电动液压助力转向系统动力学分析与能量分布研究

论文摘要

节能减排是现代汽车发展的一个重要目标。电动液压助力转向系统采用电动机驱动液压油泵,不仅节约了能量,而且能够根据汽车行驶工况调整助力的大小,获得良好的路感。此外这种转向系统还具有结构简单紧凑、安装布置方便等优点,在国内外多款车型上得到广泛采用。国内对该系统的研究尚处于起步阶段,核心零部件技术仍被国外垄断。因此对该系统的研究是十分必要的。本文研究的主要内容有:首先分析了EHPS系统的工作原理和转向控制阀在汽车各行驶状态时的工作特性。其次将EHPS系统分为机械模块、液压模块、电机模块以及控制模块,分别建立各模块的数学模型及仿真模型。并建立了整车操纵动力学模型。确定了模型中的各项参数的数值。为下一步的仿真分析研究打下基础。根据转向盘力矩特性,通过仿真分析,得到各车速下转向回正力矩特性;提出了转向助力特性曲线的设计方法。通过分析EHPS系统的转阀的工作特性曲线,确定了电动机转速与车速、转向盘角速度的关系。最后提出了EHPS系统的控制方法,并仿真分析了系统的助力特性。分别参考转向盘角阶跃输入实验和转向盘中间位置操纵稳定性试验,对EHPS系统进行仿真分析,确定整车横摆角速度、转向操纵力以及助力液压缸两侧的压力差等系统响应特性。并分析了转向系统各参数对这些响应特性的影响。然后分析了EHPS系统各子系统的能量消耗以及它们之间的能量流动。电动液压助力转向系统的能量消耗主要取决于其在转向中间位置状态的能耗性能。最后分析了转向系统各参数对系统能耗的影响。本文通过对微型轿车电动液压助力转向系统的助力特性和能量流动的分析,探讨了EHPS系统与微型轿车的匹配方法。运用数学模型理论和仿真试验方法,搭建了电动液压助力转向系统与整车的仿真研究平台,并探索了EHPS系统各参数变化对整车操纵稳定性和能量消耗的影响,为后续EHPS系统的优化设计与开发提供了理论与工程基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 车辆动力转向系统概述
• 1.2 电动液压助力转向系统国内外研究现状
• 1.2.1 电动液压助力转向系统国外研究进展
• 1.2.2 国内发展电动液压助力转向系统所开展的工作
• 1.3 本课题研究的目的和意义
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 电动液压助力转向系统介绍
• 2.1 电动液压助力转向系统概述
• 2.1.1 电动液压助力转向系统的总体组成
• 2.1.2 电动液压助力转向系统的工作原理
• 2.1.3 再接通保护
• 2.1.4 电控液压助力转向系统的优点
• 2.2 电液动力转向系统的主要结构与功能
• 2.2.1 转向角速度传感器
• 2.2.2 电动泵总成
• 2.2.3 液压控制单元
• 2.3 本章小结
• 第3章 EHPS 动力学分析与仿真模型建立
• 3.1 EHPS 系统机械部分模型
• 3.1.1 转向盘到小齿轮的动力学方程
• 3.1.2 小齿轮、齿条及液压助力缸的运动方程
• 3.1.3 转向回正力矩的分析
• 3.1.4 摩擦力模型
• 3.1.5 汽车原地转向时的转向阻力矩分析
• 3.2 液压系统的数学模型
• 3.2.1 转向控制阀的动态数学模型
• 3.2.2 转向控制阀的阀间隙面积数学模型
• 3.3 液压动力缸流量的数学模型
• 3.4 电机的机械动态数学模型
• 3.5 车辆操纵动力学模型
• 3.5.1 齿条位移与车轮转角的关系
• 3.5.2 整车操纵动力学模型
• 3.5.3 侧倾引起的车轮垂直载荷转移
• 3.5.4 车轮有效侧偏角
• 3.5.5 轮胎的有效侧偏力
• 3.6 电动液压助力转向系统的仿真模型
• 3.6.1 机械部分的仿真模型
• 3.6.2 液压系统的仿真模型
• 3.6.3 整车动力学模型
• 3.7 模型中参数的确定
• 3.8 本章小结
• 第4章 EHPS 系统转向助力特性曲线分析及控制研究
• 4.1 概述
• 4.2 转向盘力矩特性
• 4.2.1 转向盘力矩的组成
• 4.2.2 路感的分析
• 4.2.3 不同工况下对转向盘力矩的要求
• 4.3 不同车速下转向阻力矩仿真分析
• 4.3.1 转向盘转角随车速变化的特性
• 4.3.2 仿真模型的验证
• 4.3.3 转向阻力矩的仿真分析
• 4.4 转向助力特性曲线的设计要求
• 4.5 EHPS 转向助力特性曲线设计方法
• 4.6 理想的转向助力特性曲线
• 4.6.1 理想转向操纵力与车速、转向盘转角之间的关系
• 4.6.2 转向助力与理想转向操纵力之间的关系
• 4.7 EHPS 助力特性曲线特点分析
• 4.7.1 转阀的工作特性曲线
• 4.7.2 电动机转速与车速、转向盘角速度的关系
• 4.7.3 助力特性曲线的计算
• 4.8 EHPS 的助力控制分析
• 4.8.1 电机的转速控制
• 4.8.2 求解电机电流和泵流量的子模块
• 4.9 EHPS 的助力特性曲线仿真分析
• 4.9.1 转向助力的仿真模型验证
• 4.9.2 转向助力特性的仿真
• 4.10 本章小结
• 第5章 EHPS 系统的仿真分析与能耗研究
• 5.1 EHPS 系统的仿真分析
• 5.1.1 转向盘转角阶跃输入仿真分析
• 5.1.2 转向盘中间位置操稳性实验仿真分析
• 5.2 系统各主要参数对转向系统的影响
• 5.2.1 扭杆刚度
• 5.2.2 活塞有效面积
• 5.2.3 转向系统的传动比
• 5.2.4 电动机的电枢电压
• 5.2.5 控制阀的阀间隙面积
• 5.3 电动液压助力转向系统的能量流分析
• 5.4 EHPS 能量流的仿真分析
• 5.5 基于能量消耗的系统参数灵敏度分析
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文