（車輛工程專業(yè)論文）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向微型客車匹配及控制技術(shù).pdf

碩 二學(xué)位論文 摘要 代表汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 具有體積小 重量輕 結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 安裝和維修方便 節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn) 可以隨車速變化調(diào)整助力大小 從而獲得不同的路感 國(guó)外已有多個(gè)汽車產(chǎn)品采用這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 技術(shù)也比較成 熟 我國(guó)在該系統(tǒng)關(guān)鍵零部件開發(fā)上還與國(guó)外有一定差距 且一般應(yīng)用在中高檔 汽車上 因此 對(duì)微型車匹配這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行研究是十分必要的 本文的目的在于研究微型客車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析 建模 控制 評(píng)價(jià)以及相關(guān)的車輛操縱動(dòng)力學(xué)規(guī)律 為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 開發(fā)及與微 車的匹配提供理論基礎(chǔ) 本文的研究成果主要有 通過分析電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 路感 的產(chǎn)生機(jī)理 轉(zhuǎn)向力的組成和來(lái)源 相 互影響因素和關(guān)系 得出不同車速行駛條件下駕駛員所期望的轉(zhuǎn)向盤力矩規(guī)律 從而對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向針對(duì)不同工況所提供的助力矩提出要求 根據(jù)要求建立所選 車型的整車多體動(dòng)力學(xué)模型 并通過對(duì)比實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證其準(zhǔn)確性 為進(jìn)一步 的分析工作打下基礎(chǔ) 參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和研究 提出描述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的與低速轉(zhuǎn)向系輕便 性 高速操縱穩(wěn)定性和檢測(cè)整車動(dòng)力學(xué)特性的相關(guān)試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法 為電動(dòng)助力 轉(zhuǎn)向的性能檢測(cè)評(píng)價(jià)工作制定了規(guī)范 針對(duì)汽車不同工況下的轉(zhuǎn)向力特性 提出了e p s 助力特性設(shè)計(jì)的基本要求和 三種常見的助力方式及特性曲線 制定了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向開發(fā)中的分析流程和方法 通過仿真試驗(yàn)分析 對(duì)比不同的助力特性曲線在該微型車上的不同效果 確定了 以直線型助力曲線作為該車型的設(shè)計(jì)目標(biāo) 并選擇國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)仿真研究的理想轉(zhuǎn) 向力矩?cái)?shù)據(jù)得到了車速感應(yīng)型助力特性曲線 運(yùn)用a d a m s c a r 和s i m u l i n k 建立電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制模塊和整車動(dòng)力學(xué) 模型組成完整的動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng) 對(duì)所設(shè)計(jì)的車速感應(yīng)型直線型助力特性曲線進(jìn) 行聯(lián)合仿真 得到了在五種工況下的仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù) 最后運(yùn)用整車轉(zhuǎn)向特性評(píng)價(jià) 方法驗(yàn)證了助力特性設(shè)計(jì)的正確性 本文通過微型客車用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的型式和控制技術(shù)研究 探尋電動(dòng)助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與微型客車的匹配應(yīng)用方法 運(yùn)用仿真和試驗(yàn)手段 探索電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 與微車操縱性的關(guān)鍵匹配技術(shù) 解決措施和評(píng)價(jià)方法 并搭建了底盤電子控制仿 真研究平臺(tái) 為微車企業(yè)設(shè)計(jì)和開發(fā)e p s 系統(tǒng)提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ) 關(guān)鍵詞 微型客車 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 操縱性匹配 性能評(píng)價(jià) 控制技術(shù) 碩上學(xué)位論文 a b s t r a c t e l e c t r i cp o w e ra s s i s t e ds t e e r i n gw h i c hi st h ef u t u r eo fs t e e r i n gt e c h n o l o g yh a s a d v a n t a g e so fs m a l l e rv o l u m e l i g h t e rw e i g h t s i m p l e rs t r u c t u r e e a s i e ri n s t a l l a t i o n a n dm a i n t e n a n c e l o w e rc o n s u m p t i o n b e t t e re n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n e t c m o r e o v e r i tp r o v i d e sd i f f e r e n ts t e e r i n gf e e lb ya d j u s t i n ga s s i s t e df o r c ea c c o r d i n gt o v e h i c l e s p e e d al o to fe x t e r n a lf a m o u sv i e h c l e sh a v ea d o p t e dt h i sk i n do fs t e e r i n gs y s t e m i t s t e c h n o l o g y i sm o r em a t u r et h a no u r n a t i o n e s p e c i a l l yk e yp a r t s a s s e m b l i y d e v e l o p m e n t t h e r e f o r e i ti sn e c e s s a r yf o rm i n i v a na u t o m o b i l ei n d u s t r yo fo u r c o u n t r yt om a s t e rt h i sk i n do fs t e e r i n gs y s t e ma ss o o na sp o s s i b l e i ti so fg r e a t i m p o r t a n c et or e s e a r c hi t t h et h e s i sa i m st or e s e a r c ht h em o d e l i n g d y n a m i ca n a l y s i s c o n t r o lo fe p sa n d t h er u l e so fv e h i c l eh a n d l i n gd y n a m i c s t om a k eat h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ed e s i g na n d d e v e l o p m e n t o fe p s t op r o v i d er e f e r e n c e s f o re p s d e s i g n d e v e l o p m e n ta n d m a t c h i n gw i t hm i n i v a n t h i st h e s i sm a k