轻中型商用车电动助力转向系统的研究

论文摘要

电动助力转向(EPS)系统不仅具有体积小、重量轻、结构简单、安装和维修方便、节能环保的优点,而且可以改善汽车的操纵性能、提高驾驶舒适性和安全性,已渐渐取代液压助力转向(HPS)系统,可广泛应用于乘用车、商用车等众多车型。目前,针对轻中型商用车电动助力转向系统,国内外尚无相关文献和研究,因此研究开发轻中型商用车的电动助力转向系统并使之推广应用,对提高我国汽车产业的技术水平有极为重要的意义。本学位论文旨在对轻中型商用车电动助力转向系统的关键技术进行研究,为轻中型商用车的电动助力转向系统的设计与开发提供了较为系统的理论依据。本文的主要内容及研究成果有:设计了适用于轻中型商用车电动助力转向系统的两种助力传动耦合机构,通过对这两种方案的动力学及运动学分析,以及对转向性能影响的分析与比较,选取适用于商用车的助力传动耦合机构,为后面的系统设计提供了理论依据。根据轻中型商用车的助力传动耦合机构设计轻中型商用车EPS系统,进行硬件选用与分析;建立了轻中型商用车EPS系统的动力学模型,进一步推导得到适合控制的状态方程;提出了评价综合EPS系统和转向操纵性能指标,并推导相关表达式;通过计算与仿真研究各可变参数对转向操纵性能指标的影响,为EPS系统各参数的选择和优化打下理论基础,为优化、开发系统做好准备。分析了商用车的助力特性曲线的特点,提出了轻中型商用电动助力转向系统中转向助力特性曲线设计要求并研究了具体设计方法,结合某车型给出具体设计实例。为后面的助力控制提供理论依据,为实际应用打下了理论基础。对EPS系统的控制策略进行分析,重点对车用永磁无刷直流电机进行相关研究。研究了直流电机的位置检测技术及弱磁原理,对EPS系统中电机控制进行仿真分析,为研制EPS控制系统提供必要的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 电动助力转向系统概述
• 1.1.1 电动助力转向的主要组成及助力形式
• 1.2 研究的理论意义和现实意义
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.4 轻中型商用车电动助力转向系统的关键技术
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 轻中型商用车EPS 系统的传动耦合结构设计及分析
• 2.1 机构方案设计
• 2.1.1 蜗轮蜗杆助力传动机构设计
• 2.1.2 差动轮系助力传动机构设计
• 2.2 两种方案性能对比
• 2.2.1 蜗轮蜗杆助力传动机构方案分析
• 2.2.1.1 运动学分析
• 2.2.1.2 动力学分析
• 2.2.2 差动轮系助力传动机构方案分析
• 2.2.2.1 运动学分析
• 2.2.2.2 动力学分析
• 2.3 对比与分析
• 2.4 小结
• 3 轻中型商用车EPS 系统的组成设计及原理分析
• 3.1 引言
• 3.2 电动助力转向系统总体技术要求
• 3.3 电动助力转向系统各部分特点及选用
• 3.3.1 电动机
• 3.3.1.1 电动机功能及型式
• 3.3.1.2 车用电机的主要要求
• 3.3.1.3 直流电机的工作原理
• 3.3.2 减速机构
• 3.3.3 扭矩传感器
• 3.3.4 车速传感器
• 3.3.5 电磁离合器
• 3.3.6 光学编码器
• 3.3.7 电子控制器ECU
• 3.3.8 故障保护
• 3.4 小结
• 4 轻中型商用车EPS 系统动力学建模及各参数对操纵性能的影响分析
• 4.1 系统各部件的动力学模型
• 4.2 系统的状态空间描述
• 4.3 汽车操纵性能的的表达式分析与推导
• 4.3.1 转向路感表达式推导
• 4.3.2 转向灵敏度表达式推导
• 4.4 各种参数对转向操纵性能影响的研究
• 4.4.1 对转向路感的影响分析
• 4.4.2 对转向灵敏度的影响分析
• 4.5 稳定性分析
• 4.6 小结
• 5 轻中型商用车EPS 转向助力特性曲线研究
• 5.1 引言
• 5.2 电动助力转向系统中不同的助力特性曲线
• 5.3 轻中型商用车转向助力特性曲线设计要求分析
• 5.4 商用车助力特性曲线的确定方法
• 5.4.1 理想转向手力与车速之间的关系
• 5.5 具体设计实例
• 5.5.1 助力特性曲线设计的基本原则
• 5.5.2 轻中型某型商用车转向助力特性曲线的计算
• 5.6 小结
• 6 EPS 系统控制策略及车用直流电机的研究
• 6.1 EPS 系统控制策略的研究
• 6.1.1 电动助力转向系统控制的目标与方法
• 6.1.2 电机电流控制方法的控制策略
• 6.1.3 EPS 控制系统设计
• 6.2 车用永磁无刷直流电机的研究
• 6.2.1 位置信号及其检测技术
• 6.2.1.1 位置传感器位置检测
• 6.2.1.2 无位置传感器位置检测
• 6.2.1.3 永磁无刷直流电机位置检测的分析
• 6.2.2 车用永磁无刷直流电机控制系统仿真
• 6.2.2.1 永磁无刷直流电机的数学模型
• 6.2.2.2 系统设计
• 6.2.2.3 仿真分析
• 6.2.3 永磁无刷直流电机弱磁控制
• 6.3 小结
• 7 轻中型商用车EPS 系统台架试验方案设计
• 7.1 EPS 系统台架试验的要求
• 7.2 试验台功能
• 7.3 台架试验方案的设计
• 7.3.1 EPS 硬件系统的构建与选型
• 7.3.2 试验方案的确定
• 7.4 小结
• 总结与展望
• 全文总结
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文与研究成果目录