车辆低速转向阻力矩模型与复合电源式EPS自抗扰控制研究
发布时间：2021-04-21 06:16
重型商用车前轴载荷大,在转向时所需的转向功率较大,整车电源系统无法满足转向功率的需求,因此限制了电动助力转向系统（EPS）在重型商用车上的应用。为了探索EPS应用于重型商用车的技术方案,针对现有重型商用车整车电源系统无法为EPS提供足够功率的问题,本文提出了基于复合电源的商用车EPS系统,即在传统EPS的电源端集成一个超级电容（Super-Capacitor,SC）,简称为SC-EPS系统。为了确定超级电容在SC-EPS系统中的介入与退出机制,需要探明车辆在低速工况下转向阻力矩随车速、方向盘转角的变化规律,从而以此为依据确定SCEPS系统的工作模式。当系统处于复合电源供电模式时,针对超级电容端电压扰动的问题,提出自抗扰控制方案,以抑制系统的助力抖振。本文的主要研究内容为:第一,基于微积分原理建立了轮胎/路面原地转向摩擦力矩模型和车辆原地转向阻力矩模型;通过理论计算和仿真试验对所建模型进行了验证,模型仿真结果与实车试验结果吻合,分析了车辆原地转向阻力矩随前轴载荷、轮胎胎压、方向盘转角的变化规律。第二,通过有限元建模仿真和数值拟合得到了轮胎/路面低速转向摩擦力值和等效摩擦系数随车速变化的指...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究内容
1.2 相关问题的国内外研究现状
1.2.1 商用车EPS的发展动态及国内外研究现状
1.2.2 车辆转向阻力矩的国内外研究现状
1.2.3 轮胎/路面摩擦特性的国内外研究现状
1.2.4 复合电源的国内外研究现状
1.3 本文的主要研究工作
第二章 基于微积分原理的车辆原地转向阻力矩模型
2.1 原地转向阻力矩经验公式
2.2 原地转向阻力矩的组成部分
2.2.1 轮胎/路面原地转向摩擦力矩
2.2.2 主销内倾角产生的回正力矩
2.3 原地转向阻力矩模型
2.3.1 数学建模
2.3.2 理论计算与仿真试验验证
2.4 本章小结
第三章 基于有限元仿真的车辆低速转向阻力矩模型
3.1 轮胎/路面低速转向摩擦力的仿真计算
3.1.1 轮胎与路面建模
3.1.2 轮胎与路面材料特性
3.1.3 仿真过程与计算结果
3.2 低速转向阻力矩的组成部分
3.2.1 轮胎/路面低速转向摩擦力矩
3.2.2 主销后倾角、轮胎拖距产生的回正力矩
3.3 低速转向阻力矩模型
3.3.1 数学建模
3.3.2 仿真试验验证
3.4 重型商用车的低速转向阻力矩
3.5 本章小结
第四章 复合电源供电模式下SC-EPS系统自抗扰控制器设计
4.1 经典PID控制技术
4.2 自抗扰控制器的结构组成与具体算法
4.2.1 跟踪微分器
4.2.2 扩张的状态观测器
4.2.3 非线性状态误差反馈
4.2.4 扰动补偿
4.3 自抗扰控制器建模与仿真验证
4.3.1 跟踪微分器模块建模与仿真验证
4.3.2 扩张的状态观测器模块建模与仿真验证
4.3.3 非线性状态误差反馈模块建模
4.3.4 扰动补偿模块及整体控制器建模与仿真验证
4.4 本章小结
第五章 基于自抗扰控制的SC-EPS系统建模仿真与试验
5.1 SC-EPS系统助力特性曲线
5.1.1 助力特性曲线及其设计要求
5.1.2 助力特性曲线设计
5.2 SC-EPS系统数学建模
5.2.1 机械传动系统数学模型
5.2.2 助力电机数学模型
5.3 SC-EPS系统建模与仿真
5.3.1 SC-EPS系统仿真建模
5.3.2 SC-EPS系统仿真分析
5.4 电动循环球转向器台架试验
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间参与的科研项目及取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于调节/观测时间的自抗扰控制器参数整定[J]. 葛立明,李宗刚,王世伟,杜亚江. 控制与决策. 2017(07)
[2]自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 李杰,齐晓慧,万慧,夏元清. 控制理论与应用. 2017(03)
[3]原地转向阻力矩计算优化和试验验证[J]. 刘竞一,汪随风,周建文. 拖拉机与农用运输车. 2016(06)
