电动助力转向匹配分析及性能评价研究

发布时间：2017-04-27 10:05

  本文关键词：电动助力转向匹配分析及性能评价研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：1．前言 电动助力转向系统采用助力电机直接提供转向助力，由电子控制单元根据车速、转向盘扭矩等信号，控制助力大小。由于EPAS完全抛弃了传统液压动力转向的液压机构，而且助力特性可以随着车速变化而变化，因此能够节约燃料，提高主动安全性，有利于环保，是一项紧扣汽车发展主题的高新技术，所以一经出现就受到了高度重视。目前，国外各大汽车公司和零部件供应商几乎都己完成批量生产EPAS的技术储备，并且已经将EPAS作为选装件应用到少量车型上。由于多方面的原因，国内在近几年才开始电动助力转向系统的研究，不过发展势头却十分强劲。已经有吉林大学、清华大学等多家高校和企业正在从事EPAS的研究与开发工作。 本文依托吉林省自然科学基金项目，“汽车电动助力转向控制技术及其与整车的匹配”，建立了电动助力转向系统的动力学模型，应用计算机仿真与试验相结合的手段，围绕EPAS的匹配设计和性能评价展开了研究。 2．论文的主要内容 本文共分六章，研究内容可以归纳如下： 第一章，概述了传统液压动力转向和电控液压动力转向的优缺点；介绍了EPAS的发展现状、工作原理、关键部件、分类和发展方向。通过与传统液压动力转向系统相比较，指出EPAS具有节约燃料、能够很好地协调汽车低速行驶时的转向轻便性和高速行驶时的路感之间的矛盾、无泄漏有利于环保等许多HPS和EHPS无法实现的优点，说明EPAS是动力转向技术的发展方向之一，具有广阔的应用前景。 第二章，建立了转向轴助力式的EPAS动力学模型，对转向轴助力式、小齿轮助力式和齿条助力式三种型式的EPAS模型进行了统一。建立了整车两自由度动力学模型，同时确定了转向阻力矩，通过给定直线型助力特性，确定了助力电机的输出扭矩。运用状态空间的分析方法对EPAS动力学模型 吉林大学硕士研究生学位论文 进行了求解计算，通过与双纽线和蛇形两种典型工况道路试验测得的试验数 据相对比，验证了模型的正确性。 第三章，对EPAS的助力特性与整车的匹配设计进行了研究。首先介绍 了E队S助力特性的基本概念和直线型助力特性、折线型助力特性、曲线型 助力特性三种典型助力特性的特点;仿真分析了直线型助力特性的助力增益 系数对转向轻便性、路感以及整车动态响应的影响，结果表明:增加直线型 助力特性的助力增益系数可以提高转向轻便性，并且能使汽车转向运动的动 态反应变快，但是却降低了高速行驶时的路感;通过调整车速感应系数，，使 整车侧向加速度在0.39时的转向盘扭矩，与文献[24〕给出的研究结果一致的 方法，确定了车速感应系数，得出了直线型助力特性的助力增益曲线族。 第四章，对E队S的助力电机、扭矩传感器、减速机构与整车的匹配设 计进行了研究。探讨了助力电机匹配设计的基本问题:总结了各种电机的特 点，由于永磁无刷直流电机具有能够提供更大的扭矩、效率高、控制器简单 等特点，因此电机更适合在EPAS上应用;比较了三种助力型式E队S的特 点，具体车型采用何种型式主要依据汽车前轴的空间大小、前轴荷、电机的 特性等来确定;电机最大输出扭矩应与前轴荷、减速机构、转向系的传动比 相匹配;电机的转速应与驾驶员转动转向盘的转速相匹配。仿真分析了电机 转动惯量对系统动态性能的影响，结果表明:电机的转动惯量对系统的动态 性能有很大影响，电机的转动惯量过大，转向盘扭矩、整车横摆角速度都出 现了抖动现象，并开始发散，为保证系统的稳定，电机的转动惯量应尽可能 小。仿真分析了减速机构减速比对整车性能的影响。指出，减速机构的减速 比放大了助力电机的输出扭矩，同时也放大了助力电机的转动惯量等电机参 数对系统的影响。因此，增加减速比可以提高转向轻便性，却降低了汽车高 速行驶时的路感，同时使汽车转向运动的动态反应变差。仿真分析了扭矩传 感器刚度对系统的影响，仿真结果表明:随着传感器刚度的降低汽车转向运 动的动态反应变差;并且扭矩传感器刚度的降低可以增强整车的不足转向性 能，设计扭矩传感器的时候要综合考虑其对整车动态性能和不足转向性能两 方面的影响。 第五章，总结和探讨了适合E队S的性能试验与评价指标，并给出了部 分试验实例。其中，针对转向轻便性可进行原地转向试验与双纽线试验或用 台架试验模拟原地转向试验，采用转向盘平均作用力、转向盘最大作用力和 摘要 旦里旦照照照组旦口旦里口口绝绝里 作用效能指标三项评价指标。对于转向盘中间位置区域性能可进行蛇行试验 或转向盘转角正弦输入试验，采用转向盘力矩与侧向加速度关系曲线和转向 盘力矩与转向盘转角关系曲线中的侧向加速度为0.19时转向盘力矩梯度等七 个评价指标。转向回正性可参照GB/T 6323.4一94汽车操纵稳定性试验方法 中的转向回正性试验进行。此外E队S总成，还需要进行助力特性、转向盘 振动、能量消耗、可靠性等一系列评价与试验。 第六章，总结了本文的主要内容和结论，并展望了下一阶段的研究方向。
【关键词】：电动助力转向 匹配 评价 建模 仿真 助力特性 电机
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U463
【目录】：

