汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)仿真與控制器設(shè)計(jì)（可編輯）

1、 西華大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文題目:汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)仿真與控制器設(shè)計(jì)研究 生:姬廣斌指導(dǎo)教師: 唐 嵐專 業(yè):車輛工程研究方向: 汽車電子控制技術(shù)培養(yǎng)單位:西華大學(xué)論文起止日期:年月?年月西華大學(xué)碩士學(xué)位論文汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)仿真與控制器設(shè)計(jì)車輛工程專業(yè)研究生姬廣斌 指導(dǎo)教師唐嵐汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、機(jī)械液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和更為節(jié)能、操縱性更好的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)稱等幾個(gè)階段。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加了傳感器裝置、電子控制裝置和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)等。它是使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的駕駛條件下為駕駛員提供合適的助力。采用電動(dòng)機(jī)直接提供助力

2、、助力大小及方向由控制器控制。它具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝和維修方便、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn),更重要的是它具有優(yōu)越的性能,并可隨車速變化調(diào)整轉(zhuǎn)向助力大小從而可獲得不同的轉(zhuǎn)向路感,可廣泛應(yīng)用于轎車、貨車等眾多車型,是當(dāng)前汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一。本文對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化,對(duì)系統(tǒng)各部件進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,提出了評(píng)價(jià)與汽車綜合系統(tǒng)操縱性能的指標(biāo)如轉(zhuǎn)向靈敏度、路感,并通過(guò)對(duì)汽車橫向動(dòng)力學(xué)模型、前輪側(cè)偏力矩模型和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的綜合分析,推導(dǎo)了轉(zhuǎn)向靈敏度和轉(zhuǎn)向路感的表達(dá)式,然后討論了系統(tǒng)各參數(shù)包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、扭矩傳感器剛度、助力增益、助力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比等對(duì)這兩個(gè)性能指標(biāo)的影響;基于

3、不同的控制策略,分析了控制參數(shù)對(duì)于系統(tǒng)性能的影響。本文的目的是設(shè)計(jì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器。主要設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)微處理器模塊及其周圍電路、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路、電流、扭矩等傳感器輸入信號(hào)的處理電路、電磁離合器與顯示電路以及系統(tǒng)供電電源電路等;在完成硬件西華大學(xué)碩士學(xué)位論文電路的前提下,設(shè)計(jì)了主程序及各子程序流程圖,并以語(yǔ)言為開發(fā)工具進(jìn)行了代碼實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制策略和軟件,為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的進(jìn)步完善提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和借鑒。在論文的寫作過(guò)程中,首先對(duì)直流電機(jī)、微控制器和傳感器等進(jìn)行了深入的研究,在理論基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制電路。通過(guò)對(duì)電路的仿真和電路板的檢測(cè),證明了硬件電路的可靠性。隨后進(jìn)行了控制

4、策略和控制軟件的設(shè)計(jì),完成了助力表、電機(jī)電流的控制。之后,利用完成的軟硬件模型,進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)。關(guān)鍵詞:電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),控制器,仿真,臺(tái)架試驗(yàn)西華大學(xué)碩士學(xué)位論文訂 : 、: , 、牝 , 唱?. , . :. 兒, ,曲, , .: 色 ? 加“, ., .,., 西華大學(xué)碩士學(xué)位論文 刑 ., . ., , ., , .,., , . 哆.曲 弘, 曲 .冊(cè):,西華大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能大體可以分為兩部分。其一是駕駛員通過(guò)轉(zhuǎn)向盤控制前輪繞主銷的轉(zhuǎn)角來(lái)操縱汽車運(yùn)動(dòng)的方向。其二是憑借方向盤反作用力,將整車及輪胎的運(yùn)動(dòng)、受力狀況反饋給駕駛員。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱

5、穩(wěn)定性、舒適性和行駛安全性的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。最初汽車采用的都是機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng),機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是以人的體力為轉(zhuǎn)向能源的,其中所有的傳力件都是機(jī)械的,它主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了一套轉(zhuǎn)向動(dòng)力裝置所構(gòu)成的轉(zhuǎn)向系如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向油罐、油泵、控制閥、動(dòng)力缸等,電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的助力電機(jī)、離合器等,它兼用駕駛員的體力和發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力作為轉(zhuǎn)向能源。在正常情況下,汽車轉(zhuǎn)向所需要的力大部分由發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)向助力裝置提供,只有一部分由駕駛員提供。在動(dòng)力轉(zhuǎn)向失效時(shí),駕駛員仍能夠通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向操縱。二十一世紀(jì)將

6、面臨的能源危機(jī),對(duì)汽車的性能提出了更高的要求,從減少整車油耗、節(jié)省空問(wèn)、降低重量出發(fā),上世紀(jì)八十年代動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)家族又推出了新的成員?電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或稱電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng),并且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)繼續(xù)向與汽車其它系統(tǒng)集成化和智能化的方向發(fā)展,如目前正在研究中的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或稱電線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。.動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷程動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了常規(guī)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子控制液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三個(gè)發(fā)展階段,并有繼續(xù)向電子化和智能化發(fā)展的趨勢(shì)。下面分別對(duì)各種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行討論。常規(guī)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ,這類動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是靠方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)扭桿直接改變液壓系統(tǒng)油路的通道面積來(lái)提供可變的助力,助力的大

7、小與車速的高低沒(méi)有關(guān)系,只與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過(guò)的角度越大,液壓系統(tǒng)提供的助力也越大。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的奧迪和桑塔納轎車采用這類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文一般由轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向油泵、液壓管路、機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成,有分離式、組合式和整體式三種結(jié)構(gòu)。其中分離式裝置在結(jié)構(gòu)緊湊、位置狹窄的輕型載貨汽車和轎車上有所采用,組合式主要用于安裝位置較寬松的大型貨車和公共汽車上,整體式在高級(jí)轎車上應(yīng)用廣泛。整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又分為滑閥式和轉(zhuǎn)閥式兩種類型。英中滑閥式裝黃結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造工藝要求較低,且易于布置,便于操縱但不能調(diào)整轉(zhuǎn)向特性。而轉(zhuǎn)閥式裝置結(jié)構(gòu)難于加工但可按照用戶要求調(diào)整轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向特性,且工作可靠、結(jié)構(gòu)緊