[4]Design and Experiment of Electronic-hydraulic Loading Test-bed Based on Tractor’s Hydraulic Steering By-wire[J]. Yue JIN,Yang LU,Jiahui GONG,Zhixiong LU,Wenming LI,Jungan WU. Asian Agricultural Research. 2015(12)
[5]兼顾操纵性与节能性的ECHPS可变助力特性与控制策略[J]. 江浩斌,周泽磊,钱洋,刘海. 机械工程学报. 2015(22)
[6]采用模拟退火算法的电动汽车复合电源能量管理系统优化[J]. 王斌,徐俊,曹秉刚,续丹,邹忠月. 西安交通大学学报. 2015(08)
[7]基于微分几何的E-ECHPS车辆转向稳定性控制[J]. 唐斌,江浩斌,陈龙,耿国庆,尧骏. 农业机械学报. 2015(12)
[8]Dynamics of electromagnetic slip coupling for hydraulic power steering application and its energy-saving characteristics[J]. 唐斌,江浩斌,徐哲,耿国庆,徐兴. Journal of Central South University. 2015(05)
[9]一种混合动力汽车复合电源能量管理系统控制策略与优化设计方法研究[J]. 王琪,孙玉坤. 中国电机工程学报. 2014(S1)
[10]复合电源式混合动力公交车功率分配策略研究[J]. 王庆年,曲晓冬,于远彬,闵海涛. 汽车工程. 2014(04)
博士论文
[1]胎面橡胶摩擦机理及复杂工况下轮胎侧偏特性研究[D]. 杨一洋.吉林大学 2016
[2]大客车新型电控液压转向系统控制方法与关键技术研究[D]. 耿国庆.江苏大学 2014
[3]轮胎动摩擦特性研究及其对车辆操纵稳定性的影响[D]. 庄晔.吉林大学 2004
硕士论文
[1]多履带机器人编队控制与实验[D]. 冯思远.重庆大学 2018
[2]汽车电动助力转向控制系统研究[D]. 李朋超.山东理工大学 2016
[3]基于ABAQUS建模的轮胎接地性态分析[D]. 姚震.宁波大学 2015
[4]基于路面抗滑测试结果的汽车轮胎/路面摩擦特性转换研究及仿真[D]. 孟令智.长安大学 2014
[5]基于转向阻力矩的汽车转向特性研究[D]. 赵玉霞.重庆理工大学 2013
[6]基于ABAQUS的子午线轮胎的非线性有限元分析[D]. 杜春娟.重庆交通大学 2012
[7]汽车轮胎/路面摩擦系数的估计方法研究[D]. 王超.吉林大学 2008
[8]多轴转向汽车转向特性研究[D]. 王彦会.吉林大学 2005
本文编号：3151225
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究内容
1.2 相关问题的国内外研究现状
1.2.1 商用车EPS的发展动态及国内外研究现状
1.2.2 车辆转向阻力矩的国内外研究现状
1.2.3 轮胎/路面摩擦特性的国内外研究现状
1.2.4 复合电源的国内外研究现状
1.3 本文的主要研究工作
第二章 基于微积分原理的车辆原地转向阻力矩模型
2.1 原地转向阻力矩经验公式
2.2 原地转向阻力矩的组成部分
2.2.1 轮胎/路面原地转向摩擦力矩
2.2.2 主销内倾角产生的回正力矩
2.3 原地转向阻力矩模型
2.3.1 数学建模
2.3.2 理论计算与仿真试验验证
2.4 本章小结
第三章 基于有限元仿真的车辆低速转向阻力矩模型
3.1 轮胎/路面低速转向摩擦力的仿真计算
3.1.1 轮胎与路面建模
3.1.2 轮胎与路面材料特性
3.1.3 仿真过程与计算结果
3.2 低速转向阻力矩的组成部分
3.2.1 轮胎/路面低速转向摩擦力矩
3.2.2 主销后倾角、轮胎拖距产生的回正力矩
3.3 低速转向阻力矩模型
3.3.1 数学建模
3.3.2 仿真试验验证
3.4 重型商用车的低速转向阻力矩
3.5 本章小结
第四章 复合电源供电模式下SC-EPS系统自抗扰控制器设计
4.1 经典PID控制技术
4.2 自抗扰控制器的结构组成与具体算法
4.2.1 跟踪微分器
4.2.2 扩张的状态观测器
4.2.3 非线性状态误差反馈
4.2.4 扰动补偿
4.3 自抗扰控制器建模与仿真验证