e ss o m ea d v a n c eo nt h e s ef o l l o w i n ga s p e c t s s t e e r i n gw h e e lt o r q u ed r i v e rd e s i r e da td i f f e r e n ts p e e di so b t a i n e db ya n a l y z i n g t h ec a u s eo f s t e e r i n gf e e l c o m p o s i t i o no fs t e e r i n gf o r c ea n ds o u r c e i n t e r a c t i n g f a c t o r sa n dr e l a t i o n s h i p so fe l e c t r i cp o w e rs t e e r i n gs y s t e m t h e nr e q u i r e m e n t sf o r a s s i s t e d t o r q u eo fe p sa r em a d e t h em u l t i b o d yd y n a m i c sa n a l y s i sm o d e lf o r c o m p l e t ev e h i c l ei sb u i l tf o rt h em i n i v a na sa ne x a m p l e t h ev e r a c i t yo ft h i sm o d e li s v a l i d a t e db yr e a lc a rt e s td a t a a n df o u n d a t i o nf o rt h en e x ta n a l y z a t i o ni sa l s ol a i d t a k en a t i o n a ls t a n d a r d sa n dr e s e a r c ha sr e f e r e n c e s t e s ta n da s s e s s m e n tm e t h o d s a b o u t l o w s p e e ds t e e r i n gp o r t a b i l i t y h i g h s p e e dh a n d l i n ga n ds t a b i l i t y v e h i c l e d y n a m i c sd e t e c t i o na r ep r e s e n t e dt op r o v i d ep e r f o r m a n c et e s tw o r kw i t hr e g u la t i o n s t h eb a s i cr e q u i r e m e n t sa b o u te p s a s s i s t i n gp e r f o r m a n c ea r ep o s s e s s e dt o s t e e r i n gf o r c ep e r f o r m a n c eu n d e rd i f f e r e n to p e r a t i o nc o n d i t i o n s s od o e st h r e en o r m a l a s s i s tt y p e sa n dc u r v e s p e r f o r m a n c ec u r v ew i t hb e e l i n ei sa c h i e v e d a n dt h ei d e a l s t e e r i n gt o r q u ed a t aa n dc u r v ef o rd y n a m i cs i m u l a t i o nr e s e a r c ha r ec h o s e n p e r f o r m a n c ec u r v ew i t hb e e l i n ei sc o n t r o l l e d b yd y n a m i c sc o n t r o ls y s t e m c o n s i s t e do fe p sm o d e l ea n dm u l t i b o d yd y n a m i c sa n a l y s i sm o d e lf o rc o m p l e t e v e h i c l e f i n a l yt h ec o r r e c t n e s so fa s s i s tp e r f o r m a n c ed e s i g ni sv a l i d a t e db yv e h i c l e s t e e r i n ga s s e s s m e n tr e g u l a t i o n sd i s c u s s e di nt h et h i r dc h a p t e r t h ed e s i g nc o u l dm e e t t h ed r i v e rs u b je c t i v ea s s e s s m e n tr e q i r e m e n t sa b o u tc o m p l e t ev e h i c l ep e r f o r m a n c e 1 1 1 b yw a yo fs t u d i n gt h et y p e sa n dc o n t r o lt e c h n o l o g yo fe p si nt h i st h e s i s s e e k i n g t h em a t c h i n gm e t h o d sf o re p sa n dm i n v a n b ym e a n so fc o m b i n e i n gs i m u l a t i o na n d t e s t t h ek e ym a t c h i n gt e c h n o l o g yb e t w e e ne p sa n dm i n v a nf o rh a d l i n gp e r f o r m a n c e i ss t u d i e d a n de l e c t r o nc o n t r o ls i m u l a t i o n p l a t f o r mo fe h a s i si sb u i l t p r o v i d i n g t h e o r ya n dp r a c t i c ef o u n d a t i o nf o re p sd e s i g na n dd e v e l o p m e n to fm i n i v a ne n t e r p r i s e k e yw o r d s m i n i v a n e l e c t r i cp o w e ra s s i s t e ds t e e r i n gs y s t e m h a n d l i n gm a t c h i n g p e r f o r m a n c ea s s e s s m e n t c o n t r o lt e c h n o l o g y i v 碩 學(xué)位論文 1 1 研究背景 第1 章緒論 1 1 1 汽車行業(yè)技術(shù)的發(fā)展 目前 全球汽車工業(yè)發(fā)展迅速 盡管2 0 0 8 年受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響行業(yè)短暫受阻 但是汽車產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的繁榮趨勢(shì)被普遍看好 十一五 期間 作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)支 柱產(chǎn)業(yè)之一的汽車工業(yè)得到了飛速發(fā)展 據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示 截 至2 0 0 8 年底 中國(guó)汽車年產(chǎn)量超過9 0 0 萬(wàn)輛 中國(guó)汽車保有量己超過6 0 0 0 萬(wàn)輛 尤其是微型客車依舊保持了穩(wěn)定增長(zhǎng) 成為2 0 0 8 年唯一增速增長(zhǎng)的車型 累計(jì)銷 量首次超過百萬(wàn)輛 達(dá)到1 0 6 3 6 萬(wàn)輛 同比增長(zhǎng)7 6 7 占乘用車銷售總量的 1 5 7 4 占汽車銷售總量的1 1 3 4 排名位居轎車和貨車之后 穩(wěn)居第三 伴隨汽車產(chǎn)量和保有量的增加所帶來(lái)的能耗 環(huán)境和安全問題也日益突出 美國(guó) 日本 德國(guó)等世界汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó) 均十分重視這三大問題 在投入 大量資金進(jìn)行研究的同時(shí) 也制定了相應(yīng)的法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 我國(guó)也開始越 來(lái)越注重社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展 并制定了許多節(jié)能與環(huán)保方面的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī) 