8、湊、工作壓力高,代表著整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。有待改進(jìn)的方面:因其固有的轉(zhuǎn)向噪聲使得轉(zhuǎn)向舒適性大大下降;轉(zhuǎn)向油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)驅(qū)動(dòng),即使沒(méi)有轉(zhuǎn)向動(dòng)作也消耗能量:最大的缺陷是轉(zhuǎn)向助力特性不可調(diào),高速和低速時(shí)助力特性相同,解決的方法就是卜面將提到的電子控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子控制式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ,為了獲得理想的汽車操縱穩(wěn)定性,要求轉(zhuǎn)向性能可動(dòng)態(tài)地適應(yīng)汽車行駛狀態(tài)的變化。理想情況下,汽車在原地轉(zhuǎn)向時(shí)要求轉(zhuǎn)向盡量輕便:而在汽車以不同的速度運(yùn)行時(shí),能實(shí)時(shí)提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力以克服該運(yùn)行速度下的轉(zhuǎn)向阻力,并使駕駛員既能輕便地操縱方向盤,又有足夠的路感。滿足上述條件的是車速感應(yīng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即電子控制

9、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。豐田于年首先丌發(fā)了車速感應(yīng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng),本田和五十鈴也分別于年和年相繼開發(fā)了類似裝置,德國(guó)的公司開發(fā)了和型電子控制的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。一般由機(jī)械裝置和電氣裝置兩部分組成。機(jī)械裝置包括轉(zhuǎn)向機(jī)包括控制閥、壓力腔及助力缸、油泵及管路。電氣部分則由車速傳感器、電子控制單元及電磁閥組成。它通過(guò)傳感器把汽車運(yùn)行中的各種非電量信號(hào)如車速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),由判別汽車的運(yùn)行狀態(tài)以此來(lái)控制電磁閥線圈的電流進(jìn)而控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中壓力油的流量,再由壓力油控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)向動(dòng)作。按照控制方式可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度可調(diào)式。流量控制式是通過(guò)檢測(cè)車速的大小,調(diào)節(jié)向動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置提供壓力油液的流西華

10、大學(xué)碩士學(xué)位論文量,從而控制轉(zhuǎn)向力。反力控制式是利用車速的大小控制反力室油壓,改變壓力油輸入輸出的增益幅度以控制轉(zhuǎn)向力。閥靈敏度可調(diào)式是根據(jù)車速操縱電磁閥,直接改變轉(zhuǎn)向控制閥的油壓增益閥靈敏度以控制油壓。存在著由于油泵的持續(xù)工作所造成的多余能量消耗,整個(gè)液壓系統(tǒng)占用空問(wèn)大、容易泄露、噪聲大等缺點(diǎn):而且增加了車速檢測(cè)控制裝置及閥的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜而成本較高,目前主要應(yīng)用于高級(jí)轎車及運(yùn)動(dòng)型乘用車上。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目 ,或是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上加入電機(jī)作為動(dòng)力源,電動(dòng)助力代替了液壓助力,與相比,除節(jié)省能源外,由于取消了液壓系統(tǒng)而提高了環(huán)保性能,很好的解決了由于液壓傳動(dòng)帶來(lái)的種種弊端;整套系統(tǒng)由生產(chǎn)廠家一

11、起提供給整車生產(chǎn)廠家,可以直接安裝;對(duì)不同車型、不同工況以及不同駕駛員所需的不同轉(zhuǎn)向助力特性通過(guò)軟件修改,方便快捷。完整的系統(tǒng)還包括了故障滲斷與安全保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生故障時(shí),能停止助力,自動(dòng)恢復(fù)到手動(dòng)控制方式,并發(fā)出警報(bào)信號(hào),顯示所記憶的異常內(nèi)容如扭矩傳感器本身異常、車速傳感器異常以及電動(dòng)機(jī)工作異常、蓄電池異常等等。.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)助力機(jī)構(gòu)安裝位置的不同可以分為三類圖.所示:轉(zhuǎn)向柱助力式、齒條助力式和小齒輪助力式。轉(zhuǎn)向柱助力式的電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱一側(cè),通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連。電動(dòng)機(jī)、離合器、扭矩傳感器和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)組成一體,安裝在轉(zhuǎn)向柱上,其結(jié)

12、構(gòu)緊湊。這種類型般在轎車上使用。齒條助力式系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)安裝在齒條處,直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力,扭矩傳感器安裝在小齒輪處,電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)一起安裝在小齒輪另一端的齒條處,用以給齒條助力。小齒輪助力式系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)與小齒輪相連,直接驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)向。小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的扭矩傳感器、電動(dòng)機(jī)、離合器和助力機(jī)構(gòu)整體安裝在轉(zhuǎn)向齒輪處,直接給齒輪助力,可獲得較大的轉(zhuǎn)向力,各部件布置更方西華大學(xué)碩士學(xué)位論文便。但當(dāng)轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器之間裝有萬(wàn)向傳動(dòng)裝置時(shí),轉(zhuǎn)矩信號(hào)的取得與助力車輪部分不在同一直線上,其助力控制特性難以保證準(zhǔn)確。. 蛐圖.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型.屺叨明力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)與其他轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相

13、比,電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在【?她捌:降低了燃油消耗。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓油泵,使液壓油不停地流動(dòng),浪費(fèi)了部分能量。而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅在需要轉(zhuǎn)向時(shí)才提供助力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī),系統(tǒng)即使在一時(shí)也能工作,可以提供快速的冷起動(dòng)。對(duì)比試驗(yàn)表明,在不轉(zhuǎn)向情況下,裝有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛燃油消耗降低.%,使用轉(zhuǎn)向情況下,燃油消耗降低了.%。增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性。在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,電動(dòng)機(jī)與助力機(jī)構(gòu)直接作用于車輪的轉(zhuǎn)向,因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力大大增強(qiáng),改善了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的跟隨性。提供可變的轉(zhuǎn)向助力。由于沒(méi)有油泵、油管和發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占用空間小,布置方便,更易

