拖拉机电液助力转向系统的研究与仿真

论文摘要

拖拉机电控液压助力转向系统能够针对拖拉机的工作环境,提供足够的转向助力,提供更舒适的转向手感和节约转向能耗。本文自行设计了电动液压助力转向系统,对其进行了建模、助力特性和控制算法研究,并在此基础上进行了仿真。首先设计了电控液压助力转向系统的结构,阐述了该系统的工作原理,并对组成该系统的各个部件进行了逐一分析,建立了各个部分静态和动态的数学模型,并进行了数学模型简化。在对各部分模型深入分析的基础上,研究了电机转速与助力大小和转向跟随性的关系。依据人们对转向操控性的要求,重点研究了如何根据方向盘阻力矩控制电机转速,调节助力并获得较好转向手感,并采用PID控制方式作为系统控制算法。运用AMESim软件搭建了所设计电液助力转向系统。利用AMESim可以在单一的平台上建立复杂的一维多学科领域的机电液一体化系统模型,它能对任何元件和系统的动态性能进行仿真计算,能为工程设计提供快速、准确的解决方案的强大功能,建立了拖拉机EHPS系统的整体模型,设定系统模型中各部分的参数。在系统的整体模型基础上,对系统的控制参数进行调节,并对系统助力特性影响进行了仿真和分析。仿真结果表明:所设计的系统在节能的基础上,助力效果明显,助力扭矩随着方向盘阻力转矩按设设计的助力特性进行变化,所选择的转向系统的控制策略正确。最后,在得到系统较好的仿真结果后,对拖拉机EHPS系统的控制器硬件电路进行了初步设计,为实际控制器的制作提供参考。本文利用先进的计算机仿真技术节约系统的开发成本,加快系统的开发进度。为拖拉机电控液压助力转向系统的开发设计提供了很好的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 助力转向系统的发展及EHPS 系统的研究状况
• 1.2.1 助力转向系统的发展
• 1.2.2 EHPS 系统的研究状况和发展趋势
• 1.3 课题研究的内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究技术路线
• 本章小结
• 第二章 拖拉机EHPS 系统结构方案设计与总体分析
• 2.1 拖拉机助力转向系统的设计原则
• 2.2 EHPS 系统的结构方案比较与选择
• 2.2.1 基于电磁换向阀控制的EHPS 系统
• 2.2.2 基于转阀控制的EHPS 系统
• 2.3 EHPS 系统主要组成部分的数学模型
• 2.3.1 方向盘及转向轴模型
• 2.3.2 齿轮齿条模型
• 2.3.3 助力电机数学模型
• 2.3.4 油泵数学模型
• 2.3.5 转阀数学模型
• 本章小结
• 第三章 拖拉机EHPS 系统控制方法的研究
• 3.1 拖拉机EHPS 助力特性分析与选择
• 3.1.1 EHPS 助力特性分析比较
• 3.1.2 拖拉机EHPS 系统助力特性选择及参数确定
• 3.2 助力电机目标转速的确定
• 3.3 拖拉机EHPS 系统控制算法的选择
• 本章小结
• 第四章 拖拉机EHPS 系统的建模与仿真
• 4.1 AMEsim 仿真软件简介
• 4.1.1 AMESim 软件的模块和功能
• 4.1.2 AMESim 的应用库
• 4.1.3 AMESim 的超级元件功能
• 4.1.4 AMESim 与其它软件的接口功能
• 4.2 拖拉机 EHPS 系统的AMESim 模型
• 4.2.1 模拟信号源及方向盘模型
• 4.2.2 扭矩转换及扭矩传感器模型
• 4.2.3 助力电机模型
• 4.2.4 转阀模型
• 4.2.5 液压泵及助力油缸模型
• 4.2.6 齿轮齿条和轮胎模型
• 4.2.7 电控单元ECU
• 4.3 仿真结果分析
• 4.3.1 电机转速与齿条力的关系
• 4.3.2 拖拉机EHPS 系统控制参数的调节
• 4.3.3 拖拉机EHPS 系统助力特性仿真
• 本章小结
• 第五章 拖拉机EHPS 系统控制器硬件电路设计
• 5.1 AT89552 最小系统与电源电路设计
• 5.1.1 微控制器AT89552 最小系统
• 5.1.2 电源模块电路
• 5.2 A/D 转换和电平转换及串口电路
• 5.2.1 A/D 转换电路
• 5.2.2 电平转换及串口电路
• 5.3 路况选择开关及指示电路
• 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介