汽车电动助力转向系统控制策略的研究与开发

发布时间：2017-07-06 12:07

  本文关键词：汽车电动助力转向系统控制策略的研究与开发

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【摘要】：随着经济和科学技术快速地发展,人们开始对汽车转向系统的性能也是越来越注重并且也开始对转向系统的要求不断地再提高。而且汽车转向系统的性能也影响着汽车的操纵稳定性以及汽车行驶的安全性。同纯机械转向系统相比,电动助力转向系统(Electric Power Steering,EPS)解决了转向轻便性的问题,还可以根据不同的工况获得合适的助力来辅助转向,助力特性可变。不仅转向轻便性得到提高,而且汽车操纵稳定性,舒适性以及安全性都得到了提高。EPS系统可以满足人们对汽车操纵性的高要求,又具有节能环保的优点,越来越受到人们的青睐,而且装配简单、占用空间小,非常适合在汽车上装配,因此,EPS系统有很大的应用领域及市场发展空间。目前,EPS系统在国内还处于成长期,核心技术大部分都被国外行业垄断,国内汽车EPS系统控制策略的优化以及可靠性还有待提高。因此,本文针对汽车EPS系统,进行了控制策略的相关研究与试验。本文应用在CarSim软件建立了汽车的模型主要有汽车的发动机以及传动系统模型、制动系统模型、转向系统模型、悬架系统模型以及轮胎模型等。并且对建立的整车模型进行验证,验证模型的有效性。还分析了EPS系统的基本结构及工作原理,还对EPS系统的关键零部件进行了分析,主要包括助力电机、助力电机减速机构、传感器、电磁离合器以及电子控制单元。研究了汽车EPS系统的总体控制策略以及系统的助力特性,对助力电机的转矩控制方式以及模糊-PID控制策略进行研究,经过分析得出匹配本文EPS系统的助力特性,并且对助力特性进行了参数的分析和计算。在建立的EPS系统的数学模型的基础上,应用Matlab/Simulink完成了转向盘及输入轴仿真模型、电机及减速机构仿真模型、输出轴及齿轮齿条仿真模型、控制器的仿真模型以及EPS系统总体仿真模型的建立。再把应用CarSim建立的整车模型和基于Matlab/Simulink建立的EPS总体模型进行联合仿真验证控制策略的有效性,仿真结果表明设计的控制策略不仅使汽车转向时的操纵稳定性以及轻便性得到提高,而且还使汽车的回正性能得到提高。
【关键词】：汽车 电动助力转向 控制策略 仿真
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 汽车转向系统的简介9-13
• 1.2 EPS系统的国内外研究历史、现状及发展趋势13-16
• 1.2.1 国外研究历史及发展状况13-14
• 1.2.2 国内研究历史及发展状况14-15
• 1.2.3 发展趋势15-16
• 1.3 课题目的和意义16-17
• 1.4 课题研究的主要内容、技术路线17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 基于CarSim的汽车动力学建模及其特性试验仿真19-29
• 2.1 MSC CarSim简介19-20
• 2.2 Car Sim求解器的类型20-21
• 2.3 CarSim整车模型建立21-27
• 2.3.1 车体参数22-23
• 2.3.2 发动机和传动系统模型23-24
• 2.3.3 制动系模型24
• 2.3.4 悬架模型24-25
• 2.3.5 转向系统模型25-26
• 2.3.6 轮胎模型26-27
• 2.4 整车模型的验证27-28
• 2.5 本章小节28-29
• 第3章 汽车EPS系统结构、工作原理及关键部件研究29-38
• 3.1 EPS系统的结构及工作原理29-30
• 3.1.1 EPS系统的结构29
• 3.1.2 EPS系统基本工作原理29-30
• 3.2 EPS系统分类30-32
• 3.2.1 管柱助力式30-31
• 3.2.2 小齿轮助力式31
• 3.2.3 齿条助力式31-32
• 3.3 EPS系统关键部件32-37
• 3.3.1 助力电机32-34
• 3.3.2 助力电机的减速机构34-35
• 3.3.3 转矩传感器35-36
• 3.3.4 电磁离合器36-37
• 3.3.5 电子控制单元（ECU）37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 汽车EPS系统控制策略及助力特性研究38-51
• 4.1 EPS系统总体控制策略研究38-46
• 4.1.1 总体控制策略的控制过程38
• 4.1.2 EPS系统控制模式38-40
• 4.1.3 助力电机控制策略40-46
• 4.2 助力特性的研究46-50
• 4.2.1 助力特性理论分析46-47
• 4.2.2 助力特性的类型47-48
• 4.2.3 助力特性的匹配设定48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 基于MATLAB/Simulink的EPS系统模型的建立与CarSim整车模型的联合仿真51-68
• 5.1 MATLAB/Simulink软件的介绍51
• 5.2 EPS系统模型的简化51-52
• 5.3 EPS系统数学模型的建立52-54
• 5.4 EPS系统Simulink仿真模型的建立54-56
• 5.4.1 转向盘及输入轴的仿真模型54
• 5.4.2 电机及减速机构的仿真模型54-55
• 5.4.3 输出轴及齿轮齿条的仿真模型55
• 5.4.4 控制器的仿真模型55-56
• 5.4.5 EPS系统的总体仿真模型56
• 5.5 EPS系统的仿真分析56-57
• 5.6 CarSim整车模型与Simulink中EPS模型的联立57-61
• 5.7 转向响应仿真61-66
• 5.7.1 同一转矩输入不同车速61-62
• 5.7.2 同一车速输入不同转矩62-63
• 5.7.3 转向盘角阶跃输入的瞬态响应63-64
• 5.7.4 转向回正性能的试验64-66
• 5.8 试验台试验66-67
• 5.8.1 输入转矩/马达电流特性试验结果与分析66-67
• 5.8.2 输入转矩/输出转矩特性试验结果与分析67
• 5.9 本章小结67-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文74

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本文编号：526127