14、于生產(chǎn)線裝配。.國(guó)內(nèi)外電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀系統(tǒng)最先在日本獲得實(shí)際應(yīng)用。日本鈴木公司于年首次在其生西華大學(xué)碩士學(xué)位論文產(chǎn)的車上裝備了系統(tǒng),隨后用在車上】。此后,電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。日本的大發(fā)汽車公司、美國(guó)的汽車公司、公司】德國(guó)的公司”,都相繼研制出各自的系統(tǒng)。其中技術(shù)發(fā)展最快、應(yīng)用較為成熟的當(dāng)屬【轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和薩吉諾轉(zhuǎn)向系統(tǒng),而西薩吉諾轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又代表著電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的前沿。公司從年開始便投入大量的人力、物力用于系統(tǒng)的開發(fā)。最初針對(duì)客車轉(zhuǎn)向柱助力式系統(tǒng),其后的小齒輪助力式系統(tǒng)開發(fā)也獲得成功。年,公司的系統(tǒng)已經(jīng)裝備在轎車上,如 和等。汽車系統(tǒng)公司已經(jīng)為大眾的、歐寶以及菲亞特的

15、開發(fā)出系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)近年的發(fā)展,技術(shù)日趨成熟。其應(yīng)用范圍已經(jīng)從最初的微型轎車向大型轎車和商用客車方向發(fā)展。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力方式也從低速助力型向全速助力型發(fā)展,并且其控制方式和功能也進(jìn)一步強(qiáng)化。日本早期的僅僅在低速和停車時(shí)提供助力,高速時(shí)將停止工作。新一代的則不僅在低速和停車時(shí)提供助力,而且還能在高速時(shí)提高汽車的操縱穩(wěn)定性,如鈴木公司裝備在車上的是一個(gè)負(fù)載路面車速感應(yīng)型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由為車開發(fā)的屬全速范圍助力型,并且首次設(shè)置了兩個(gè)丌關(guān),其中一個(gè)用于郊區(qū),另一個(gè)用于市區(qū)和停車。當(dāng)車速大于/后,這兩乖,開關(guān)設(shè)置的程序則是一樣的,以保證汽車在高速時(shí)有合適的路感。我國(guó)同樣對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與開發(fā)

16、給予了很大的關(guān)注。國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和一些汽車系統(tǒng)公司也在這方面作了很多工作。吉林大學(xué)“、清華大學(xué)【 、華中科技大學(xué)【 和江蘇大學(xué)【】等院校紛紛開展了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模、動(dòng)念分析等工作;合肥工業(yè)大學(xué)】、湖北汽車工業(yè)學(xué)校 等院校也對(duì)汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。據(jù)公司預(yù)言,到年全世界生產(chǎn)的汽車中每三輛就有輛裝備系統(tǒng),特別是低排放汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車、電動(dòng)汽車四大汽車將構(gòu)成未來(lái)汽車發(fā)展的主體,這給系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)了更加廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商機(jī)。當(dāng)前,電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在中小型車上得到了很好的應(yīng)用,電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向西華大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)在操縱舒適性、安全性和節(jié)能等方面也充分顯

17、示了其優(yōu)越性。隨著直流電機(jī)性能的改進(jìn),系統(tǒng)助力能力的提高,其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步拓寬,現(xiàn)在升級(jí)的運(yùn)動(dòng)型跑車也有安裝系統(tǒng)。代表未來(lái)動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向,將作為標(biāo)準(zhǔn)件裝備到汽車上,并將在動(dòng)力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)重要地位。.論文的主要工作課題的內(nèi)容主要由以下幾個(gè)方面構(gòu)成:電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體構(gòu)架、系統(tǒng)的仿真分析與控制策略探討、系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)以及臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體構(gòu)架主要是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要組成部件的選取;系統(tǒng)的仿真分析部分與控制策略探討部分主要是根據(jù)系統(tǒng)的具體部件建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,討論不同的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向性能指標(biāo)和助力策略的影響;系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)主要是依據(jù)系統(tǒng)的各部分的

18、功能,繪制其電路圖,選取合適的電子元器件搭建電路板;系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)是基于系統(tǒng)的控制策略編制能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能的軟件。論文研究的重點(diǎn)是完成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室初級(jí)階段的工作,包括硬件電路的繪制及其電路板制作、調(diào)試與功能改進(jìn),同時(shí)在控制策略方面進(jìn)行研究,以及控制軟件的流程設(shè)計(jì)及其具體代碼實(shí)現(xiàn);通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)檢驗(yàn)其實(shí)際功能是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求。.西華大學(xué)碩士學(xué)位論文電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體構(gòu)架.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加了傳感器裝置、電子控制裝置和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)等。它是使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的駕駛條件下為駕駛員提供合適的助力。系統(tǒng)主要由電子控制單元、扭

19、矩傳感器和車速傳感器、電動(dòng)機(jī)、離合器和轉(zhuǎn)向柱總成等組成,。其工作原理如圖.所示。. 幽.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理其工作原理是:駕駛員操縱方向盤轉(zhuǎn)向時(shí),傳感器將駕駛員作用于方向盤上的扭矩信號(hào)、車速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入,對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算,查詢助力表格,確定目標(biāo)電流的大小和方向,從而控制電動(dòng)機(jī)的電流和方向,電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)及離合器將扭矩傳遞給轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),從而為駕駛員提供合適的助力;當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)不助力。不轉(zhuǎn)向的情況下,電動(dòng)機(jī)不工作。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地在不同的車速下為汽車轉(zhuǎn)向提供不同的助力,保證汽車在低速行駛時(shí)輕便靈活,高速行駛時(shí)穩(wěn)定可靠。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體上包括兩大部分。其一