• 第一章 绪论6-15
• 1.1 传统动力转向技术的发展6-8
• 1.1.1 液压动力转向系统6-7
• 1.1.2 电控液压动力转向系统7-8
• 1.2 电动助力转向系统的结构及工作原理8-13
• 1.2.1 电动助力转向系统的发展现状8-9
• 1.2.2 电动助力转向系统的工作原理9-10
• 1.2.3 电动助力转向系统的分类10-11
• 1.2.4 电动助力转向系统的关键部件11-12
• 1.2.5 电动助力转向系统的优点和发展方向12-13
• 1.3 本文研究的内容与意义13-15
• 第二章 EPAS仿真模型的建立与验证15-30
• 2.1 电动助力转向系统的建模15-21
• 2.1.1 转向轴助力式EPAS物理模型的建立15-17
• 2.1.2 转向轴助力式EPAS动力学模型的建立17-19
• 2.1.3 三种助力型式EPAS模型的统一19-21
• 2.2 二自由度整车动力学模型的建立21-22
• 2.2.1 二自由度整车动力学模型的理论假设21
• 2.2.2 二自由度整车动力学模型的建立21-22
• 2.3 转向阻力矩的确定22-23
• 2.3.1 轮胎力学模型的理论假设22
• 2.3.2 侧向力与回正力矩的确定22-23
• 2.4 转向助力矩的确定23-24
• 2.5 仿真模型的求解24-27
• 2.6 仿真模型的验证27-30
• 2.6.1 双纽线工况的模型验证27-28
• 2.6.2 蛇行工况的模型验证28-30
• 第三章 EPAS助力特性的匹配分析30-39
• 3.1 EPAS助力特性的曲线特征30-32
• 3.2 助力特性匹配设计的基本问题32
• 3.3 直线型助力特性助力增益系数的匹配分析32-35
• 3.3.1 对轻便性影响的比较分析33-34
• 3.3.2 对路感影响的比较分析34-35
• 3.3.3 对横摆角速度响应影响的比较分析35
• 3.4 车速感应系数的确定35-39
• 3.4.1 车速感应系数的确定方法35-36
• 3.4.2 直线型助力特性车速感应系数的仿真确定36-39
• 第四章 电机、减速机构及传感器的匹配分析39-53
• 4.1 助力电机的匹配分析39-44
• 4.1.1 助力电机匹配设计的基本问题39
• 4.1.2 助力电机的类型选择39-40
• 4.1.3 助力电机布置位置的选择40-41
• 4.1.4 电机尺寸形状与布置空间的匹配41
• 4.1.5 电机输出扭矩与轴荷、减速机构、转向系传动比的匹配41
• 4.1.6 电机转速与转向盘转速的匹配41-42
• 4.1.7 助力电机转动惯量的匹配分析42-44
• 4.2 助力电机减速机构的匹配分析44-48
• 4.2.1 助力电机减速机构匹配设计的基本问题44-45
• 4.2.2 助力电机减速机构类型的选择45
• 4.2.3 蜗轮蜗杆减速机构减速比的匹配分析45-48
• 4.3 扭矩传感器的匹配分析48-53
• 4.3.1 扭矩传感器匹配设计的基本问题48-49
• 4.3.2 扭矩传感器类型的选择49-50
• 4.3.3 扭矩传感器刚度的匹配分析50-53
• 第五章 EPAS的基本性能评价53-66
• 5.1 转向轻便性评价53-56
• 5.1.1 转向轻便性评价指标53-54
• 5.1.2 转向轻便性试验实例54-56
• 5.2 转向回正性评价56-57
• 5.3 转向盘中间位置区域性能评价57-60
• 5.3.1 转向盘中间位置区域性能评价指标57-58
• 5.3.2 转向盘中间位置区域性能试验实例58-60
• 5.4 转向盘振动评价60-61
• 5.4.1 转向盘振动评价指标60
• 5.4.2 转向盘振动试验实例60-61
• 5.5 助力特性评价61-63
• 5.5.1 助力特性评价指标61-62
• 5.5.2 助力特性试验实例62-63
• 5.6 能量消耗评价63-64
• 5.6.1 能量消耗评价指标63
• 5.6.2 能量消耗试验实例63-64
• 5.7 可靠性评价64-66
• 第六章 全文总结66-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73-74
• 摘要74-77
• ABSTRACT77-79

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 徐春华;牛继高;;电动助力转向系统试验分析[J];洛阳理工学院学报(自然科学版);2008年02期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 徐春华;牛继高;;电动助力转向系统试验及结果分析[A];第六届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张春花;汽车电动助力转向系统动态特性及控制研究[D];中南林业科技大学;2007年

2 刘维艳;液压助力转向建模及对操纵稳定性的影响分析[D];吉林大学;2011年

3 刘晶晶;轻型汽车电控转向系统设计与试验[D];吉林大学;2011年

4 方志刚;液压助力转向系统与整车的匹配[D];武汉理工大学;2011年

5 徐炜;汽车主动前轮转向系统研究[D];华南理工大学;2011年

6 赵志勇;电动助力转向系统回正控制研究[D];燕山大学;2012年

7 杨新诺;线控转向匹配分析与控制策略研究[D];武汉理工大学;2006年

8 朱思斌;汽车电动助力转向系统特性研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

9 李涛涛;线控转向系统操纵性改善策略与转向盘回正力矩研究[D];吉林大学;2007年

10 刘冰;汽车线控转向系统硬件在环试验台研究与开发[D];吉林大学;2008年

  本文关键词：电动助力转向匹配分析及性能评价研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：330392