基于全局功率匹配的E-ECHPS系统助力特性设计与能耗分析

发布时间：2017-07-28 22:21

  本文关键词：基于全局功率匹配的E-ECHPS系统助力特性设计与能耗分析

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【摘要】：当前,重型车辆仍旧普遍沿用助力特性单一的液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering,简称HPS),因其设计特点,导致车辆在转向过程中无法实现低速轻便与高速“路感”的良好兼容。同时,因HPS系统助力转向油泵由发动机直接驱动,转向油泵转速随车速升高而增大,容易超出溢流阀限,产生较大溢流损失,导致转向系统能耗较高,造成整车能耗偏大,燃油经济性下降。针对以上不足,根据所研究的电磁离合器式电控液压助力转向系统(Electromagnetic Clutch-Electrical Controlled Hydraulic Power Steering,简称E-ECHPS)的系统结构优点,通过在发动机与转向器转向油泵之间增设一套电磁离合器(Electromagnetic Clutch-Electrical,简称ESC)装置,在实现输出助力可调的同时,基于全局功率匹配原理设计助力特性曲线,实现了转向系统低速轻便与高速“路感”的统一,并兼顾了系统节能性。本文通过如下内容对整个系统进行建模与仿真,并进行了ESC的相关台架实验,为后续的开发工作积累了理论基础:在对E-ECHPS系统和ESC的结构组成及工作原理的分析基础之上,建立了AMESim与Matlab/Simulink的动态联合仿真模型。根据转向阻力矩的形成原理及数学模型,推导出了特定车速下的转向阻力矩分布情况。并利用实验,验证了ESC经验公式的准确性。基于全局功率匹配原理,设计了全局功率匹配的助力特性。该助力特性通过接受瞬时转向阻力矩信号调节ESC输入电流大小,通过改变ESC转差实现系统输出助力矩与转向阻力矩的匹配。设计了E-ECHPS系统的双闭环控制方法,并在此基础上对全局功率匹配助力特性及整车模型进行联合仿真,结果表明在改变转向阻力矩而不改变输入力矩的情况下,全局功率匹配助力特性很好地适应了转向阻力矩的变化情况,使系统输出助力跟随阻力矩发生相应变化,克服了传统助力特性的设计不足;同时通过对E-ECHPS系统与HPS系统操纵稳定性的仿真实验对比,E-ECHPS系统能够显著提高重型车辆在转向时的低速轻便性与高速“路感”。在对比HPS系统的基础上,研究了E-ECHPS系统的节能机理。通过对E-ECHPS系统的能量流特性进行分析,对本系统各环节能耗建立相应模型,并进行多工况仿真。通过仿真数据对比,结果表明E-ECHPS系统较HPS系统在能量节约方面作用明显,能耗降低约44%。搭建了ESC实验台架。通过ESC台架实验,获得了在模拟实际工况下ESC响应敏捷性、稳定性和转差回收与损耗的实验数据,实验结果表明ESC响应敏捷,稳定性好,且能够较好实现转差能量回收,损耗较少。
【关键词】：重型车辆 电控液压助力转向 全局功率匹配 转向阻力矩 操纵稳定性 节能机理
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 汽车转向系统概述及分类12-16
• 1.1.1 液压助力转向系统13-14
• 1.1.2 电液助力转向系统14-15
• 1.1.3 电子助力转向系统15-16
• 1.1.4 线控助力转向系统16
• 1.2 电磁离合器概述16-17
• 1.3 课题研究的目的及意义17-18
• 1.4 课题主要研究内容18-20
• 第二章 E-ECHPS系统组成与建模20-38
• 2.1 E-ECHPS系统组成及工作原理20-23
• 2.1.1 E-ECHPS系统基本组成20-21
• 2.1.2 E-ECHPS系统工作原理21
• 2.1.3 ESC结构和工作原理21-23
• 2.2 E-ECHPS系统建模23-29
• 2.2.1 机械子系统模型23-24
• 2.2.2 液压子系统模型24-27
• 2.2.3 经验模型验证27-29
• 2.3 整车模型建立29-30
• 2.4 转向阻力矩模型30-34
• 2.4.1 原地阻力矩模型31
• 2.4.2 车辆行驶时的转向阻力矩模型31-34
• 2.5 建立联合仿真模型34-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 E-ECHPS全局功率匹配设计38-61
• 3.1 E-ECHPS全局功率匹配原理38-40
• 3.1.1 负载与泵的功率匹配39
• 3.1.2 泵与动力源的功率匹配39-40
• 3.1.3 全局功率匹配40
• 3.2 全局功率匹配助力特性设计40-51
• 3.2.1 转向瞬时阻力矩确定40-41
• 3.2.2 驾驶员理想转向盘力矩分析41-43
• 3.2.3 特征车速下的全局功率匹配助力特性43-48
• 3.2.4 等效转向阻力矩的实际测量48-51
• 3.3 E-ECHPS全局功率匹配控制方法51-54
• 3.3.1 ESC的控制要求51-52
• 3.3.2 ESC的双闭环控制52-53
• 3.3.3 ESC控制仿真分析53-54
• 3.4 E-ECHPS全局功率匹配仿真验证54-59
• 3.4.1 全局功率匹配助力特性仿真54-56
• 3.4.2 转向操纵稳定性仿真56-59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 E-ECHPS系统能耗分析61-73
• 4.1 E-ECHPS系统节能原理61-64
• 4.1.1 HPS系统转向油泵转速-流量特性61-62
• 4.1.2 E-ECHPS系统转向泵转速-流量特性62-63
• 4.1.3 E-ECHPS转差能量回收63-64
• 4.2 E-ECHPS系统能量流分析64-65
• 4.2.1 能量流理论64
• 4.2.2 E-ECHPS系统能量流64-65
• 4.3 E-ECHPS系统能耗模型65-67
• 4.3.1 转向油泵能耗模65-66
• 4.3.2 转阀损耗66
• 4.3.3 液压管路损耗66
• 4.3.4 ESC的损耗66-67
• 4.3.5 E-ECHPS系统总瞬时损耗模型67
• 4.4 多种工况下的能耗对比67-71
• 4.4.1 直线行驶工况67-69
• 4.4.2 转向行驶工况69-71
• 4.4.3 综合损耗对比71
• 4.5 本章小结71-73
• 第五章 E-ECHPS系统台架实验73-80
• 5.1 ESC实验台架73-74
• 5.2 实验仪器74-75
• 5.3 调速实验75-76
• 5.4 转差能量回收实验76-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 总结80-81
• 6.2 展望81-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 攻读学位期间参加的科研项目及学术成果86

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本文编号：586349