20、是機(jī)械部分;其二是控制部分。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文機(jī)械部分主要包括傳動(dòng)單元離合器、轉(zhuǎn)向柱總成和執(zhí)行單元電機(jī)等?？刂撇糠种饕歉鶕?jù)傳感器測(cè)得的車速和扭矩信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理發(fā)出控制指令,驅(qū)動(dòng)電機(jī)從而為轉(zhuǎn)向提供助力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體框架如圖.。圖.包括了傳感器信號(hào)引入模塊、電動(dòng)機(jī)控制模塊、離合器控制模塊、存儲(chǔ)擴(kuò)展單元以及微控制器等組成模塊。. 圖.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體框圖.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵部件控制系統(tǒng)的傳感器信號(hào)主要包括轉(zhuǎn)向盤扭矩信號(hào)、車速信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào),前兩者用于確定助力電機(jī)的目標(biāo)電流,后者用于電機(jī)的閉環(huán)控制。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略的執(zhí)行主要取決于車速傳感器信號(hào)和扭矩傳感器信號(hào),

21、其性能的優(yōu)劣、壽命的長(zhǎng)短,直接影響著電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。.電位器式扭矩傳感器電位器式扭矩傳感器腳,】結(jié)構(gòu)及工作原理如圖.所示,主要由控制臂、電位器、剛球、滑塊、輸入軸、輸出軸、扭桿等組成。當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作時(shí),輸入軸和輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生偏移,扭桿因彈性形西華大學(xué)碩士學(xué)位論文變而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,與此同時(shí)滑塊根據(jù)扭桿變形的方向和大小沿軸向產(chǎn)生成比例垂.;毛崔馨制臂豫筐沿塊 向,鋼球 向輸出軸扭桿輸入軸扭矩傳感器結(jié)構(gòu)方向盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向盤在中間位置方向盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 圖.扭矩傳感器結(jié)構(gòu)輸出電壓副。/ 。逆時(shí)針轉(zhuǎn)向扭矩嗄時(shí)針.圖.士矩傳感器輸出特性直移動(dòng),控制臂將滑塊的軸向垂直移動(dòng)轉(zhuǎn)化為電位器的旋轉(zhuǎn)角度,將轉(zhuǎn)矩值

22、變換為電壓量,并將其輸入電子控制單元。電位器扭矩傳感器的工作機(jī)理比較簡(jiǎn)西華太學(xué)碩士學(xué)位論文單,它將電位器電阻值的變化作為反映扭矩變化的手段,是一種接觸式傳感器。工作時(shí)傳感器將負(fù)載力矩引起的扭桿轉(zhuǎn)角位移測(cè)出,并轉(zhuǎn)換為電位計(jì)電阻的變化,經(jīng)主、副扭矩傳輸通道將扭矩信號(hào)傳遞到轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行處理。兩路信號(hào)的輸出特性如圖.所示。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤處于中間位置時(shí),電位器的輸出電壓為.;當(dāng)轉(zhuǎn)向盤順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí),主扭矩傳感器的電位器的輸出電壓大于.,副扭矩傳感器的電位器的輸出電壓小于.;當(dāng)轉(zhuǎn)向盤逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí),主扭矩傳感器的電位器的輸出電壓小于.,副扭矩傳感器的電位器的輸出電壓大于.;因此,可以根據(jù)兩路輸入電壓的大小來(lái)

23、判斷轉(zhuǎn)向盤扭矩的大小和方向。電位器式扭矩傳感器由于其原理簡(jiǎn)單;成本較低;采用主、副通道進(jìn)行扭矩信號(hào)采樣,差值輸入有利于消除外部干擾。因此在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。.直流水磁電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的功能是根據(jù)控制器的控制信號(hào)輸出合適的助力扭矩,電動(dòng)機(jī)對(duì)的性能有很大影響,是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一,擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)控制指令執(zhí)行功能。所以的電動(dòng)機(jī)不僅要求低速大扭矩、波動(dòng)小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕、而且要求可靠性高,易控制。為此,設(shè)計(jì)時(shí)常根據(jù)的特點(diǎn),對(duì)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)作一些特殊的處理,如沿轉(zhuǎn)子的表面開出斜槽或螺旋槽,定子磁鐵設(shè)計(jì)成不等厚等?？紤]到汽車電控系統(tǒng)的電源等方面的因素,系統(tǒng)電機(jī)采用直流永磁電機(jī)。永

24、磁式電動(dòng)機(jī)有直流伺服電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和直流力矩電動(dòng)機(jī)三種選擇方案,捫。直流伺服電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,調(diào)速范圍廣,機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好,控制系統(tǒng)和控制方案簡(jiǎn)單。但是直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是帶鐵心的,加之鐵心有齒槽,如果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大,機(jī)電時(shí)間常數(shù)較大,靈敏度較差:轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大,低速運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn);電動(dòng)機(jī)換向時(shí)易產(chǎn)生火花,不夠安全,并影響電動(dòng)機(jī)的壽命。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)做了特殊處理之后,可以保證轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,電動(dòng)機(jī)采取全封閉的形式,從而去除了因換向火花帶來(lái)的不良影響。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是把電子技術(shù)融入電機(jī)領(lǐng)域,將電子線路和電機(jī)融為一體的產(chǎn)物。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是由電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子

25、位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。直流電源通過(guò)開關(guān)電路向電動(dòng)機(jī)定子繞組供電,位置傳感器隨時(shí)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子所處的位置,并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)來(lái)控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止,從而控制哪些繞組通電,哪些繞組斷電,實(shí)現(xiàn)了電子換向。其中轉(zhuǎn)子是由永磁材料制造,具有一定磁極對(duì)數(shù)的永磁體。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是采用電子換向開關(guān)元件進(jìn)行換向,它既具有直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn),又具有交流電動(dòng)機(jī)的沒(méi)有換向器和電樞、維護(hù)方便、無(wú)火花、無(wú)電磁干擾、能在惡劣環(huán)境下工作的諸多優(yōu)點(diǎn),但無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的價(jià)格較高,且控制系統(tǒng)和控制方案復(fù)雜。直流力矩電動(dòng)機(jī)的工作原理和普通的直流伺服電動(dòng)機(jī)相同。只是在結(jié)構(gòu)和外形尺寸的比例有所不同。直流力矩電機(jī)結(jié)構(gòu)上采用扁平

