本文關(guān)鍵詞：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模仿真及試驗分析

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【摘要】：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System, EPS)是現(xiàn)代汽車中的最重要的子系統(tǒng)之一,同時也是汽車的安全件,為汽車的安全行駛提供必要的條件。本文通過查閱電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)國內(nèi)外的文獻資料,介紹了汽車發(fā)展歷史上的五種轉(zhuǎn)向系統(tǒng),即：機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng),機械液壓助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng),電動液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。簡要介紹了每種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理,通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間的橫向?qū)Ρ?分析了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢及發(fā)展前景,對比得出電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部分優(yōu)勢,以此作為本文研究的出發(fā)點。本文的主要研究對象是管柱型的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Column Electric Power Steering System, CEPS),并對其結(jié)構(gòu)原理、控制策略、數(shù)學建模、Simulink仿真及試驗分析等進行相關(guān)介紹和闡述。首先,分析了EPS的動力傳遞路線,并據(jù)此對EPS進行簡化,得到其簡化模型：助力機構(gòu)、扭矩傳感器、助力電機、輸出軸、中間軸和齒輪齒條,并對各部分機構(gòu)模型分別分析其原理及設(shè)計要點,再通過力學分析,建立了各部分機構(gòu)的數(shù)學模型。根據(jù)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入輸出特點,確定了狀態(tài)方程以方向盤扭矩、電動機扭矩、路面隨機信號為輸入變量,以為方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤轉(zhuǎn)速、齒條的位移、齒條的線速度、電動機的轉(zhuǎn)角、電動機的轉(zhuǎn)速輸出變量,之后聯(lián)立各方程,并最終得到系統(tǒng)的空間狀態(tài)方程。其次,對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性進行分析,通過對三種助力特性曲線(直線型助力特性曲線、折線型助力曲線和曲線型助力特性曲線)分別詳細分析,分析計算得到助力特性曲線的最大助力電流、開始助力的最小方向盤扭矩及方向盤輸入最大扭矩,即確定了隨車速、方向盤輸入扭矩與助力電機的輸出電流之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)之上,研究了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略,模糊控制、PID控制,設(shè)計了兩種目標電流控制器,使得通過方向盤扭矩與汽車行駛速度的輸入,控制策略可以基于汽車行駛速度和駕駛員施加在方向盤上的扭矩大小,自動判斷助力電機的目標電流。并通過仿真得到的助力曲線,對兩種目標電流控制器分析對比優(yōu)缺點。再次,在Matlab/Simulink中建立目標電流控制器仿真模型、助力電機仿真模型、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入輸出仿真模型,對每部分模型單獨仿真分析,并對仿真曲線進行分析,確認已達到設(shè)計要求。之后將建立好的各子模型聯(lián)立,可以得到EPS系統(tǒng)的仿真模型。在方向盤輸入扭矩保持不變的情況下,設(shè)置不同的車速以考察系統(tǒng)對于車速變化時的動態(tài)響應(yīng),在保持車速不變的情況下,考察系統(tǒng)對于方向盤輸入扭矩變化的動態(tài)響應(yīng),仿真實驗表明,實際電流能很好的跟蹤目標電流,相應(yīng)速度較快,助力效果明顯,達到了控制策略設(shè)計要求。最后,分析講述了工程上EPS產(chǎn)品所需要做的試驗及相關(guān)試驗要求,并對較為重要的內(nèi)部摩擦力試驗、助力試驗及助力電機能力試驗詳細講解。通過試驗數(shù)據(jù)分析EPS性能,并在給定相關(guān)的評價區(qū)間時,判斷EPS是否達到設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 建模 控制策略 仿真 試驗
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11-15
• 1.2 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹15-20
• 1.2.1 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理15-18
• 1.2.2 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類18-20
• 1.3 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀20-21
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容21-23
• 第2章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學建模23-30
• 2.1 引言23
• 2.2 助力機構(gòu)模型23-24
• 2.3 扭矩傳感器模型24
• 2.4 助力電機模型24-26
• 2.5 輸出軸模型26
• 2.6 中間軸模型26
• 2.7 齒輪齒條模型26-27
• 2.8 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型27-29
• 2.9 本章小結(jié)29-30
• 第3章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特性分析與控制策略30-46
• 3.1 引言30-31
• 3.2 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性分析31-35
• 3.2.1 電動助力轉(zhuǎn)向助力特性曲線類型31-33
• 3.2.2 確定助力特性曲線參數(shù)33-35
• 3.3 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力控制策略35-43
• 3.3.1 模糊控制理論36
• 3.3.2 模糊控制器算法選擇36-37
• 3.3.3 模糊控制器語言變量的確定37-41
• 3.3.4 輸入信號的模糊化處理(Fuzzification)41
• 3.3.5 車速梯度曲線多項式擬合41-43
• 3.4 PID控制43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第4章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在Matlab/Simulink仿真46-57
• 4.1 引言46
• 4.2 建立目標電流控制器仿真模型46-49
• 4.3 建立助力電機仿真模型49-52
• 4.4 建立電動助力轉(zhuǎn)向的輸入輸出仿真模型52
• 4.5 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真模型52-53
• 4.6 助力特性仿真結(jié)果分析53-55
• 4.7 本章小結(jié)55-57
• 第5章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的試驗分析57-71
• 5.1 引言57-60
• 5.2 內(nèi)部摩擦力矩試驗60-62
• 5.3 助力試驗62-67
• 5.4 助力電機能力試驗67-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論與展望71-73
• 參考文獻73-76
• 致謝76

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本文編號：545804