线控转向系统控制算法研究

论文摘要

随着控制技术的高速发展,越来越多的电子控制设备被运用到汽车上。线控转向系统就是在这样的背景下产生的,其主要特征是用控制信号取代了转向盘和转向车轮之间的机械连接。虽然,线控转向系统至今还没有形成成熟的理论和产品,但其所显现的变传动比等优势是传统机械转向系统所无法比拟的,它是转向技术未来的研究方向,是转向系统发展的最高形式。到目前为止,几乎世界上的各大汽车厂商和研究机构都投入了一定人力和物力对线控转向系统进行研究。本文在借鉴国内外研究成果的基础上,围绕基于理想传动比的线控转向系统的控制算法,做了以下工作：介绍了线控转向技术的国内外研究现状和发展前景,对线控转向系统的系统结构、性能特点及关键技术作了简单阐述。在此基础上,进一步介绍了线控转向系统的结构原理,包括转向盘总成、转向执行机构、主控制器、自动防故障系统、电源等。建立了线控转向汽车的动力学模型和ADAMS整车模型。线控转向汽车动力学模型：在线控转向系统受力分析的基础上,建立了转向盘总成动力学模型和转向执行机构动力学模型。其次介绍了dugoff轮胎模型,推导了轮胎回正力矩的数学表达式并建模。最后建立了一个中等复杂的四自由度(车辆的纵向、横向、横摆以及侧倾自由度)汽车整车动力学模型。ADAMS整车模型：用ADAMS软件建立了用于实验仿真的整车模型,建模过程中,对不影响汽车转向系统性能的结构作了简化。在ADAMS整车模型的基础上,引入驾驶员模型和道路信息进行仿真试验,验证了模型的可行性。探讨了线控转向系统目标前轮转角控制算法。为了满足汽车的操作稳定性对转向系统提出的要求,在分析了转向系统角传动比的影响因素后,提出了线控转向系统的理想角传动比的概念。在理想角传动比的理论基础上,设计了线控转向系统目标前轮转角控制算法,并结合车辆模型进行了仿真试验。试验结果表明目标前轮转角控制算法对改善汽车的转向特性有很大的帮助。线控转向系统PID控制算法。为了进一步改善汽车的转向特性,结合线控转向系统的特点,提出了线控转向系统PID控制算法,并进行了仿真试验分析。分析结果表明该算法对线控转向系统具有较好的效果,能增强汽车的操作稳定性和安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 线控转向技术的发展现状及前景展望
• 1.2.1 线控转向技术的发展现状
• 1.2.2 线控转向技术的前景展望
• 1.3 线控转向系统的结构、性能特点及关键技术
• 1.3.1 线控转向系统的结构
• 1.3.2 线控转向系统的性能特点
• 1.3.3 线控转向系统的关键技术
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 线控转向系统的结构原理
• 2.1 转向盘总成
• 2.2 转向执行机构
• 2.3 主控制器
• 2.4 自动防故障系统
• 2.5 电源
• 第三章 线控转向系统车辆模型
• 3.1 线控转向系统模型
• 3.1.1 转向盘总成模型
• 3.1.2 转向执行机构模型
• 3.2 轮胎模型
• 3.2.1 dugoff轮胎模型
• 3.2.2 轮胎回正力矩模型
• 3.3 整车模型
• 3.4 基于ADAMS整车模型
• 3.4.1 ADAMS软件简介
• 3.4.2 ADAMS模型的建立
• 3.5 驾驶员模型
• 3.6 ADAMS模型分析验证
• 第四章 线控转向系统目标前轮转角控制算法
• 4.1 操纵稳定性与线控转向的关系
• 4.2 线控转向系统角传动比的要求
• 4.3 线控转向系统角传动比的影响因数
• 4.3.1 角传动比与转向盘转角的关系
• 4.3.2 角传动比与车速的关系
• 4.4 线控转向系统的理想角传动比
• 4.4.1 理想角传动比概念
• 4.4.2 理想角传动比确定方法
• 4.4.3 理想角传动比分析
• 4.5 线控转向系统目标前轮转角控制算法
• 4.5.1 前轮转角前馈补偿控制算法
• 4.5.2 横摆角速度反馈控制算法
• 4.6 仿真试验结果及其分析
• 4.6.1 转向盘转角阶跃输入
• 4.6.2 稳态回转试验
• 4.6.3 双移线仿真试验
• 第五章 线控转向系统PID控制算法
• 5.1 PID控制基本原理
• 5.1.1 模拟PID控制器
• 5.1.2 数字PID控制器
• 5.2 线控转向系统的PID控制算法
• 5.3 PID控制参数整定
• 5.4 线控转向系统PID控制仿真分析
• 5.4.1 横摆角速度与转向盘转角之间的比例关系的仿真分析
• 5.4.2 双移线路径跟随效果的仿真分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