基于整车动力学分析的EPS建模控制研究

论文摘要

汽车电动转向(EPS)系统具有传统液压动力转向系统无法比拟的优势,是汽车动力转向发展的必然趋势。本文在理论研究的基础上,汲取和借鉴国内外研究的思想,从系统建模及控制策略两方面对该系统进行了深入细致的研究。对EPS系统进行了受力分析,建立了EPS系统模型及其状态方程,并对EPS系统的助力特性进行了分析,采用神经网络控制策略,并结合十一自由度的整车模型和轮胎纵滑与侧滑联合工况下的半经验E指数轮胎模型建立了整车EPS仿真模型。对电动转向系统的关键技术助力特性进行了分析和研究。根据数学模型及助力特性特点,提出了计算任意车速下转向盘转矩与电机助力转矩非线性关系的方法。针对电动转向系统的助力特性存在转向死区、转向助力区和转向饱和区的非线性特点以及车速离散化形成的助力盲区,采用BP神经网络控制策略对助力特性曲线进行拟合的思想并进行了仿真研究,实现了全车速范围的非线性转向助力,克服了转向助力盲区。仿真分析了不同输入时转向盘跟踪特性、EPS系统参数对瞬态响应影响、不同控制方法对系统瞬态响应的影响、汽车车速对汽车转向系统的影响、不同方向盘转角输入时汽车转向系统的动态响应及不同制动减速度对汽车转向系统的影响,仿真结果表明采用本文所提出的控制策略的EPS系统具有良好的稳定性、跟踪性能、助力特性以及抗干扰能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义和目的
• 1.2 传统动力转向技术的发展
• 1.2.1 机械式转向系统
• 1.2.2 液压动力转向系统
• 1.2.3 电控液压动力转向系统
• 1.3 电动助力转向系统
• 1.3.1 电动助力转向系统的原理和结构
• 1.3.2 电动助力转向系统的分类
• 1.3.3 电动助力转向系统的关键技术
• 1.3.4 电动助力转向系统的优点
• 1.3.5 研究EPS 系统存在的主要问题及解决方案
• 1.3.6 国内外EPS 技术发展状况与趋势
• 1.4 线性电动转向系统
• 1.4.1 线控电动转向系统的特点
• 1.4.2 线控电动转向系统的前景
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 EPS 系统模型的建立及其助力特性分析
• 2.1 EPS 系统受力分析
• 2.2 EPS 系统模型的建立
• 2.3 EPS 系统模型状态方程
• 2.4 EPS 系统助力特性分析
• 2.5 电动助力转向系统对转向路感的影响
• 2.6 转向系与操纵稳定性之间的关系
• 2.7 本章小结
• 3 轮胎力学模型及十一自由度整车动力学模型的建立
• 3.1 轮胎力学模型
• 3.1.1 轮胎力学研究的目的和意义
• 3.1.2 轮胎力学建模方法
• 3.1.3 轮胎力学模型的建立
• 3.2 十一自由度整车动力学模型
• 3.3 本章小结
• 4 EPS 系统控制策略的研究
• 4.1 电动助力转向系统的控制模式
• 4.1.1 助力控制
• 4.1.2 阻尼控制
• 4.1.3 回正控制
• 4.2 电动助力转向系统控制方法的选择
• 4.3 EPS 系统的控制策略及对比
• 4.4 本文采用的控制策略
• 4.4.1 BP 神经网络理论
• 4.4.2 BP 神经网络的结构
• 4.4.3 BP 神经网络的学习过程
• 4.4.4 BP 神经网络学习公式推导
• 4.4.5 BP 神经网络结构设计与选择
• 4.4.6 基于神经网络控制策略的助力特性研究
• 4.5 本章小结
• 5 整车系统仿真建模与结果分析
• 5.1 EPS 系统仿真建模
• 5.2 整车系统仿真结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论和建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录