2 0 0 8 年1 2 月2 9 日 全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織標(biāo)準(zhǔn)工作組召開了 乘用車燃料 消耗量第三階段限值標(biāo)準(zhǔn) 的研討會(huì)議 形成了標(biāo)準(zhǔn)的框架方案 該方案修訂了 車型燃油經(jīng)濟(jì)性的放寬標(biāo)準(zhǔn) 3 5 自動(dòng)檔和手動(dòng)檔采用同一標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)計(jì)將于 2 0 1 2 年年初實(shí)施 第三階段乘用車燃料消耗量目標(biāo)值比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)提高約2 3 其 中 制造廠生產(chǎn)車型達(dá)標(biāo)率如表1 1 所示 表1 1燃油消耗要求 年份達(dá)到相應(yīng)車型燃料消耗量目標(biāo)值的乍輛占總產(chǎn)量的比例 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 l5 及以后 6 0 7 0 8 0 9 0 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的日益提高 人們對(duì)汽車的安全性 操 縱性 舒適性等各項(xiàng)性能的要求也越來(lái)越高 因此 汽車技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該能為汽 車發(fā)展中的安全 節(jié)能 環(huán)保三大主題相吻合 在汽車底盤中 專門用以控制汽 車行駛方向的轉(zhuǎn)向系是與操縱穩(wěn)定性最為密切的系統(tǒng) l 駕駛員通過直接操作方 向盤來(lái)控制汽車的行駛軌跡 并且通過方向盤的反饋獲知汽車的行駛狀態(tài)信息 因此 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車行駛安全性 舒適性和操縱穩(wěn)定性的關(guān)鍵系統(tǒng)之一 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向微型客車匹配及控制技術(shù) 對(duì)保證車輛的行駛安全 改善駕駛員的工作條件 減少交通事故起著極其重要的 作用 在德國(guó) 有學(xué)者曾對(duì)交通事故發(fā)生時(shí)駕駛者的行為作過調(diào)查統(tǒng)計(jì) 約有5 0 的駕駛者都試圖進(jìn)行緊急轉(zhuǎn)向以對(duì)車輛的行駛方向進(jìn)行控制 2 j 在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中 存在著轉(zhuǎn)向輕便性和轉(zhuǎn)向靈敏性之間的矛盾 為了 保證轉(zhuǎn)向輕便性 要求增大轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比 但是這將造成汽車對(duì)操縱的反應(yīng) 減慢 即它不夠 靈 為了緩解這一矛盾 人們針對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)向器 從兩方面解決 這一矛盾 一是提高轉(zhuǎn)向器效率 二是將轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)成變速比 但采用變傳動(dòng)比 的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從有效地減小轉(zhuǎn)向力來(lái)看 效果有限 而且變傳動(dòng)比的機(jī)械轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)加工較復(fù)雜且機(jī)械效率比定傳動(dòng)比低 所以這并不能從根本上解決這一矛盾 動(dòng)力轉(zhuǎn)向的出現(xiàn)較好地緩解了轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 輕 與 靈 的矛盾 1 9 5 1 年開始在轎 車上采用液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向 h y d r a u l i cp o w e rs t e e r i n g 簡(jiǎn)稱h p s 標(biāo)志著轎車應(yīng) 用動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)的開始 3 1 但由于液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向存在工藝復(fù)雜 不轉(zhuǎn)向時(shí)也消耗 能量 容易漏油 對(duì)密封要求嚴(yán)格 需要維護(hù)等問題 同時(shí)隨著人們對(duì)轎車經(jīng)濟(jì) 性 環(huán)保 主動(dòng)安全性的同益重視 轎車動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)開始逐漸向電子化 信息 化方向發(fā)展 相繼出現(xiàn)了電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向 簡(jiǎn)稱e h p s 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 簡(jiǎn)稱 e p s 三種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能對(duì)比如表1 2 所示 4 表1 2助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能比較表 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度 提高 操縱穩(wěn)定性 增強(qiáng)主動(dòng)安全性能的效果 同時(shí) 相對(duì)于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)講 還具有節(jié)能環(huán)保的作用 據(jù)初步估計(jì) 采用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向與傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)相比 在不轉(zhuǎn)向情況下 裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛燃油消耗降低了2 5 在使用轉(zhuǎn)向情 況下 降低了5 5 目前 我國(guó)已將電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究和開發(fā)列入高新科技產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目之一 雖然我國(guó)汽車年產(chǎn)量逐年遞增 但目前絕大部分仍采用機(jī)械轉(zhuǎn)向和液壓助力轉(zhuǎn)向 僅有少數(shù)車型匹配依靠進(jìn)口的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器 依目前世界汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展趨 勢(shì)來(lái)看 今后大部分微型車和轎車都將采用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系 2 碩士學(xué)位論文 統(tǒng)將成為我國(guó)汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一 因此 研究與開發(fā)微車 適用的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是與我國(guó)汽車發(fā)展中的三大主題相吻合的 具有一定的 現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義 1 1 2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類 根據(jù)電動(dòng)機(jī)布置位置的不同 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以分為轉(zhuǎn)向軸助力式 齒 輪助力式 齒條助力式三種類型i5 1 如圖1 1 所示 a b c 圖1 1 三種助力類型 a 轉(zhuǎn)向軸助力式b 齒輪助力式c 齒條助力式 轉(zhuǎn)向軸助力式e p s 系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)向軸側(cè)面 裝有一個(gè)電磁控制的離 合器 通過減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連 直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸實(shí)施轉(zhuǎn)向助力 