26、電樞,可增加電樞槽數(shù)、元件數(shù)和換向器片數(shù),而且適當(dāng)加大電機(jī)氣隙,所以力矩波動(dòng)小,從而保證了低速下能夠穩(wěn)定運(yùn)行。直流力矩電機(jī)由于結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì),因此其機(jī)械特性和調(diào)節(jié)的線性度好。直流力矩電機(jī)的電磁時(shí)間常數(shù)小,電機(jī)響應(yīng)迅速,動(dòng)態(tài)特性好。直流力矩電動(dòng)機(jī)雖具有諸多優(yōu)點(diǎn),但價(jià)格比較高。實(shí)驗(yàn)室中電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用了直流伺服電動(dòng)機(jī)。伺服電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和功率,能夠滿足負(fù)載運(yùn)動(dòng)要求,控制特性能夠保證所需的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩變化范圍。.電磁離合器電磁離合器的作用是傳遞電動(dòng)機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩,電磁離合器安裝在電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)之間。電磁離合器是為了使電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)快速的結(jié)合和分離。即當(dāng)?shù)退俎D(zhuǎn)向時(shí),電子控制單元輸出控制信

27、號(hào)起動(dòng)電動(dòng)機(jī),并輸出控制信號(hào)使離合器吸合,從而將電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩通過(guò)離合器傳遞到減速機(jī)構(gòu)上。而當(dāng)車速超過(guò)預(yù)置車速時(shí),電子控制單元輸出控制信號(hào)使離合器斷開,離合器失去勵(lì)磁電流而分離。此外,電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),可使離合器分離,令電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)構(gòu)脫開,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)便從電動(dòng)助力方式切換為機(jī)械轉(zhuǎn)向方式,從而保證了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性能。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文.減速機(jī)構(gòu)減速機(jī)構(gòu)的作用是將電動(dòng)機(jī)輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩放大后作用于轉(zhuǎn)向輸出軸。減速機(jī)構(gòu)主要有兩種形式:雙行星齒輪減速機(jī)構(gòu)和蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)。如圖.不。窖驀蕕氯星輪臺(tái)器疊辭慧輪螺繾蝴噸 輪磁桿動(dòng) 離機(jī)轉(zhuǎn)向齒條轉(zhuǎn)向齒輪圖雙行星齒輪堿速機(jī)構(gòu)圖蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)也 圖.減速機(jī)

28、構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖雙行星齒輪減速機(jī)構(gòu)采用了雙行星齒輪和傳動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)組合式。因?yàn)槭嵌嗉?jí)減速,可提供較大的助力扭矩。為了降低噪聲和提高使用壽命,減速機(jī)構(gòu)部分采用樹脂材料齒輪。雙行星齒輪減速機(jī)構(gòu)因?yàn)榭商峁┹^大的助力,通常用在小齒輪助力式和齒條助力式系統(tǒng)。蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,噪聲低,成本較雙行星齒輪減速機(jī)構(gòu)低。其提供的助力雖不及雙行星齒輪減速機(jī)構(gòu),但已能滿足轎車的助力要求,因此,蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)通常用在轉(zhuǎn)向柱助力式的轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,本系統(tǒng)即是采用蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)。.本章小結(jié)本章介紹了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本工作原理及其類型,探討了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體功能框架以及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器、電動(dòng)機(jī)、離合

29、器、減速機(jī)構(gòu)的功能類型及結(jié)構(gòu)。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操縱性能仿真分析.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向操縱性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于一個(gè)操縱性能良好的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),應(yīng)滿足以下要求:轉(zhuǎn)向輕便性;轉(zhuǎn)向靈敏;路感合適。為方便后面分析問(wèn)題,在討論系統(tǒng)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向操縱性能的影響前,首先必須對(duì)上述轉(zhuǎn)向操縱性能指標(biāo)【”瑚以”棚】進(jìn)行定義。.轉(zhuǎn)向輕便性轉(zhuǎn)向輕便性主要是指汽車在低速或原地轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員操舵方向盤所用的作用力或作用功。良好的轉(zhuǎn)向輕便性能夠確保駕駛員轉(zhuǎn)向不致沉重。對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),它主要用不同車速下的助力特性曲線的助力斜率來(lái)表示。助力斜率大,則轉(zhuǎn)向輕便。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性曲線”刪可以有多種形

30、式,圖.分別為直線形、折線形和曲線形式的助力特性曲線。特性曲線都有三個(gè)區(qū)域,當(dāng)乃瓦。為無(wú)助力區(qū)域,當(dāng)兄。瓦一為助力變化區(qū)域,當(dāng)巧,瓦。;為助力不變區(qū)域。廠、一一、 飛:/絲,式: 紜.轉(zhuǎn)向盤輸入力矩/轉(zhuǎn)向盤輸入力矩/ 轉(zhuǎn)向盤輸入力矩/。曲線型直線型折線型, . 圖.三種助力特性曲線。直線型助力特性:在助力變化區(qū)域中,轉(zhuǎn)向盤輸入力矩與助力力矩按線性變化規(guī)律。其函數(shù)表達(dá)為:西華大學(xué)碩士學(xué)位論文瓦.。瓦一。 瓦。? 瓦苫乃。;式.中,為電動(dòng)機(jī)助力力矩;力為斜率函數(shù),是速度的函數(shù);為轉(zhuǎn)向盤輸入力矩;。為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)開始作用時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩;乃一為電動(dòng)機(jī)提供最大助力時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。.折線

31、型助力特性在助力變化區(qū)域中,特性曲線呈分段線性變化。以圖.示中的兩段折線為例,函數(shù)表達(dá)為:死,瓦一瓦。 瓦 瓦:瓦一瓦。瓦一瓦。疋,疋瓦一。 瓦一式中,和:分別為兩段直線的斜率函數(shù),仍然是速度的函數(shù);是斜率由足。變?yōu)?時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩。.曲線型助力特性在助力變化區(qū)域中,助力力矩和轉(zhuǎn)向盤輸入力矩呈非線性變化,函數(shù)表達(dá)為:乃疋。?, 瓦 瓦疋?瓦疋。:直線型助力特性曲線簡(jiǎn)單、便于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),調(diào)整也簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)在于雖然可以感應(yīng)車速對(duì)助力曲線的斜率特性做出變化,但對(duì)于輸入的高、低區(qū)域卻不能區(qū)別對(duì)應(yīng),輸出為線性、路感單一,故無(wú)法很好協(xié)調(diào)路感和輕便性的關(guān)系;非線性曲線在感應(yīng)速度的同時(shí),每條曲線自身又感應(yīng)

