汽车电动助力转向系统的仿真技术研究

论文摘要

传统的液压动力转向系统不论系统是否工作都需消耗一定的能量,因此会额外增加汽车的燃油消耗量。电动助力转向系统完全取消液压装置,用电能取代液压能,减少了发动机的能量消耗。研究与开发电动助力转向系统,是与汽车发展中的安全、环保、节能相吻合,因而具有重要的意义。利用MATLAB/Simulink硬件在环仿真系统,结合现有电动助力转向系统,独立设计并建造出一套经实践证明有效的电动助力转向控制策略评估系统。并且利用该系统对比例控制和比例微分(PD)控制两种控制策略进行了测试和评估。助力控制是EPS的基本控制策略,其过程是控制器根据转向盘转矩传感器的输出和车速传感器的输出根据助力特性确定电动机的目标电流,然后由电流控制器控制电动机的电流,使电动机输出目标助力。EPS系统的控制要解决两个问题,一是确定电动机的目标电流,二是跟踪目标电流。电动机的目标电流是根据助力特性曲线确定的,电动机的电流控制通过调节电动机的电枢电压以PWM方式来实现。通过在建造的半实物仿真试验平台上的试验,不但证实了汽车电动助力转向的可行性,并得出了EPS系统对汽车特性的影响和不同控制策略的控制特性的差异,而且验证了半实物仿真试验所具有的综合性好,无破怀性,可重复性,安全、经济、可控、不受气候条件和场地空间的限制等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 传统的汽车助力转向系统
• 1.1.1 汽车转向系统分类
• 1.1.2 液压动力转向系统
• 1.1.3 电子控制动力转向系统
• 1.2 汽车电动助力转向系统
• 1.2.1 工作原理
• 1.2.2 基本结构组成
• 1.2.3 分类
• 1.2.4 特点
• 1.2.5 EPS 的发展现状与前景
• 1.3 仿真技术
• 1.3.1 系统仿真技术与应用
• 1.3.2 半实物仿真
• 1.3.3 仿真建模
• 1.3.4 MATLAB 与Simulink 仿真建模
• 1.4 课题研究的目的与意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 半实物仿真试验平台的设计与组建
• 2.1 电动助力转向系统的力学原理
• 2.2 电动助力转向系统关键部件的选型
• 2.2.1 转向器
• 2.2.2 驱动电机
• 2.2.3 减速机构
• 2.2.4 扭矩传感器
• 2.2.5 EPS 控制单元
• 2.2.6 EPS 驱动单元
• 2.3 半实物仿真试验平台的组建
• 第三章 电动助力转向系统控制策略
• 3.1 目标电流的确定
• 3.2 电动机电流的PID 控制
• 3.2.1 PWM 控制技术
• 3.2.2 PID 控制方法
• 3.2.3 电动机电流增量式数字PID 算法
• 3.3 电动助力转向控制策略MATLAB 逻辑框图
• 第四章 电动助力转向系统半实物仿真试验
• 4.1 试验内容及与相关概念
• 4.1.1 试验内容
• 4.1.2 相关概念
• 4.2 试验结果与分析
• 4.3 试验分析结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