這種方案可 以使轉(zhuǎn)向器占用的空間減至最小 由于各部件相對(duì)獨(dú)立 因此維修方便 設(shè)計(jì)時(shí) 也有很大的靈活性 但是電動(dòng)機(jī)輸出力矩的波動(dòng)容易傳遞到轉(zhuǎn)向盤上 如果電動(dòng) 機(jī)的安裝位置和駕駛員的乘坐位置很近的話 必須考慮對(duì)電動(dòng)機(jī)噪聲的抑制 鈴 木公司的a l t o 汽車采用的是這種布置方案 齒輪助力式e p s 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳感器 電動(dòng)機(jī) 減速機(jī)構(gòu)以及離合器集成在一 起 電動(dòng)機(jī)直接通過減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)齒輪軸進(jìn)行助力 齒輪助力式e p s 系統(tǒng)提供的 轉(zhuǎn)向助力作用比轉(zhuǎn)向軸助力式e p s 系統(tǒng)要大 適合于前軸負(fù)荷中等的汽車 三菱 公司的m i n i c a 微型汽車采用了這種方案 齒條助力式e p s 系統(tǒng)是利用電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力的 轉(zhuǎn) 矩傳感器單獨(dú)安裝在轉(zhuǎn)向小齒輪附近 而電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)集成在一起安裝在小 齒輪另一端的齒條上 電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力直接作用在齒條上 該類型又根據(jù)減速傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)的不同可分為兩種 一種是電動(dòng)機(jī)做成中空的 轉(zhuǎn)向齒條從中間穿過 電動(dòng) 機(jī)動(dòng)力經(jīng)滾珠螺桿螺母減速機(jī)構(gòu)后傳給齒條 這種結(jié)構(gòu)是第一代電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng) 由于電動(dòng)機(jī)位于齒條殼內(nèi) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 價(jià)格高 維修也很困難 本田公司的 3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向微型客車匹配及控制技術(shù) a c c o r d 轎車采用的是這種方案 另一種是電動(dòng)機(jī)與齒條的殼體相對(duì)獨(dú)立 電動(dòng)機(jī) 動(dòng)力經(jīng)另一小齒輪傳給齒條 由于易于制造和維修 成本低 已取代了第一代產(chǎn) 品 齒條助力式e p s 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 不受安裝位置的限制 電動(dòng)機(jī)的力 矩波動(dòng)不易傳遞到轉(zhuǎn)向盤上 系統(tǒng)剛度好 傳動(dòng)能力大 可以提供較大的助力轉(zhuǎn) 矩 適用于前軸負(fù)荷較大的汽車 具體采用哪種類型取決于車型的前軸空間大小 前軸的軸荷 電動(dòng)機(jī)的特性 等 由于微型客車前軸軸荷較小 空間布置緊湊 考慮到低成本的要求等因素 本文選擇轉(zhuǎn)向軸助力式e p s 系統(tǒng)為研究對(duì)象進(jìn)行研究與開發(fā) 2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成及工作原理 圖1 2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理 e p s 主要由轉(zhuǎn)向柱 轉(zhuǎn)向器 車速傳感器 扭矩傳感器 電機(jī)及電磁離合器 抑噪器 電子控制單元 e c u 線路及蓄電池等輔助零部件組成 e p s 是一種直 接依靠電動(dòng)機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 如圖1 2 所示 6 它在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn) 向機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上 增加了信號(hào)傳感裝置 電子控制裝置 e c u 和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu) 扭矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸 小齒輪軸 連接在一起 當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 扭矩傳感器可 以根據(jù)輸入軸和輸出軸在扭桿作用下產(chǎn)生的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角位移迅速測(cè)出轉(zhuǎn)向阻力矩 的大小 把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳給e c u 同時(shí)車速傳感器測(cè)出的汽車車速也產(chǎn)生一 個(gè)電信號(hào)給e c u e c u 根據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器的信號(hào) 經(jīng)過運(yùn)算處理后 向電機(jī)發(fā)出控制信號(hào)決定其旋轉(zhuǎn)方向和助力電流的大小 使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生助力扭 矩 該扭矩經(jīng)減速機(jī)構(gòu)降速增扭后 施加在下轉(zhuǎn)向軸上 從而完成實(shí)時(shí)控制助力 轉(zhuǎn)向 e p s 可以很容易地實(shí)現(xiàn)在車速不同時(shí)提供電動(dòng)機(jī)不同的助力效果 保證汽 車在低速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)輕便靈活 高速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)穩(wěn)定可靠 具有較高的自由度 4 碩j 學(xué)位論文 3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的出現(xiàn)符合汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 它是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 基礎(chǔ)上增加了車速傳感器 助力電機(jī)和電子控制單元e c u 等裝置 與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn) 向相比 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜合了現(xiàn)代控制技術(shù) 現(xiàn)代電子技術(shù)及機(jī)電一體化等 技術(shù) 具有以下優(yōu)點(diǎn) 4 1 降低燃油消耗 實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明 在不轉(zhuǎn)向情況下 裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 車輛的燃油消耗降低了2 5 在轉(zhuǎn)向情況下 燃油消耗降低了5 5 2 實(shí)現(xiàn) 按需供能 是真正的 按需供能型 系統(tǒng) e p s 系統(tǒng)僅在需要 轉(zhuǎn)向操作時(shí)才需要電機(jī)提供的能量 該能量來(lái)自蓄電池或發(fā)電機(jī) 3 提供可變的轉(zhuǎn)向力 通過軟件編程和硬件控制 得到覆蓋整個(gè)車速范圍 的可變轉(zhuǎn)向力 提高轉(zhuǎn)向舒適性 安全性 4 增強(qiáng)轉(zhuǎn)向跟隨性 在e p s 系統(tǒng)中 電動(dòng)機(jī)與助力機(jī)構(gòu)直接相連可以使 其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向 和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比 旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于電機(jī)沒 有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng) 增強(qiáng)了車輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能 5 改善轉(zhuǎn)向回正特性 通過靈活的軟件編程 得到電機(jī)在不同車速及不同 