32、高、低輸入?yún)^(qū)域進(jìn)行變化,是十分理想的特性曲線,但在確定過(guò)程中需要大量和稠密的理想轉(zhuǎn)向盤力矩特性信息,故確定和調(diào)整都不容易;折線型的優(yōu)、缺點(diǎn)則介于二者之間。根據(jù)實(shí)際裝備控制器車輛的試驗(yàn)結(jié)果顯示,在助力特性曲線的起點(diǎn)問(wèn)題上,隨車速增加有逐步增加的趨勢(shì),也就是電動(dòng)機(jī)開始助力時(shí)的轉(zhuǎn)向盤力矩乃隨車速增加而增加。此次確定的助力特性曲線也采用此種方式,對(duì)應(yīng)的乃的西華大學(xué)碩士學(xué)位論文值按車速?gòu)摹?至蛐其變化范圍是至。同樣的,在電動(dòng)機(jī)提供恒定助力時(shí)的轉(zhuǎn)向盤輸入力矩一也對(duì)應(yīng)變化,范圍是至。將此曲線的起始點(diǎn)寫成隨車速變化的函數(shù)為:疋.如;乃一.其中:表.不同車速下的助力斜率車速油.助力斜率 . . . . .將離散

33、的斜率值擬合成車速的函數(shù),擬合結(jié)果如圖.所示,擬合函數(shù)為.一.?.一.?將助力特性寫成函數(shù)表達(dá)式為:數(shù)系應(yīng)感率斜車速/ 。.圖.助力特性擬合曲線西華大學(xué)碩士學(xué)位論文:.瓦一乃。 疋乃乃一,乃?！纠钪?.一.?.一.一.如;瓦一;.轉(zhuǎn)向靈敏度轉(zhuǎn)向靈敏度對(duì)汽車操縱十分重要,它是衡量汽車操縱性能的主要指標(biāo),反應(yīng)了汽車對(duì)轉(zhuǎn)向動(dòng)作的響應(yīng)快慢。由于汽車等速行駛時(shí),在前輪角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)就是等速圓周行駛。常用輸出與輸入的比值,如穩(wěn)態(tài)的橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之比來(lái)評(píng)價(jià)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。這個(gè)比值稱為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益,也稱為橫擺角速度增益或轉(zhuǎn)向靈敏度。它也可采用汽車的側(cè)向加速度對(duì)轉(zhuǎn)角的微分來(lái)表示,或從轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角

34、到汽車的橫擺角速度的傳遞函數(shù)。這里選擇從轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角到汽車的橫擺角速度的傳遞函數(shù)來(lái)表示轉(zhuǎn)向靈敏度,因?yàn)樗苤苯芋w現(xiàn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和汽車系統(tǒng)的綜合性能。對(duì)于汽車橫擺角速度頻響函數(shù),可以用其頻響函數(shù)上的五個(gè)參數(shù)如圖來(lái)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向靈敏度,它們是:頻率為零時(shí)的幅值比,即穩(wěn)態(tài)增益用表示:共振峰頻率,.廠值越高,操縱穩(wěn)定性越好。共振時(shí)的增幅比,為共振時(shí)的幅值。,的值應(yīng)該小些?！?.沈時(shí)的相位滯后角中,它表示緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)響應(yīng)的快慢,這個(gè)數(shù)值應(yīng)該接近于零。,;.上如時(shí)的相位滯后角巾,它表示快速轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)響應(yīng)的快慢,其數(shù)值應(yīng)該小些。此外,對(duì)于隨動(dòng)系統(tǒng),要求系統(tǒng)響應(yīng)的快速性好,這可以通過(guò)橫擺角速度頻響函數(shù)的帶

35、寬來(lái)表示。系統(tǒng)的帶寬表征系統(tǒng)允許工作的最高頻率范圍。帶寬越大,響應(yīng)的快速性越好,即過(guò)渡過(guò)程的上升時(shí)間越小,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也就越好。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文已。寫黽芏呂咎眷.“ 。圖評(píng)價(jià)橫擺角速度頻率特性的五個(gè)參數(shù).轉(zhuǎn)向路感對(duì)于路感有許多定義,本文選擇把路感定義為從負(fù)載到手力的傳遞特性。.電動(dòng)機(jī)及其它各部件的動(dòng)力學(xué)模型為分析問(wèn)題方便,把前輪及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)向轉(zhuǎn)向柱簡(jiǎn)化,得到簡(jiǎn)化后的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型如圖.所示。設(shè)方向盤上施加的扭矩、等效到轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向阻力、電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)作用到轉(zhuǎn)向柱的助力分別為瓦,乙,方向盤的轉(zhuǎn)角、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與前輪等效到轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)角分別為吼,如,吼,方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、前輪及轉(zhuǎn)

36、向機(jī)構(gòu)向轉(zhuǎn)向柱等效后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為。,。,。,轉(zhuǎn)向盤與支承之間、等效到轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和前輪、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與支承之間的粘性摩擦系數(shù)分別為玩,口。,口。,扭矩傳感器剛度為。,可得到如下各部件的模型。轉(zhuǎn)向盤模型.簪鞏魯制鞏訓(xùn)前輪模型西華大學(xué)碩士學(xué)位論文吼瓦:;.圖.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型告幔警?州吼卅電動(dòng)機(jī)模型。刪。哮托警其中,女。分別為電動(dòng)機(jī)電樞電阻、電感和反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。.,。爭(zhēng)州。魯一罟為了簡(jiǎn)化問(wèn)題假設(shè)電動(dòng)機(jī)為剛性的,故不考慮電動(dòng)機(jī)的扭轉(zhuǎn)剛度,考慮電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)向柱之間的速度匹配,有%。眭 .招矩傳感器模型:;七。臼.一日, .汽車橫向動(dòng)力學(xué)模型如圖.所示,假定汽車車廂只做平行于地

