面向对象的电动助力转向系统仿真分析

论文摘要

电动助力转向系统(Electric Power Steering,简称EPS)属于动力转向系统,与传统的动力转向系统相比,具有节能环保,提高汽车主动安全性和操纵稳定性的优点。随着人们对轿车经济性,环保性,安全性日益的重视,电动助力转向系统已经逐步取代了传统动力转向系统,成为我国新能源汽车研发的核心研发项目之一本文采用面向对象的物理建模语言Modelica,基于Dymola的车辆动力学仿真库环境平台下,建立包括悬架系统,转向系统,轮胎系统,路面和驾驶员系统在内的整车系统仿真模型,所建模型具有无因果性,可重用等特点。并利用Dymola软件仿真模型与国际上具有权威性的机械系统动力学仿真分析软件Adams/Car的标准界面模型,进行同样工况下的转向试验,通过两个软件的仿真结果比较,验证了Dymola软件所建立的整车机械模型的正确性。Dymola软件对模型的控制性能和数值计算能力较Matlab稍差,所以本文采用Matlab/Simulink软件建立EPS的控制模型。根据不同车速和转向力矩分析得到助力特性曲线设计应遵循的原则,最终确定了一组本文使用的直线型助力曲线。在Simulink中建立了电动机模型、脉宽调制模型,共同组建了EPS闭环PID控制模型。由于实现控制策略的过程是确定助力特性和跟踪助力特性的过程,本文通过仿真不同车速下的实际电流跟踪目标电流的比较情况,验证所建控制模型的有效性。通过Dymola与Matlab间的无缝仿真接口,进行仿真数据信息的传递,使整车模型与EPS控制系统相结合,实现机电一体化联合仿真。仿真结果表明,采用PID控制的电动助力转向系统能够达到汽车低速行驶时的转向轻便性,高速行驶时增强路感的设计目的。此外,本文利用xPC Target实时仿真平台对仿真模型进行无硬件仿真试验,与离线仿真结果比较,实时仿真结果具有良好的一致性,可以满足实时控制的要求,为以后的硬件在环仿真的试验和研究打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及目的
• 1.2 汽车转向技术的发展
• 1.3 电动助力转向系统组成及工作原理
• 1.4 电动助力转向系统的国内外研究现状
• 1.4.1 电动助力转向系统的国外研究现状
• 1.4.2 电动助力转向系统的国内研究现状
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 2 转向系统机械建模仿真平台比较与选择
• 2.1 转向系统机械建模仿真平台
• 2.1.1 通用仿真工具Matlab/Simulink
• 2.1.2 多体系统专用仿真工具Adams
• 2.1.3 面向对象的物理系统建模工具Modelica/Dymola
• 2.1.4 仿真平台的比较
• 2.2 Modelica/Dymola的具体应用
• 2.3 本章小结
• 3 基于Modelica/Dymola整车模型建立与验证
• 3.1 整车顶层模型库的结构
• 3.1.1 模型接口类型
• 3.1.2 标准对象模型库
• 3.1.3 整车顶层对象分解
• 3.2 驾驶员模型
• 3.3 底盘模型
• 3.3.1 车身模型
• 3.3.2 车轮模型
• 3.3.3 前悬架模型
• 3.3.4 后悬架模型
• 3.3.5 建立底盘模型
• 3.4 路面模型
• 3.5 空气阻力模型
• 3.6 建立整车模型
• 3.7 仿真模型验证
• 3.8 本章小结
• 4 电动助力转向系统控制策略研究与验证
• 4.1 EPS系统助力特性分析
• 4.1.1 助力特性曲线理论分析
• 4.1.2 直线型助力特性曲线设计
• 4.2 EPS系统的控制策略研究
• 4.2.1 控制模式分析
• 4.2.2 控制方法选择
• 4.2.3 本文采用的控制策略
• 4.3 电动助力转向控制模型的验证
• 4.4 本章小结
• 5 EPS系统的联合仿真和实时仿真系统验证
• 5.1 建立联合仿真系统模型
• 5.1.1 联合仿真的接口设置
• 5.1.2 联合仿真模型的建立
• 5.2 系统联合仿真分析
• 5.2.1 转向盘角脉冲仿真试验
• 5.2.2 双移线试验
• 5.2.3 转向轻便性试验
• 5.2.4 路感分析
• 5.3 xPC Target实时仿真系统验证
• 5.3.1 xPC Target实时仿真系统简介
• 5.3.2 xPC Target系统验证
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 问题与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