.2 扭矩传感器
• 2.3.3 线控转向的电机
• 2.3.4 电机减速机构
• 2.4 本章小结
• 第3章 SBW系统动力学研究与仿真模型建立
• 3.1 SBW系统的动力学方法分析
• 3.2 整车动力学分析及仿真模型
• 3.2.1 整车的动力学分析
• 3.2.2 整车的仿真模型
• 3.3 车轮轮胎动力学分析及仿真模型
• 3.3.1 车轮的动力学分析
• 3.3.2 轮胎的动力学分析
• 3.3.3 车轮轮胎的仿真模型
• 3.4 轮胎回正力矩动力学分析及仿真模型
• 3.4.1 轮胎回正力矩的动力学分析
• 3.4.2 轮胎回正力矩的仿真模型
• 3.5 SBW系统路感模拟的动力学分析
• 3.5.1 转向盘组件
• 3.5.2 转向执行系统组件
• 3.5.3 路感模拟组件
• 3.6 电机的模型分析
• 3.7 驾驶员的模型分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 SBW系统的控制策略研究
• 4.1 转向盘力特性的影响关系分析
• 4.1.1 转向盘力特性
• 4.1.2 转向盘力特性与车速的影响关系
• 4.1.3 转向盘力特性与侧向加速度的影响关系
• 4.2 转向盘回正力矩的控制策略分析
• 4.2.1 理想回正力矩与车速的影响关系
• 4.2.2 回正力矩的仿真分析
• 4.3 转向执行的控制策略分析
• 4.3.1 汽车的操纵稳定性与SBW的影响关系
• 4.3.2 SBW系统的前轮转角决策控制
• 4.3.3 转向执行电机的控制
• 4.4 SBW系统路感模拟的控制策略分析
• 4.4.1 PID控制
• 4.4.2 模糊控制
• 4.4.3 SBW系统的路感概述
• 4.4.4 基于车速的路感PID控制验证
• 4.4.5 基于车速、侧向加速度路感的模糊控制验证
• 4.5 本章小结
• 第5章 SBW软件系统功能模块的架构
• 5.1 软件系统的主流程
• 5.2 软件系统的模块化结构
• 5.2.1 初始化模块
• 5.2.2 主循环体模块
• 5.2.3 中断模块
• 5.2.4 电源监控和看门狗定时器
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 论文展望
• 参考文献
• 致谢