37、面的平面運(yùn)動(dòng),即汽車沿軸的位移,繞軸的俯仰角與繞軸的側(cè)傾角為零,而且假定汽車沿軸的前西華大學(xué)碩士學(xué)位論文 . 珊圈.汽車二自由度模型進(jìn)進(jìn)度“視為不變,不考慮大幅度急轉(zhuǎn)方向盤的情形。因此,汽車只有沿軸的側(cè)向運(yùn)動(dòng)與繞軸的橫擺運(yùn)動(dòng)這樣兩個(gè)自由度。并且汽車以小轉(zhuǎn)角行駛,因此輪胎的側(cè)偏模型可認(rèn)為是線性的,這樣,汽車便簡(jiǎn)化為一個(gè)兩輪摩托車模型。那么可以采用線性二自由度的單軌模型對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析”。有以下方程成立:。女:盧三口七。一:,一。:“。盧三 女女,一七:,匆由于汽車以小轉(zhuǎn)角行駛,盧。蘭,因而:“聲。.“籌鄧。咄盧“一一三噸一%也.:口七礎(chǔ).一齜:盧,蘭三女。上式中,:分別為汽車質(zhì)量和繞重心垂直

38、軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;“為車速;七。,:為別為前輪和后輪的側(cè)偏剛度:盧.,分別是汽車質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度和前輪的轉(zhuǎn)向角;口,分別是前后輪中心到汽車質(zhì)心的距離。對(duì)上式進(jìn)行零初始條件的拉氏變換,可得:.雕怒鄖西華大學(xué)碩士學(xué)位論文.刪器喇其中邱咄協(xié)警?足硎“腩;歷,:淞:陋 后,:七,七:世一“口七。一酞:.前輪側(cè)偏力矩模型由輪胎的側(cè)偏特性可知,當(dāng)輪胎側(cè)偏角口不超過(guò)。時(shí),側(cè)偏力。與口成線性關(guān)系。汽車正常行駛時(shí),側(cè)向加速度不超過(guò).,側(cè)偏角不超過(guò)。,可以認(rèn)為俱偏角與側(cè)偏力成線性關(guān)系,即只,因此側(cè)偏力矩。;出,口。其中是前輪拖矩。由前輪轉(zhuǎn)向幾何學(xué)分析,知前輪的側(cè)偏角一蘭,一盧,則等效到轉(zhuǎn)向柱的前輪側(cè)偏力矩為,是

39、轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比:.魯”詈鈉考慮到眭;:,則經(jīng)過(guò)零初始條件的拉氏變換的側(cè)偏力矩為:.、馳器蹦其中彳礎(chǔ)。陋礦一一】;口“;礦。.轉(zhuǎn)向靈敏度與轉(zhuǎn)向路感表達(dá)式推導(dǎo).轉(zhuǎn)向靈敏度表達(dá)式若采用電壓控制方法,即電動(dòng)機(jī)兩端的電壓與扭矩傳感器測(cè)試值成比例,扭矩傳感器的測(cè)試值為,吼一吼,其中%,是扭矩傳感器的扭轉(zhuǎn)剮度。那么.。肚,吼一日。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文其中為助力增益。把式.代入式.,根據(jù)式.和式.,經(jīng)推導(dǎo)可得到以 吼 七,尺七。荊【。小吼皿嘗,等脅即器固根據(jù)轉(zhuǎn)向靈敏度的定義,最終可得到轉(zhuǎn)向靈敏度函數(shù)為:盟:盟盟業(yè):幽絲塵四、 。吼 眭吼 :.轉(zhuǎn)向路感表達(dá)式假定轉(zhuǎn)向盤固定相當(dāng)于等轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向,此時(shí)駕駛員的轉(zhuǎn)向手力為:

40、.瓦。吼一以;越,臼。根據(jù)式.和式.?.、.、.有,馳【“爐即鬻砂等巾。根據(jù)轉(zhuǎn)向路感的定義有:“;嬰;矣 、其中,邢,小?！被I靜.中各參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向操縱性能的影響分析.各參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏度的影響從式.可以看出,影響轉(zhuǎn)向靈敏度的參數(shù)有電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和電氣參數(shù)、助力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比、扭矩傳感器剛度、前輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、整車參數(shù)等?？紤]到電動(dòng)機(jī)的電氣參數(shù)是不能任意選擇的,故只考慮了下列因素對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏度的西華太學(xué)碩士學(xué)位論文影響,計(jì)算得到如圖.?.所示的波德圖。計(jì)算所用的參數(shù)見表.。表.列出了相應(yīng)汽車橫擺角速度頻響函數(shù)上的參數(shù),其中;為幅值裕度,“相位交界頻率,增幅比/,厶為截止頻率,為共振峰頻率,叭、中為相位滯后角

41、。表.仿真所用的參數(shù)值 .汽車總質(zhì)量堍汽車?yán)@重心軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, 口 .前輪中心至汽車重心距離.后輪中心至汽車重心距離“,車速,前后輪側(cè)偏剛度足七.電動(dòng)機(jī)電樞電阻電動(dòng)機(jī)電樞電感 .,反電勢(shì)常數(shù)七。七. .?電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, .電動(dòng)機(jī)阻尼系數(shù) .?,。前輪等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 .,前輪等效阻尼系數(shù)助力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比機(jī)械轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比.前輪拖距扭矩傳感器剛度:由圖.和表可以看出,扭矩傳感器剛度增加,相位滯后垂和工中減小,增幅比/減小。扭矩傳感器剛度小于某個(gè)定值增西華大學(xué)碩士學(xué)位論文加時(shí),共振峰頻率,增大,帶寬變寬;當(dāng)它超過(guò)某個(gè)定值增加時(shí)共振峰頻率,減小,帶寬降低,并將最終引起系統(tǒng)失去穩(wěn)定。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣

42、量:由圖.和表.可以看出,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增加將引起相位滯后西和中的增加,扭矩傳感器剛度小于某個(gè)定值增加時(shí),共振峰頻率,增大,帶寬變寬:當(dāng)它超過(guò)某個(gè)定值增大時(shí)共振峰頻率減小,帶寬變窄。而且當(dāng)它超過(guò)某個(gè)定值時(shí),幅值裕度世。為負(fù)值,并將最終引起系統(tǒng)失去穩(wěn)定。助力增益:由圖.和表.可以看出,控制器助力增益的增大將使增幅比/減小,相位滯后函和中減少,扭矩傳感器剛度小于某個(gè)定值增加時(shí),共振峰頻率增大,帶寬增加;但是當(dāng)它足夠大的時(shí)候?qū)⒆罱K引起系統(tǒng)失去穩(wěn)定。助力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比:由圖.和表.可以看出,傳動(dòng)比的增加使得相位滯后中和增加,共振峰頻率廠減小,帶寬變窄;扭矩傳感器剛度小于某個(gè)定值增加時(shí),增幅比/增大,當(dāng)它

43、超過(guò)某個(gè)定值增加時(shí),增幅比,減小,傳動(dòng)比足夠大時(shí)將最終引起系統(tǒng)失去穩(wěn)定。汽車性能最后通過(guò)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行測(cè)定與評(píng)價(jià)。試驗(yàn)中的性能評(píng)價(jià)有主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)兩種方法?？陀^評(píng)價(jià)法是通過(guò)測(cè)試儀器測(cè)出表征性能的物理量如橫擺角速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角及轉(zhuǎn)向力等來(lái)評(píng)價(jià)操縱穩(wěn)定性的方法。主觀評(píng)價(jià)法就是感官評(píng)價(jià),其方法是讓試驗(yàn)評(píng)價(jià)人員根據(jù)試驗(yàn)時(shí)自己的感官來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。并按規(guī)定的項(xiàng)目和評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行評(píng)分。確定穩(wěn)態(tài)響應(yīng)與瞬態(tài)響應(yīng)的轉(zhuǎn)向角階躍輸入試驗(yàn)、確定橫擺角速度頻率響應(yīng)特性的轉(zhuǎn)向盤角脈沖輸入試驗(yàn)以及轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)就是由長(zhǎng)期汽車工程實(shí)踐與專門的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)所肯定下來(lái)的開路系統(tǒng)客觀評(píng)價(jià)方法。如圖.所示為無(wú)助力增

44、益、助力增益為和時(shí)的轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入和角脈沖輸入時(shí)橫擺角速度的時(shí)域響應(yīng)試驗(yàn)仿真。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文。四。;瓣麓鬻霪鬃囂秘黲,繁鬟 。辯 。一.、漾 蘭、“ .、尊。、?: . : 一.:?卅;?皿芒哥王.等齡、.,芝一:二。、:、.一日罡正摯漣.鞭、蓮. .: 。伯 矧, 蚰陸圖.扭矩傳感器剛度對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏度的影響表.扭矩傳感器剛度對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏度參數(shù)的影響中 中足 昭 ,/ / / 珊丌/. . . . . . . . . , ?. ?. . . . . . . . . . . .。 . . . . . . . . .西華大學(xué)碩士學(xué)位論文山口一口,攔固芑一一山. 腫圖.電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏度的

45、影響表.電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏度參數(shù)的影響中 中% , / 小,“,. . . . . 一. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., . . . . . . . . . . .西華大學(xué)碩士學(xué)位論文“疊:;:.: .:. 釓蟪鼉: 一一怒一. ;。一、:。.舳 一.;刪毋善世最毫一; .黻釜.;:囂蚪.、弧、量專售甕七屯黧.。:下.咖 圖.助力增益對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏度的影響表.助力增益對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏度參數(shù)的影響 幣甜曙,/ , , /“,. . . . . . . . . ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46、. . . . .西華大學(xué)碩士學(xué)位論文? .圖.助力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏度的影響表.助力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏度參數(shù)的影響 . 中鋁,/ , , /. . . . . . . . . . . . . . . .一. . . . . . . . 一. ,. . . . . . . . . . . . .西華大學(xué)碩士學(xué)位論文. 柚印仰百 圖.助力增益對(duì)橫擺角速度的時(shí)域響應(yīng)曲線.各種參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向路感的影響扭矩傳感器剛度:扭矩傳感器剛度增加使得相位滯后減少,對(duì)幅頻特性的影響不明顯如圖.。當(dāng)它超過(guò)某個(gè)值時(shí)將最終引起系統(tǒng)失去穩(wěn)定。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增加將引起相位滯后的增加,而對(duì)幅頻特性的影響不明

47、顯如圖.,同樣,當(dāng)它超過(guò)某個(gè)定值時(shí)最終引起系統(tǒng)失去穩(wěn)定。助力增益:控制器助力增益的增大將使得相位滯后減少而幅頻曲線衰減見圖.,但是當(dāng)它足夠大的時(shí)候?qū)⒆罱K引起系統(tǒng)失去穩(wěn)定。助力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比:傳動(dòng)比的增加使得相位滯后增加而幅頻曲線衰減見圖.,當(dāng)它足夠小時(shí)將最終引起系統(tǒng)失去穩(wěn)定。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文:一一;.崩。:.:.一弘:.日已魯,蓋 .一。一.:?:?“ 、寸、 、幅。一:. 、:搿【拈山。筋一筠弋奄 。遮. 【 圖.扭矩傳感器剛度對(duì)轉(zhuǎn)向路感的影響日弓茸矗葺一君盆.圖.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)轉(zhuǎn)向路感的影響西華大學(xué)碩士學(xué)位論文. 圖.助力增益對(duì)轉(zhuǎn)向路感的影響一皿廿一。廿世三一口一. 圖.助力機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比對(duì)轉(zhuǎn)向路感的影響西華大學(xué)碩士學(xué)位論文.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向助力策略的探討為了便于研究齒條負(fù)荷與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩之間的傳遞函數(shù)【舶】,我們將轉(zhuǎn)向盤固定,計(jì)算和分析從齒條負(fù)荷到把持轉(zhuǎn)向盤不動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)特性。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤固定不動(dòng)時(shí).對(duì)轉(zhuǎn)向小齒輪進(jìn)行