車況的轉(zhuǎn)矩特性 這種轉(zhuǎn)矩的特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力 提供了與 車輛動(dòng)態(tài)性能相匹配地轉(zhuǎn)向回正特性 6 采用 綠色能源 適應(yīng)現(xiàn)代汽車的要求 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用 最干凈 的電力作為能源 完全取締了液壓裝置 不存在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液態(tài)油的泄 漏問題 順應(yīng) 綠色化 的時(shí)代趨勢(shì) 避免環(huán)境污染 7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 占用空間小 布置方便 性能優(yōu)越 由于該系統(tǒng)具有良 好的模塊化設(shè)計(jì) 節(jié)省了費(fèi)用 為設(shè)計(jì)不同的系統(tǒng)提供了極大的靈活性 1 2e p s 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析 1 2 1e p s 技術(shù)研究現(xiàn)狀 國(guó)外從9 0 年代就已經(jīng)開始對(duì)e p s 進(jìn)行研究 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展 對(duì)于 這種電子系統(tǒng)的開發(fā)周期和成本都大幅下降 與國(guó)外相比 國(guó)內(nèi)的e p s 研究起步 較晚 昌河北斗星和廣州本田飛度開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)品裝配e p s 系統(tǒng)的先河 國(guó) 內(nèi)外學(xué)者對(duì)e p s 技術(shù)研究主要集中在以下幾個(gè)方面 1 e p s 控制策略研究 r m c c a n n 和l r p u j u r a 7 8 等討論了汽車高速行駛時(shí) 濕滑路面和電動(dòng)機(jī) 參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性的影響 通過引入橫擺角速度和側(cè)向加速度反饋控制 實(shí)現(xiàn)了汽車的穩(wěn)定行駛 m k u r i s h i g e 8 等提供了一種消除在常規(guī)控制器中因提高 助力增益而導(dǎo)致靜態(tài)轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向抖振方法 9 1 基于特定頻率上的阻尼來(lái)抑制振動(dòng) 5 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向微型客乍匹配及控制技術(shù) 后來(lái)還提出了一種減小電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)的控制方法 h j k i m 和j b s o n g l o 對(duì) 轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行閉環(huán)控制 給出轉(zhuǎn)向手力參考值與轉(zhuǎn)角 車速之間的關(guān)系 并研究 了減少手力 增加回正性能的e p a s 控制方法 s c y u n 等通過仿真方法以轉(zhuǎn) 角增益為考慮指標(biāo) 確定合理的控制策略及此控制策略下中間位置的轉(zhuǎn)向回正性 能和轉(zhuǎn)向力矩相位滯后曲線 m p a r m a r 和j y h u n g 1 2 討論了e p a s 的最優(yōu)控制 方法 提出了不需扭矩傳感器下的e p a s 系統(tǒng)控制方法 趙萬(wàn)忠 施國(guó)標(biāo) 林逸等 1 3 針對(duì)電動(dòng)大客車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性 提 出了 上層混合h 2 h 電流決策控制 下層模糊p i d 電流跟蹤控制 的兩層助力特 性控制策略 為了控制汽車的質(zhì)心側(cè)偏角 并保持汽車的轉(zhuǎn)向增益不變 于蕾艷 和林逸 等研究了四輪線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的后輪轉(zhuǎn)向控制策略和前輪轉(zhuǎn)向控制策略 趙萬(wàn)忠 施國(guó)標(biāo) 等結(jié)合模糊自適應(yīng)整定p i d 和實(shí)時(shí)小波去噪方法 設(shè)計(jì)了基于 實(shí)時(shí)小波去噪算法的新型模糊自適應(yīng)整定p i d 助力電機(jī)電流跟蹤控制 劉俊和陳 無(wú)畏 1 6 研究了e p s 系統(tǒng)在路面沖擊下的穩(wěn)定性能及控制方法 對(duì)助力電機(jī)輸出電 流施行模糊p i d 閉環(huán)反饋控制 并采用幅頻復(fù)合濾波對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行濾波處理 高勇 陳龍等 1 7 以模糊自適應(yīng)p i d 控制為基礎(chǔ) 結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法 實(shí)現(xiàn)助 力控制 王秀雷和毛務(wù)本 1 8 將模糊控制理論作為控制規(guī)則 構(gòu)建了e p s 的模糊控 制系統(tǒng) 并驗(yàn)證了模糊控制作為在線的實(shí)時(shí)控制可以滿足e p s 的動(dòng)態(tài)要求 袁朝 春 1 9 針對(duì)汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的建模誤差以及車輛行駛過程 中外界干擾的影響 采用l l 綜合控制方法 根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能要求 構(gòu)造了電 動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的u 綜合控制設(shè)計(jì)框架 傳統(tǒng)的p i d 控制器可以實(shí)現(xiàn)良好的控制性能 但是魯棒性和抗干擾能力較差 h 理論能夠滿足系統(tǒng)的抗干擾能力的要求 能夠有效處理非結(jié)構(gòu)不確定性攝動(dòng) 但是系統(tǒng)在對(duì)于結(jié)構(gòu)不確定性攝動(dòng)有一定程度上的保守 l i 控制理論能夠很好地 解決這一問題 2 e p s 對(duì)汽車性能影響的研究 唐新蓬和楊樹 2 0 分析和推導(dǎo)出了具有不同控制方式的e p s 系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 定性地說(shuō)明了e p s 系統(tǒng)的控制方式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的穩(wěn) 態(tài) 瞬態(tài)和頻率響應(yīng)特性的影響 進(jìn)而將e p s 系統(tǒng)模型與多自由度汽車動(dòng)力學(xué)仿 真軟件相結(jié)合 討論了e p s 系統(tǒng)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向盤力特性的影響 提出并驗(yàn)證了將 e p s 系統(tǒng)比例控制系數(shù)設(shè)計(jì)成隨車速和側(cè)向加速度遞減的函數(shù)來(lái)改善轉(zhuǎn)向盤力特 性的方法 2 任衛(wèi)群 2 2 等采用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合 的方法 分析電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響 以m a t l a b s i m u l i n k 軟 件為支撐建立e p s 系統(tǒng)控制模型 研究其助力特性和控制策略 y g l i a o 2 3 采 用由m a t l a b 構(gòu)建的e p s 系統(tǒng)模型和由a d a m s 構(gòu)建的汽車多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模 型進(jìn)行聯(lián)合仿真 考察了裝有e p s 系統(tǒng)的汽車在有單側(cè)路面不平時(shí)的響應(yīng) 6 碩 l 二學(xué)位論文 研究e p s 對(duì)汽車轉(zhuǎn)向操縱性能影響的基礎(chǔ)是清楚如何評(píng)價(jià)裝有e p s 系統(tǒng)的汽 車轉(zhuǎn)向操縱性能 a j c h a m p a g n e 2 4 提出了針對(duì)e p s 系統(tǒng)轉(zhuǎn)向柱振動(dòng)的主觀評(píng)價(jià) 指標(biāo) k d n o m a n 2 5 1 和h s a t o 2 6 1 等提出了關(guān)于普通汽車中間位置操縱性能的評(píng) 