汽车电动助力转向系统特性仿真研究

论文摘要

汽车转向系统对汽车操纵稳定性有至关重要的作用。汽车转向系统已从传统机械式转向、液压助力转向、电控液压助力转向,发展到今天的电动助力转向,未来还将过渡到线控转向。现在比较流行电动助力转向(EPS)是一种依靠电动机直接提供转向助力力矩的动力转向系统,主要优点在于电动机可根据驾驶员施加在方向盘上转矩和车速信号通过微电脑控制提供相应的助力力矩,保证汽车回正迅速、准确,低速行驶时转向轻便,高速行驶时稳定可靠,并且节约燃料,利于环保,是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术,也是汽车动力转向系统发展的必然趋势。本文介绍了电动助力转向系统发展过程、工作原理、结构组成、主要类型及优势,对关键技术和控制难点也作了说明,阐述了国内外对电动助力转向系统控制策略的研究现状。本文阐述了PID控制策略和电动助力转向系统三种基本控制方式:助力控制、回正控制、阻尼控制,并对补偿控制做了说明。在此基础上对系统受力作了详细的分析,分别建立汽车二自由度力学模型、转向阻力矩力学模型和电动助力转向系统力学模型。研究电动机在比例控制和比例加微分控制下系统转向特性。在现有文献资料的基础上,论述了汽车操纵稳定性和转向系统评价方法,对转向系统评价指标:转向灵敏度、路感、系统稳定性进行重点分析,分别推导了转向灵敏度和转向路感的表达式。利用Matlab6.5的GUI平台开发仿真界面,编写相关程序得到转向灵敏度和路感的瞬态响应和频率响应,对比分析了比例控制和比例加微分控制下控制参数对评价指标的影响,并综合分析了系统其他参数对转向特性的影响,最后对系统稳定性做出评价。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外电动助力转向控制技术的研究现状
• 1.3 电动助力转向系统的关键技术和控制难点
• 1.4 电动助力转向系统存在的主要问题和解决方案
• 1.5 论文主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 电动助力转向系统结构及工作原理
• 2.1 电动助力转向系统工作原理
• 2.2 电动助力转向系统关键部件
• 2.2.1 扭矩传感器
• 2.2.2 电动机
• 2.2.3 电磁离合器
• 2.2.4 减速机构
• 2.2.5 电子控制单元（ECU）
• 2.3 电动助力转向系统的类型
• 2.3.1 转向柱助力式
• 2.3.2 小齿轮助力式
• 2.3.3 双小齿轮助力式
• 2.3.4 齿条助力式
• 2.4 电动助力转向系统的优点
• 2.5 本章小结
• 第三章 电动助力转向系统控制方法分析
• 3.1 电动助力转向系统控制的基本目标
• 3.1.1 控制算法的选择
• 3.1.2 PID调节参数的确定方法
• 3.2 电动助力转向系统的基本控制方式
• 3.2.1 助力控制
• 3.2.2 回正控制
• 3.2.3 阻尼控制
• 3.2.4 补偿控制
• 3.3 本章小结
• 第四章 电动助力转向系统力学模型的建立
• 4.1 电动助力转向系统受力分析
• 4.2 整车模型的建立
• 4.2.1 建立整车模型的条件
• 4.2.2 运动微分方程
• 4.3 转向阻力模型的建立
• 4.4 电动助力转向系统的动力学模型
• 4.4.1 转向盘模型
• 4.4.2 传感器模型
• 4.4.3 转向柱模型
• 4.4.4 助力电动机模型
• 4.5 本章小结
• 第五章 电动助力转向系统主要评价指标
• 5.1 汽车操纵稳定性的客观评价方法
• 5.2 电动助力转向系统主要评价指标及方法
• 5.2.1 转向灵敏度
• 5.2.2 转向路感
• 5.3 转向灵敏度和转向路感表达式推导
• 5.3.1 转向灵敏度表达式推导
• 5.3.2 转向路感表达式推导
• 5.4 本章小结
• 第六章 控制方法仿真分析
• 6.1 控制参数对单纯转向系统的影响
• 6.2 控制参数对转向灵敏度的影响
• 6.3 控制参数对转向路感的影响
• 6.4 其他参数对转向灵敏度和路感的影响
• 6.5 电动助力转向系统稳定性分析
• 6.6 电动助力转向系统优化分析
• 6.7 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