汽车电动助力转向系统的控制与仿真

论文摘要

汽车电动助力转向系统(EPS)是近年来发展起来的一种新型转向系统,具有节约燃料、减轻自重、提高主动安全性、有利于环保等一系列优点,正逐步取代传统的液压动力转向,成为世界汽车技术发展的研究热点之一。计算机性能的飞速提高和虚拟样机仿真技术的迅速发展,为电动助力转向技术的深入研究提供了必要的条件。ADAMS是世界上应用最广泛的机械系统动力学仿真分析软件。本文基于ADAMS软件,对装备EPS系统的整车多体动力学虚拟样机模型进行了仿真控制分析。首先对EPS系统的结构、工作原理、特点、发展及现状等进行了阐述。利用ADAMS/Car模块建立了装备EPS系统的整车多体动力学模型,模型包括前／后悬架、转向系统、前后车轮、路面谱,另外在转向轴上增加了助力转矩的简化模型,来模拟EPS系统的助力作用。研究了EPS系统助力特性的理想形式与基本特征参数,比较分析了不同形式助力曲线参数的影响。结合所建样机模型,确定了一种车速感应型助力特性曲线,仿真结果证明了EPS在提高汽车低速行驶转向时的轻便性方面有显著作用。利用模糊PD控制对电机电流控制,实现自适应。介绍了ADAMS/Controls联合仿真方法,研究了EPS系统的补偿控制策略,在MATLAB/Simulink中建立控制模型,与ADAMS机械系统模型结合起来,进行机电一体化联合仿真分析。仿真结果证明,在潮湿光滑路面上行驶过程中,进行大角度快速转向,在助力中加入横摆补偿可以提高汽车的稳定性；在汽车低速行驶转向回正时,施加回正补偿可以改善汽车因摩擦转矩而导致的回正不足。最后,通过简化模型利用状态方程在Simulink中仿真,将仿真结果与联合仿真结果比较,证明对于复杂系统联合仿真效果更真实、准确。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车电动助力转向系统（EPS）概述
• 1.1.1 EPS的构成
• 1.1.2 EPS工作原理
• 1.1.3 EPS的类型
• 1.1.4 EPS的特点
• 1.2 电动助力转向系统的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 电动助力转向系统的研究现状
• 1.2.2 电动助力转向系统的发展方向
• 1.3 课题目的和意义
• 第2章 汽车EPS系统的数学建模和特性分析
• 2.1 基于ADAMS下的EPS系统数学模型
• 2.2 EPS系统的特性分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于ADAMS/Car的整车模型的建立
• 3.1 多体系统动力学分析软件ADAMS
• 3.2 ADAMS软件的计算方法
• 3.2.1 广义坐标选择
• 3.2.2 ADAMS算法
• 3.2.3 计算过程分析
• 3.3 ADAMS/Car模块介绍
• 3.4 整车动力学模型的建立
• 3.4.1 前、后悬架建模
• 3.4.2 转向系统建模
• 3.4.3 轮胎模型
• 3.4.4 动力系、制动系和车身模型
• 3.5 整车模型的建立与验证
• 3.5.1 整车模型的建立
• 3.5.2 整车模型验证
• 3.6 本章小结
• 第4章 EPS控制相关参数的选定
• 4.1 助力特性曲线的参数选定
• 4.1.1 助力特性的概念
• 4.1.2 电动助力转向系统的助力特性
• 4.1.3 三种不同的助力特性曲线
• 4.1.4 直线型助力特性曲线确定
• 4.2 助力转矩参数选定
• 4.3 本章小结
• 第5章 EPS系统的控制和仿真
• 5.1 仿真的环境介绍
• 5.2 EPS系统的联合仿真分析过程
• 5.2.1 模型输入输出变量
• 5.2.2 电动助力转向控制系统模型
• 5.2.3 联合仿真的数据传递
• 5.3 基于PID控制的EPS系统
• 5.3.1 PID控制方法概述
• 5.3.2 EPS系统的控制结构分析
• 5.4 基于模糊控制的EPS系统
• 5.4.1 模糊自适应PID的控制理论
• 5.4.2 模糊自适应PD控制规则的确定
• 5.4.3 轻便性仿真结果分析
• 5.5 横摆角速度补偿策略
• 5.6 回正补偿和阻尼补偿控制策略
• 5.6.1 控制算法
• 5.6.2 仿真分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 简化车模的EPS的仿真研究
• 6.1 简化后的EPS系统数学模型的建立
• 6.1.1 二自由度转向模型
• 6.1.2 轮胎模型
• 6.2 EPS系统的控制结构分析
• 6.3 本文采用的模糊自适应PD控制规则
• 6.4 仿真计算及结果分析
• 6.5 简化车模的不足
• 6.6 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 不足和展望
• 参考文献
• 致谢