價(jià)方法 林逸 2 7 等參考普通汽車 討論并提出了裝配e p a s 系統(tǒng)汽車的操縱性能 的評(píng)價(jià)方法 李馳 荊體魁 2 8 利用m a t l a b s i m l i n k 硬件在環(huán)仿真系統(tǒng) 結(jié)合現(xiàn) 有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 獨(dú)立設(shè)計(jì)并建造出一套經(jīng)實(shí)踐證明有效的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控 制策略評(píng)估系統(tǒng) 張聽 2 9 等針對(duì)某乘用車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了整車移線性能 轉(zhuǎn)向感覺主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn) 介紹了試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理方法 并對(duì)轉(zhuǎn)向操作量 側(cè)向動(dòng) 力學(xué)響應(yīng) 反饋速度 側(cè)傾響應(yīng)等客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了分析 國(guó)內(nèi)外研究e p s 對(duì)整車性能影響及評(píng)價(jià)方法的文獻(xiàn)較少 該方面有待更多的 學(xué)者去探討 3 e p s 建模方面的研究 e p s 模型的精確性和仿真性是進(jìn)行整車仿真計(jì)算的基礎(chǔ) 米奇克 3 0 經(jīng)過嚴(yán)密 推到 得到了作用在轉(zhuǎn)向主銷的轉(zhuǎn)向力矩統(tǒng)表達(dá)式 將某些車速下的轉(zhuǎn)向力矩表 達(dá)式進(jìn)行簡(jiǎn)化得到了低速 快速曲線行駛條件下的轉(zhuǎn)向力矩表達(dá)式 他在模型中 考慮了前輪定位參數(shù)如主銷內(nèi)傾 后傾及l(fā) 束等對(duì)轉(zhuǎn)向力矩的影響 但是沒有考 慮汽車動(dòng)態(tài)運(yùn)行對(duì)車輪載荷的影響 不能得出車速對(duì)轉(zhuǎn)向力矩的影響 郭孔輝 3 l 提出了汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的轉(zhuǎn)向回正力矩模型 綜合考慮側(cè)傾轉(zhuǎn)向 干涉轉(zhuǎn)向 與變形轉(zhuǎn)向 結(jié)合輪胎的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?給出以主銷穿地點(diǎn)為中心的轉(zhuǎn)向回正力矩 表達(dá)式 但沒有考慮車速對(duì)轉(zhuǎn)向力矩的具體影響 不能用來(lái)分析轉(zhuǎn)向力矩與車速 之間的關(guān)系 其他相關(guān)文獻(xiàn)在建模分析時(shí)不是考慮因素不全面 模型過于簡(jiǎn)單 3 2 就是使用條件有限 只限于某種工況 3 3 或汽車操縱動(dòng)力學(xué) 3 4 或輪胎力學(xué) 3 5 3 6 1 而沒有綜合考慮得到轉(zhuǎn)向力矩的分析模型 根據(jù)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的多體動(dòng)力學(xué)分析 前軸左右輪轉(zhuǎn)角是不等的 這與上述文獻(xiàn)模型推倒的假設(shè)是相反的 另外 王其東 等將基于笛卡兒坐標(biāo)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多剛體動(dòng)力學(xué)模 型 與輪胎轉(zhuǎn)向模型及整車二自由度轉(zhuǎn)向模型相結(jié)合 建立了用于汽車轉(zhuǎn)向特性 分析的動(dòng)力學(xué)模型 于蕾艷 3 8 等建立了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的人 車 路閉環(huán)動(dòng)力學(xué)模型 并研究了駕駛員模型參數(shù) 駕駛員的補(bǔ)償轉(zhuǎn)向增益和認(rèn)知時(shí)間延遲引起的死區(qū)時(shí) 間變化對(duì)實(shí)際側(cè)向偏移到目標(biāo)側(cè)向偏移的傳遞函數(shù)頻率響應(yīng)的影響 4 e p s 硬件結(jié)構(gòu)的研究 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成包括扭矩傳感器 車速傳感器 控制元件 電 動(dòng)機(jī)和減速增扭機(jī)構(gòu)等 扭矩傳感器的功能是測(cè)量駕駛員轉(zhuǎn)向力矩大小與方向 以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大 小和方向 精確 可靠 低成本的扭矩傳感器是決定e p s 能否占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵因 素之一 3 9 4 0 1 扭矩傳感器主要有三種形式 擺動(dòng)桿式 雙行星齒輪式和扭桿式 7 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向微型客乍匹配及控制技術(shù) 非接觸式扭矩傳感器中有一對(duì)磁極環(huán) 當(dāng)輸入軸與輸出軸之間發(fā)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)位移 時(shí) 磁極環(huán)之間的空氣間隙發(fā)生變化 從而引起電磁感應(yīng)系數(shù)變化 這種傳感器 雖然體積小 精度高 但成本較高 當(dāng)前主要是研究的非接觸式傳感器包括光電 式傳感器 電容式傳感器 磁致伸縮式傳感器 4 l 等 電動(dòng)機(jī)的功能是根據(jù)電子控制單元 e c u 的指令輸出適宜的驅(qū)動(dòng)扭矩 是 e p s 的動(dòng)力源和關(guān)鍵部件之一 大多采用無(wú)刷永磁式直流電動(dòng)機(jī) 不僅要低轉(zhuǎn)速 大扭矩 波動(dòng)小 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 尺寸小 質(zhì)量輕 還要可靠性高 易控制等 電 機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以保證電動(dòng)機(jī)良好運(yùn)行 對(duì)比常用的p w m 控制直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 上 下管均采用n 溝道m(xù) o s 管 上管常通或常閉 下管由p w m 邏輯電平控制 的設(shè)計(jì)方案 4 2 1 切實(shí)可行 可靠性高 系統(tǒng)控制器 e c u 通過控制p w m 輸出 脈沖占空比的方式來(lái)決定電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓 4 3 1 從而控制助力電流的大小 當(dāng)前的技術(shù)難點(diǎn)在于低成本的扭矩傳感器和高性能電動(dòng)機(jī) 其他功率電子技 術(shù)和單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)比較成熟 1 2 2e p s 在汽車產(chǎn)品中應(yīng)用 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向最先應(yīng)用在同本的微型轎車上 自此汽車才真正擺脫了液壓動(dòng) 力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的束縛 4 4 1 19 8 8 年2 月日本鈴術(shù)公司首次在其c e r v o 車上裝備e p s 隨后還用在了其a l t o 車上 4 5 1 在此之后 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)如雨后春筍般得到迅 速發(fā)展 日本的d a i h a t s u 汽車公司 三菱汽車公司 本田汽車公司 美國(guó)的d e l p h i 汽車系統(tǒng)公司 t r w 公司 德國(guó)的z f 公司 都相繼研制出各自的e p s d a i h a t s u 汽車公司在其m i r a 車上裝備了e p s 三菱汽車公司則在其m i n i c a 車上裝備了e p s 本田汽車公司的a c c o r d 車目前已經(jīng)選裝e p s s 2 0 0 0 轎車的動(dòng) 力轉(zhuǎn)向也將傾向于選擇e p s d e l p h i 汽車系統(tǒng)公司已經(jīng)為大眾的p o l o 歐寶的3 18 i 以及菲亞特的p u n t o 開發(fā)出e p s 4 6 1 t r w 從19 9 8 年開始 便投入了大量人力 物力和財(cái)力用于e p s 的開發(fā) 他們最初針對(duì)客車開發(fā)出轉(zhuǎn)向柱助力式e