本文關(guān)鍵詞：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模仿真及試驗(yàn)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(shí)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(guò)查閱電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)資料,介紹了汽車發(fā)展歷史上的五種轉(zhuǎn)向系統(tǒng),即：機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng),機(jī)械液壓助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng),電動(dòng)液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。簡(jiǎn)要介紹了每種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理,通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間的橫向?qū)Ρ?分析了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展前景,對(duì)比得出電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部分優(yōu)勢(shì),以此作為本文研究的出發(fā)點(diǎn)。本文的主要研究對(duì)象是管柱型的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Column Electric Power Steering System, CEPS),并對(duì)其結(jié)構(gòu)原理、控制策略、數(shù)學(xué)建模、Simulink仿真及試驗(yàn)分析等進(jìn)行相關(guān)介紹和闡述。首先,分析了EPS的動(dòng)力傳遞路線,并據(jù)此對(duì)EPS進(jìn)行簡(jiǎn)化,得到其簡(jiǎn)化模型：助力機(jī)構(gòu)、扭矩傳感器、助力電機(jī)、輸出軸、中間軸和齒輪齒條,并對(duì)各部分機(jī)構(gòu)模型分別分析其原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn),再通過(guò)力學(xué)分析,建立了各部分機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入輸出特點(diǎn),確定了狀態(tài)方程以方向盤扭矩、電動(dòng)機(jī)扭矩、路面隨機(jī)信號(hào)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角、電動(dòng)機(jī)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(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性進(jìn)行分析,通過(guò)對(duì)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(xì)分析,分析計(jì)算得到助力特性曲線的最大助力電流、開(kāi)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(jī)的輸出電流之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)之上,研究了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略,模糊控制、PID控制,設(shè)計(jì)了兩種目標(biāo)電流控制器,使得通過(guò)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(dòng)判斷助力電機(jī)的目標(biāo)電流。并通過(guò)仿真得到的助力曲線,對(duì)兩種目標(biāo)電流控制器分析對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)。再次,在Matlab/Simulink中建立目標(biāo)電流控制器仿真模型、助力電機(jī)仿真模型、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入輸出仿真模型,對(duì)每部分模型單獨(dú)仿真分析,并對(duì)仿真曲線進(jìn)行分析,確認(rèn)已達(dá)到設(shè)計(jì)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(duì)于車速變化時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),在保持車速不變的情況下,考察系統(tǒng)對(duì)于方向盤輸入扭矩變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng),仿真實(shí)驗(yàn)表明,實(shí)際電流能很好的跟蹤目標(biāo)電流,相應(yīng)速度較快,助力效果明顯,達(dá)到了控制策略設(shè)計(jì)要求。最后,分析講述了工程上EPS產(chǎn)品所需要做的試驗(yàn)及相關(guān)試驗(yàn)要求,并對(duì)較為重要的內(nèi)部摩擦力試驗(yàn)、助力試驗(yàn)及助力電機(jī)能力試驗(yàn)詳細(xì)講解。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析EPS性能,并在給定相關(guān)的評(píng)價(jià)區(qū)間時(shí),判斷EPS是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
【關(guān)鍵詞】：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 建模 控制策略 仿真 試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹15-20
• 1.2.1 電動(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類18-20
• 1.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀20-21
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容21-23
• 第2章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模23-30
• 2.1 引言23
• 2.2 助力機(jī)構(gòu)模型23-24
• 2.3 扭矩傳感器模型24
• 2.4 助力電機(jī)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(dòng)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(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性分析31-35
• 3.2.1 電動(dòng)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(dòng)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(yǔ)言變量的確定37-41
• 3.3.4 輸入信號(hào)的模糊化處理(Fuzzification)41
• 3.3.5 車速梯度曲線多項(xiàng)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(dòng)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(biāo)電流控制器仿真模型46-49
• 4.3 建立助力電機(jī)仿真模型49-52
• 4.4 建立電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的輸入輸出仿真模型52
• 4.5 電動(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的試驗(yàn)分析57-71
• 5.1 引言57-60
• 5.2 內(nèi)部摩擦力矩試驗(yàn)60-62
• 5.3 助力試驗(yàn)62-67
• 5.4 助力電機(jī)能力試驗(yàn)67-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論與展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 致謝76

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本文編號(hào)：545804