商用车辆EPS系统总体设计及控制策略研究

论文摘要

电动助力转向系统(Electric Power Steering System,简称EPS),是继液压助力转向系统后出现的一种新型动力转向系统,具有液压助力转向系统无法比拟的优势,它不仅能节约能源,提高安全性,还有利于环境保护,是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术,是汽车转向系统发展的必然趋势。论文充分利用了汽车工程、人机工程,自动控制、机电一体化等多学科知识对商用车辆电动助力转向系统进行了系统地研究。选定SX3042GP改装车作为商用车辆电动助力转向系统的装备目标车型,结合目标车辆,考虑转向性能和安装空间,选用整体循环球式电动助力转向系统方案。此方案将电动机、蜗轮蜗杆减速器、循环球式转向器等做成一个总成,结构紧凑,制造装配方便。对转矩位置传感器、驱动电机、减速器等部件进行了分析选型及参数确定,采用了5路输出信号的BI转矩位置传感器、永磁直流无刷电机、蜗轮蜗杆减速器。确定了B氏曲线为EPS系统助力特性及相应的特性参数。根据设计的EPS系统,建立了车辆二自由度数学模型、转向系统数学模型、电动机数学模型和PID控制器数学模型,据此建立MATLAB/Simulink仿真模型,对转向盘转矩阶跃输入下的车辆横摆角速度响应进行仿真分析,仿真结果表明:加载PID控制的车辆在转矩阶跃输入下,横摆角速度响应的超调量和调整时间有明显改善。论文确定了EPS系统控制策略的逻辑边界条件,对助力控制、回正控制、阻尼控制和惯性惯量、阻尼和摩擦补偿控制进行了分析研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 动力转向系统的发展历程
• 1.3 EPS 的国内外研究现状
• 1.4 问题的提出和研究的意义
• 1.5 论文的主要内容
• 第二章 商用车辆电动助力转向系统的总体设计
• 2.1 目标车型选择
• 2.2 电动助力转向的机理及其类型
• 2.2.1 电动助力转向的机理
• 2.2.2 电动助力转向的类型
• 2.3 商用车辆EPS 系统的总体布置
• 2.4 商用车辆电动助力转向系统组成部件的选取
• 2.4.1 电动助力转向系统转矩传感器的选择
• 2.4.2 助力电动机的选型和功率确定
• 2.4.3 助力传动机构的选择和与电机匹配
• 2.5 助力特性
• 2.5.1 助力特性分类
• 2.5.2 助力特性曲线选择和参数确定
• 2.6 小结
• 第三章 商用车辆电动助力转向系统动力学模型的建立
• 3.1 整车模型的建立
• 3.1.1 建立车辆模型的条件
• 3.1.2 运动微分方程
• 3.2 电动助力转向系统模型建立
• 3.2.1 电动助力转向系统受力分析
• 3.2.2 电动助力转向系统的动力学模型
• 3.3 小结
• 第四章 EPS 仿真模型
• 4.1 系统仿真参数的确定
• 4.2 不加助力的车辆转向MATLAB/Simulink 模型
• 4.3 目标助力转矩输入下的车辆转向MATLAB/Simulink 仿真模型
• 4.4 转向盘转矩阶跃输入下的车辆横摆角速度仿真分析
• 4.5 小结
• 第五章 控制仿真策略设计与仿真分析
• 5.1 EPS 控制的目标
• 5.2 EPS 控制策略
• 5.2.1 EPS 控制策略内容
• 5.2.2 EPS 的基本控制策略控制模式选择的边界条件研究
• 5.3 助力控制
• 5.3.1 PID 控制的基础理论
• 5.3.2 仿真模型的建立
• 5.3.3 横摆角速度响应仿真分析
• 5.4 回正控制
• 5.5 惯性惯量、阻尼和摩擦补偿控制
• 5.6 小结
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