p s 如今 小齒輪助力式e p s 開發(fā)也已獲成功 l9 9 9 年3 月 他們的e p s 已經(jīng)裝備在轎車 上 如f o r df i e s t a 和m a z d a3 2 3 f 等 m e r c e d e s b e n z 和s i g n e t sa u t o m o t i v e 兩大 公司共同投資6 5 0 0 萬(wàn)英鎊用于開發(fā)e p s 他們的目標(biāo)是年產(chǎn)3 0 0 萬(wàn)套 成為全球 e p s 制造商 開發(fā)出適用于汽車前橋負(fù)荷超過12 0 0 k g 的e p s 因此 貨車也將可 能成為e p s 的裝備目標(biāo) e p s 技術(shù)發(fā)展2 0 多年以來(lái) 日趨完善 應(yīng)用范圍從最初的微型轎車向更大型 轎車和商用客車方向發(fā)展 e p s 的助力型式也從低速范圍向全速范圍助力型發(fā)展 其控制形式與功能也進(jìn)一步加強(qiáng) 早期的e p s 僅在低速和停車時(shí)提供助力 高速 時(shí)停止工作 而新一代還能在高速時(shí)提高汽車的操縱穩(wěn)定性 碩i 學(xué)位論文 國(guó)內(nèi)僅有南京躍進(jìn)汽車集團(tuán)的 新雅途 廣州本田的 飛度 和昌河的 北 斗星 等少量車型裝備了e p s 國(guó)產(chǎn)車雖然裝備了e p s 系統(tǒng) 但是其集成控制模 塊大多還是從國(guó)外進(jìn)口 1 3 課題的來(lái)源及意義 1 3 1 課題的來(lái)源 本課題來(lái)源于我校與上汽通用五菱汽車股份有限公司合作申報(bào)的廣西科學(xué)研 究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃課題 微型客車用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與關(guān)鍵控制技術(shù) 1 3 2 課題意義 本課題通過研究微型客車用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的型式及關(guān)鍵控制技術(shù) 探尋電 動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與微型客車的匹配應(yīng)用方法 通過仿真及試驗(yàn)手段 將計(jì)算機(jī)仿 真與實(shí)車實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析對(duì)比 探索電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向與微型客車操縱性匹配的關(guān)鍵技 術(shù) 解決措施和評(píng)價(jià)方法 并搭建了底盤電子控制仿真研究平臺(tái) 為后續(xù)車輛動(dòng) 力學(xué)控制技術(shù)研究打下基礎(chǔ) 本課題的選題意義在于 1 在國(guó)內(nèi)微型客車上采用e p s 可以減輕路面對(duì)方向盤的沖擊 使車子在 低速行駛時(shí)減輕操縱力和提高操縱穩(wěn)定性 并提供高速時(shí)最優(yōu)控制傳動(dòng)比和穩(wěn)定 的手感 提高高速的行駛穩(wěn)定性 由此 提高我國(guó)微車客車的安全技術(shù)水平 2 微型客車產(chǎn)銷量增長(zhǎng)很快在于它低廉的價(jià)格和經(jīng)濟(jì)性 而在微型客車上 匹配e p s 可以在提高車輛輕便性和操縱穩(wěn)定性的同時(shí) 可以降低油耗 減少對(duì) 環(huán)境的污染 在加上緊湊的結(jié)構(gòu) 使廠家和用戶的維修成本降低 3 汽車技術(shù)向著節(jié)能 環(huán)保和安全的發(fā)展是必然趨勢(shì) 因此 研究e p s 與微型客車匹配的關(guān)鍵技術(shù) 通過分析e p s 結(jié)構(gòu)能參數(shù)對(duì)整車轉(zhuǎn)向性能的影響 提高微車的響應(yīng)特性 有利于我國(guó)微車客車技術(shù)水平的提升 從而增強(qiáng)我國(guó)微型 客車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 1 4 本文目的及主要內(nèi)容 從國(guó)內(nèi)外e p s 技術(shù)的研究現(xiàn)狀來(lái)看 國(guó)外的車輛e p s 匹配較國(guó)內(nèi)產(chǎn)品廣泛 國(guó)內(nèi)外的研究重點(diǎn)放在e p s 系統(tǒng)本身 涉足e p s 與整車性能尤其與微型客車的集 成性研究很少 論文系統(tǒng)分析了微型客車加裝e p s 系統(tǒng)后對(duì)整車轉(zhuǎn)向力 轉(zhuǎn)向靈 敏度 轉(zhuǎn)向回正和不足轉(zhuǎn)向的把握等轉(zhuǎn)向特性方面 為從安裝e p s 系統(tǒng)而改善微 型客車轉(zhuǎn)向性能的設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)際可行性依據(jù) 同時(shí)制定一套評(píng)價(jià)電動(dòng)助力 9 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向微型客乍匹配及挖制技術(shù) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整車性能匹配評(píng)價(jià)的規(guī)范 建立了動(dòng)力學(xué)控制聯(lián)合仿真平臺(tái) 為后續(xù)開 發(fā)研究工作打下了基礎(chǔ) 本文的主要內(nèi)容有 第一章 緒論 通過分析汽車技術(shù)的發(fā)展闡述課題的來(lái)源 在分析國(guó)內(nèi)外e p s 技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上 確定本文的研究思路和方法 并闡述了本項(xiàng)研究的目的 及意義 第二章 e p s 動(dòng)力學(xué)模型與整車模型的匹配分析研究 詳細(xì)分析了電動(dòng)助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 路感 的產(chǎn)生 轉(zhuǎn)向力的組成 來(lái)源及之間的影響因素和關(guān)系 給出 了不同的車速行駛條件下駕駛員所期望的轉(zhuǎn)向盤力矩 并說(shuō)明電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向應(yīng)對(duì) 不同工作狀況的提供相應(yīng)的助力矩 根據(jù)本項(xiàng)目的要求建立所選車型的整車多體 動(dòng)力學(xué)模型 并將該模型的仿真結(jié)果與實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比 驗(yàn)證所建模 型的準(zhǔn)確性 為進(jìn)一步的分析工作打下基礎(chǔ) 第三章 e p s 轉(zhuǎn)向性能評(píng)價(jià)方法 參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和研究人員已有成果的 前提下 綜合各種因素 提出描述了與低速轉(zhuǎn)向系輕便性和高速操縱穩(wěn)定性以及 檢測(cè)整車動(dòng)力學(xué)特性的相關(guān)試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法 為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)后的性能檢 測(cè)工作制定了評(píng)價(jià)的規(guī)范 第四章 e p s 助力特性設(shè)計(jì)及整車仿真分析 闡述了汽車在實(shí)際轉(zhuǎn)向時(shí)不同 工況下的轉(zhuǎn)向力特性 提出了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性設(shè)計(jì)的基本要求和常見 的三種助力方式及特性曲線 制定了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向開發(fā)中的分析流程和方法 通 過仿真試驗(yàn)分析 對(duì)比不同的助力特性曲線在該微型車上的不同效果 確定了以 直線型助力曲線作為該車型的設(shè)計(jì)目標(biāo) 并選擇國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)仿真研究的理想轉(zhuǎn)向 力矩?cái)?shù)據(jù)得到了車速感應(yīng)型助力特性曲線 第五章 e p s 動(dòng)力學(xué)聯(lián)合仿真控制及整車性能仿真 運(yùn)用m a t l a b s i m u l i n k 建 立電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制模塊 對(duì)第四章設(shè)計(jì)的助力特性曲線進(jìn)行控制 與 a d a m s c a r 