汽车电动助力转向系统动力学分析与控制研究

论文摘要

电动助力转向系统(Electric Power Steering System,简称EPS)是汽车动力转向的发展方向,是继液压动力转向系统之后,汽车转向技术的又一次飞跃。它具有体积小、重量轻、结构简单、安装和维修方便、节能环保的优点,更重要的是它具有优越的性能,如可随车速变化调整转向助力大小从而可获得不同的转向路感,可广泛应用于轿车、货车等众多车型,国外已有多家汽车公司采用此种先进的转向系统。我国汽车产业急需研究开发这种高新技术产品,因此对这种转向系统进行研究和开发是十分必要的。本文通过对汽车电动助力转向系统基本组成结构与工作原理详细分析,在对转向系统进行受力分析的基础上建立了EPS系统动力学模型,并整合出包括EPS系统、轮胎模型和汽车二自由度模型在内的整车模型,为助力特性曲线设计和系统模型仿真提供理论依据;对电动助力转向系统的关键技术助力特性进行了分析与研究。在保证助力特性的基础上,设计出直线型助力特性曲线;设计开发了基于Analog Devices公司ADUC7026芯片的控制系统硬件电路。控制电路设计包括电子控制单元设计、电源电路、电机驱动电路、离合器驱动电路、信号处理电路等;对电动助力转向系统控制策略进行了分析研究,重点对助力电动机的电流PID控制进行了仿真研究;最后,结合前文研究内容利用仿真软件MATLAB/SIMULINK对所设计转向系统模型进行仿真分析,得出仿真结果,理论上验证了所设计汽车电动助力转向系统的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车转向系统发展概述
• 1.2 电动助力转向系统简介
• 1.2.1 电动助力转向系统基本结构与工作原理
• 1.2.2 电动助力转向系统的类型
• 1.2.3 电动助力转向系统的特点
• 1.3 本课题的研究目的和意义
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 电动助力转向系统动力学分析与建模
• 2.1 电动助力转向系统受力分析
• 2.1.1 系统受力
• 2.1.2 转向阻力与路感
• 2.2 电动助力转向系统动力学模型
• 2.2.1 转向系统模型
• 2.2.2 汽车二自由度动力学模型
• 2.2.3 轮胎模型
• 2.2.4 电动机模型
• 2.3 电动助力转向系统整车模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 电动助力转向系统转向助力特性研究
• 3.1 助力特性分析
• 3.1.1 转向轻便性与路感的概念
• 3.1.2 EPS系统对助力特性的基本要求
• 3.2 助力特性曲线的设计
• 3.2.1 转向助力特性曲线及分类
• 3.2.2 直线型助力特性曲线的设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 电动助力转向系统的硬件设计
• 4.1 电动助力转向系统硬件设计总体结构
• 4.2 电子控制单元设计
• 4.3 控制系统电路设计
• 4.3.1 控制系统电源电路
• 4.3.2 电机驱动电路
• 4.3.3 离合器驱动电路
• 4.3.4 信号处理电路
• 4.4 硬件可靠性措施
• 4.4.1 电源与集成芯片去耦
• 4.4.2 隔离技术
• 4.5 本章小结
• 第5章 电动助力转向系统控制策略研究
• 5.1 电动助力转向系统的控制模式
• 5.1.1 助力控制
• 5.1.2 阻尼控制
• 5.1.3 回正控制
• 5.2 电动机电流控制策略
• 5.2.1 电动机转矩特性
• 5.2.2 电动机电流的PID控制方法
• 5.3 仿真结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