电动助力转向系统建模与仿真分析

发布时间：2017-09-10 21:33

  本文关键词：电动助力转向系统建模与仿真分析

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【摘要】：随着汽车技术的发展、道路交通的改善及人们对驾驶操控性能要求的提高,现代汽车对操纵稳定性、舒适性和安全性提出了新的更高要求。而汽车转向系统作为人与汽车之间的操作纽带,其系统性能的好坏直接关系到驾驶员驾驶过程中的舒适性机及安全性。电动助力转向作为新一代的转向系统,因其独有的优点,已成为研究与生产的热点。本论文在二自由度车辆模型的基础上,考虑了侧倾对车辆操纵稳定性的影响,基于整车动力学应用滑模变控制理论对电动助力转向系统性能进行了仿真分析,这对加快我国汽车电动助力转向系统产业化有积极的作用。论文的主要研究工作如下:(1)EPS系统模型的建立本文首先对EPS系统组成部分进行模块划分,然后对EPS系统转向阻力矩的形成机理进行了分析,最后分别分析并建立了转向系统模型、电机模型、整车模型、轮胎模型、垂直载荷模型各子系统的数学模型。(2)电动助力转向系统控制策略的分析首先根据行驶工况对EPS系统功能的要求,分析了EPS控制策略的构成框架,即EPS控制策略可分为基本助力、回正、阻尼及补偿控制四大类。然后分析了系统的工况识别模块,最后对各控制策略给出了详细的工程计算及控制逻辑分析。(3)控制理论分析及仿真模型搭建首先应用PID控制方法对PID控制器进行了参数整定。其次,为了提高系统自适应和抗干扰能力,应用滑模变控制理论设计了滑模变结构控制器。最后用matlab/simulink软件搭建了包含机械模型和控制器模型的完整EPS仿真模型。(4)EPS系统仿真及结果分析首先在所建模型的基础上对EPS助力特性进行了验证,其次对比分析了PID控制和滑模控制的目标电流及检测转矩的跟随性能,最后选取了系统瞬态响应、转向轻便性、低速及高速回正性能对汽车转向系统进行了评价。
【关键词】：电动助力 整车动力学 仿真分析 控制策略
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 汽车转向系统概述8
• 1.2 电动助力转向系统8-11
• 1.2.1 电动助力转向系统特点8-9
• 1.2.2 电动助力转向系统分类9
• 1.2.3 电动助力转向系统研究概况9-11
• 1.3 研究目的及意义11
• 1.4 本文主要研究内容11-14
• 2 电动助力转向系统动力学模型的建立14-30
• 2.1 EPS系统的结构原理14-15
• 2.2 EPS系统转向阻力矩分析15-18
• 2.2.1 转向系统内部阻力矩15-16
• 2.2.2 原地转向阻力矩16-17
• 2.2.3 行车转向阻力矩17-18
• 2.3 EPS系统数学模型的研究18-22
• 2.3.1 电动转向数学模型18-20
• 2.3.2 助力电机数学模型20-22
• 2.4 三自由度整车模型22-24
• 2.5 FIALA桥石轮胎模型24-26
• 2.6 轮胎垂直载荷模型26-28
• 2.7 本章小结28-30
• 3 电动助力转向控制策略的研究30-44
• 3.1 EPS系统基本框架30-31
• 3.2 EPS系统转向工况判断31-32
• 3.3 EPS基本助力控制32-37
• 3.3.1 EPS系统三种基本助力特性32-34
• 3.3.2 EPS系统基本助力特性参数确定34-37
• 3.4 EPS系统回正控制37-38
• 3.5 EPS系统阻尼控制38-39
• 3.6 EPS系统补偿控制39-42
• 3.6.1 惯性补偿39-40
• 3.6.2 阻尼补偿40-41
• 3.6.3 摩擦补偿41-42
• 3.7 本章小结42-44
• 4 电动助力转向控制理论分析与建模44-60
• 4.1 PID助力控制44-48
• 4.1.1 PID控制理论概述44-45
• 4.1.2 PID控制常规Z-N整定方法45-47
• 4.1.3 PID参数的工程整定方法47-48
• 4.2 滑模变结构助力控制48-51
• 4.2.1 滑模变结构控制原理48-50
• 4.2.2 滑模变结构控制器的设计50-51
• 4.3 EPS仿真模型搭建51-58
• 4.3.1 EPS机械系统模型的建立52-55
• 4.3.2 EPS系统控制器模型的建立55-58
• 4.4 本章小结58-60
• 5 电动助力转向系统仿真及分析60-68
• 5.1 EPS系统仿真模型验证60-62
• 5.1.1 EPS系统助力特性验证60
• 5.1.2 扭矩跟随性能仿真验证60-61
• 5.1.3 目标电流跟随性能仿真61-62
• 5.2 转向系统性能仿真分析62-66
• 5.2.1 汽车瞬态响应仿真62-63
• 5.2.2 转向轻便性仿真63-64
• 5.2.3 回正性能仿真64-66
• 5.3 本章小结66-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68
• 6.2 展望68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-76
• 附录76
• A. 作者在攻读学位期间参与的科研项目76
• B. 作者在攻读学位期间申请的专利76

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本文编号：826786