整車模型組成完整的動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng) 進(jìn)行聯(lián)合仿真 運(yùn)用整車轉(zhuǎn)向 特性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行仿真測(cè)試 并通過實(shí)車與試驗(yàn) 驗(yàn)證了助力特性設(shè)計(jì)的正確性 滿足了駕駛員主觀評(píng)價(jià)的整車性能指標(biāo)要求 最后 對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié) 概述了本文所完成的主要工作 指出了論文需要 繼續(xù)研究改進(jìn)的地方 并對(duì)下一步的硬件和臺(tái)架試驗(yàn)研究工作進(jìn)行了展望 l o 碩 二學(xué)位論文 第2 章e ps 力學(xué)分析與整車模型建立及驗(yàn)證 2 1 引言 眾所周知 在汽車的行駛過程中 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個(gè)功能是使駕駛員通過 轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤來(lái)控制前輪繞主銷的轉(zhuǎn)角從而操縱和控制汽車運(yùn)動(dòng)的方向 但轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)另一個(gè)更重要的功能往往被大家所忽視 即轉(zhuǎn)向盤給駕駛員的力反饋?zhàn)饔?駕 駛者可以通過手 眼睛 身體及耳朵等來(lái)感覺 檢測(cè)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 但最重要 的信息是來(lái)自轉(zhuǎn)向盤的反饋給駕駛員的路感 1 1 因此 研究電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與 整車特性匹配的關(guān)鍵點(diǎn)之一是要搞清車輛在實(shí)際運(yùn)行中轉(zhuǎn)向阻力矩的來(lái)源 它們 是如何產(chǎn)生 如何隨著汽車不同的行駛狀況而發(fā)生變化以及受哪些因素的影響 本章在明確轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力與路感概念的基礎(chǔ)上 詳細(xì)分析電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)轉(zhuǎn)向阻力矩的來(lái)源 組成部分以及是如何發(fā)生相互作用和怎樣變化的 同時(shí) 建立整車多體動(dòng)力學(xué)模型 并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析 驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性 為 進(jìn)一步的分析工作打下基礎(chǔ) 2 2 轉(zhuǎn)向力與路感 駕駛員在操縱汽車轉(zhuǎn)向時(shí)施加在方向盤上的力稱作轉(zhuǎn)向力 由于行駛工況的 復(fù)雜多變 轉(zhuǎn)向力也是隨著車況和路況而不斷發(fā)生變化的 轉(zhuǎn)向盤力隨汽車運(yùn)動(dòng) 狀況而變化的規(guī)律稱為轉(zhuǎn)向盤力特性 影響轉(zhuǎn)向盤力特性的因素很多 包括地面附著條件 輪胎上的載荷 輪胎氣 壓 輪胎力學(xué)特性 前輪定位參數(shù) 由懸架導(dǎo)向桿系決定的主銷位置 轉(zhuǎn)向器傳 動(dòng)比及其變化規(guī)律 轉(zhuǎn)向器效率 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向盤操作力特性 轉(zhuǎn)向桿系傳 動(dòng)比 轉(zhuǎn)向桿系效率 轉(zhuǎn)向系的剛度 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 轉(zhuǎn)向柱的摩擦阻力以及 汽車整體動(dòng)力學(xué)特性等 的變化都可能導(dǎo)致方向盤力矩的改變 由于轉(zhuǎn)向系力的組成較復(fù)雜 本文將對(duì)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用力按作用力及作 用反力原理進(jìn)行簡(jiǎn)化處理 簡(jiǎn)化為駕駛員的操縱力m h 動(dòng)力轉(zhuǎn)向的輔助力耽和 轉(zhuǎn)向阻力矩必 如圖2 1 所示 不計(jì)轉(zhuǎn)向慣性力的作用 汽車勻速轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤或 者保持方向盤位置不變時(shí)都有 m m m 2 1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向微型客車匹配及控制技術(shù) 圖2 1轉(zhuǎn)向系力分析 為便于后續(xù)分析 這里將上式的左右兩邊分為主動(dòng)力和被動(dòng)力兩部分來(lái)進(jìn)行 分析 主動(dòng)力包括駕駛員的操縱力m h 和動(dòng)力轉(zhuǎn)向的輔助力耽 它們是由駕駛員 提供和設(shè)計(jì)助力特性曲線時(shí)決定的 能最終被駕駛員切實(shí)感受到 因此具有主觀 性 被動(dòng)力包括轉(zhuǎn)向過程中由行駛狀態(tài)決定而產(chǎn)生的所有阻力和阻力矩 它可以 看作為將各種因素對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力的影響效果等效到轉(zhuǎn)向管柱上的轉(zhuǎn)向阻力矩 用 必表示 它是由原車輛特性和路況等客觀因素所決定的 轉(zhuǎn)向阻力矩必的來(lái)源 主要有前輪的回正力矩 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干摩擦力矩和轉(zhuǎn)向柱自身的粘性阻尼力矩等 主觀力與客觀力的綜合作用實(shí)際上就是操縱一輛汽車時(shí)駕駛員所獲得的轉(zhuǎn)向力信 息 即路感 主動(dòng)力和被動(dòng)力是相輔相成 相互作用的 下面將對(duì)這兩類力分別 進(jìn)行分析 2 2 1 主觀力及路感的分析 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主觀力是指電機(jī)的助力矩 和駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力矩 m h 駕駛員對(duì)方向盤的操縱力在車輛行駛中主要可以分為兩種 一是當(dāng)需要改變 汽車行駛方向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力 二是保持汽車行駛方向不變 包 括直線運(yùn)動(dòng)和固定某個(gè)方向的運(yùn)動(dòng) 時(shí)駕駛員保持方向盤不動(dòng)的力 這種在車輪 轉(zhuǎn)向角位置保持不變 行車時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力稱為方向盤把持力 汽 車轉(zhuǎn)向時(shí) 駕駛員所要克服的力矩m h 主要包括兩個(gè)部分 一是回正力矩 二是 摩擦阻力矩 關(guān)于這兩個(gè)力的產(chǎn)生將在被動(dòng)力部分進(jìn)行詳細(xì)描述 這里先將兩者 合成統(tǒng)一用阻力轉(zhuǎn)矩必表示 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的就是通過電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)發(fā)出助 力矩 并通過渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)放大 提供轉(zhuǎn)向助力矩地 使得轉(zhuǎn)向輕便 式2 1 可 變形為 m m 一m 2 2 轉(zhuǎn)向操縱力矩m h 意味著駕駛員體力的消耗 從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō) 當(dāng)然m h 越 小越好 主觀力中讓動(dòng)力轉(zhuǎn)向輔助力矩耽占主要地位 但是轉(zhuǎn)向力中含有前輪 側(cè)向力信息 使汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 包括車輪與路面的附著狀態(tài) 與駕駛員手上的 力有一種對(duì)應(yīng)關(guān)系 這就是所謂的 路感 3 1 1 如果這種 路感 很清晰 駕駛 1 2 碩士學(xué)位論文 員就會(huì)感到 心中有數(shù) 如果轉(zhuǎn)向力太小了 路感 也就沒有了 從這個(gè)意 義上來(lái)講 轉(zhuǎn)向力中與前輪側(cè)向力有著對(duì)應(yīng)關(guān)系的那部分 回正力矩部分 不能 過小 而與前輪側(cè)向力無(wú)關(guān)的各種摩擦力矩則是越小越好 3 1 1 由此我們可以得出 一個(gè)初步的結(jié)論