4.3.1 跟踪微分器模块建模与仿真验证
4.3.2 扩张的状态观测器模块建模与仿真验证
4.3.3 非线性状态误差反馈模块建模
4.3.4 扰动补偿模块及整体控制器建模与仿真验证
4.4 本章小结
第五章 基于自抗扰控制的SC-EPS系统建模仿真与试验
5.1 SC-EPS系统助力特性曲线
5.1.1 助力特性曲线及其设计要求
5.1.2 助力特性曲线设计
5.2 SC-EPS系统数学建模
5.2.1 机械传动系统数学模型
5.2.2 助力电机数学模型
5.3 SC-EPS系统建模与仿真
5.3.1 SC-EPS系统仿真建模
5.3.2 SC-EPS系统仿真分析
5.4 电动循环球转向器台架试验
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间参与的科研项目及取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于调节/观测时间的自抗扰控制器参数整定[J]. 葛立明,李宗刚,王世伟,杜亚江. 控制与决策. 2017(07)
[2]自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 李杰,齐晓慧,万慧,夏元清. 控制理论与应用. 2017(03)
[3]原地转向阻力矩计算优化和试验验证[J]. 刘竞一,汪随风,周建文. 拖拉机与农用运输车. 2016(06)
[4]Design and Experiment of Electronic-hydraulic Loading Test-bed Based on Tractor’s Hydraulic Steering By-wire[J]. Yue JIN,Yang LU,Jiahui GONG,Zhixiong LU,Wenming LI,Jungan WU. Asian Agricultural Research. 2015(12)
[5]兼顾操纵性与节能性的ECHPS可变助力特性与控制策略[J]. 江浩斌,周泽磊,钱洋,刘海. 机械工程学报. 2015(22)
[6]采用模拟退火算法的电动汽车复合电源能量管理系统优化[J]. 王斌,徐俊,曹秉刚,续丹,邹忠月. 西安交通大学学报. 2015(08)
[7]基于微分几何的E-ECHPS车辆转向稳定性控制[J]. 唐斌,江浩斌,陈龙,耿国庆,尧骏. 农业机械学报. 2015(12)
[8]Dynamics of electromagnetic slip coupling for hydraulic power steering application and its energy-saving characteristics[J]. 唐斌,江浩斌,徐哲,耿国庆,徐兴. Journal of Central South University. 2015(05)
[9]一种混合动力汽车复合电源能量管理系统控制策略与优化设计方法研究[J]. 王琪,孙玉坤. 中国电机工程学报. 2014(S1)
[10]复合电源式混合动力公交车功率分配策略研究[J]. 王庆年,曲晓冬,于远彬,闵海涛. 汽车工程. 2014(04)
博士论文
[1]胎面橡胶摩擦机理及复杂工况下轮胎侧偏特性研究[D]. 杨一洋.吉林大学 2016
[2]大客车新型电控液压转向系统控制方法与关键技术研究[D]. 耿国庆.江苏大学 2014
[3]轮胎动摩擦特性研究及其对车辆操纵稳定性的影响[D]. 庄晔.吉林大学 2004
硕士论文
[1]多履带机器人编队控制与实验[D]. 冯思远.重庆大学 2018
[2]汽车电动助力转向控制系统研究[D]. 李朋超.山东理工大学 2016
[3]基于ABAQUS建模的轮胎接地性态分析[D]. 姚震.宁波大学 2015
[4]基于路面抗滑测试结果的汽车轮胎/路面摩擦特性转换研究及仿真[D]. 孟令智.长安大学 2014
[5]基于转向阻力矩的汽车转向特性研究[D]. 赵玉霞.重庆理工大学 2013
[6]基于ABAQUS的子午线轮胎的非线性有限元分析[D]. 杜春娟.重庆交通大学 2012
[7]汽车轮胎/路面摩擦系数的估计方法研究[D]. 王超.吉林大学 2008
[8]多轴转向汽车转向特性研究[D]. 王彦会.吉林大学 2005
本文编号：3151225
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