C型電動轉(zhuǎn)向器動力學(xué)分析與研究.pdf

1、電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectricPowerSteering，以下簡稱EPS)是一種新型的車輛轉(zhuǎn)向動態(tài)控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，它具有更好的抗干擾性能、燃油經(jīng)濟性能、低溫啟動性能、安全性和環(huán)保性能等。 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)研究是電動轉(zhuǎn)向器研發(fā)的基礎(chǔ)。電動轉(zhuǎn)向器與路面條件、轉(zhuǎn)向齒輪齒條、駕駛員的轉(zhuǎn)向操作一起組成電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)特性研究就是討論在汽車電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運動及在運動中所受力的相互作

2、用與轉(zhuǎn)向性能的關(guān)系，主要探討以下兩方面的問題： ①電動轉(zhuǎn)向器的助力電機提供的轉(zhuǎn)向助力的控制(物理系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略)和優(yōu)化(物理系統(tǒng)對轉(zhuǎn)向助力信號的影響因素)。 ②電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在不同工況(包括直線行駛、正常轉(zhuǎn)向、快速轉(zhuǎn)向、原地轉(zhuǎn)向等)下的動力學(xué)特性，包括轉(zhuǎn)向輕便性、頻域響應(yīng)特性、瞬態(tài)響應(yīng)特性等。 本文以昌河北斗星汽車裝備的C型EPS為對象，應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)原理對電動轉(zhuǎn)向器的機械部件如扭桿、齒輪齒條和蝸輪蝸桿及電控系

3、統(tǒng)的部件如轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器輸入、電機等進行輸入輸出關(guān)系的分析，通過實驗和仿真的方法，建立了C型EPS的機械系統(tǒng)部件和電控部分的功能模塊的數(shù)學(xué)模型。 通過對影響助力電機電流的幾個因素：電樞轉(zhuǎn)動時的阻尼、電樞轉(zhuǎn)動慣量進行的分析和研究，確定了助力電流的阻尼、回正補償機制。綜合應(yīng)用PD控制、相位補償、反饋控制等多種控制技術(shù)對電動轉(zhuǎn)向器的助力電機提供的轉(zhuǎn)向助力的控制，設(shè)計以了助力電機的電流為控制對象的EPS控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，該模型

4、基于直線型助力曲線設(shè)計，控制的目的是使助力電機的電流能夠準(zhǔn)確跟蹤電流期望值。 本文建立了以路面轉(zhuǎn)向負(fù)載與轉(zhuǎn)向小齒輪的轉(zhuǎn)角變化為輸入輸出關(guān)系的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機-電綜合動態(tài)特性數(shù)學(xué)模型，研究結(jié)果表明PD控制比單一的比例控制使EPS系統(tǒng)具有更好的頻率響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)性能，可以有效地減小路面沖擊造成的方向盤的振動沖擊。本文還應(yīng)用三維建模軟件Pro/E創(chuàng)建C-EPS樣機實體模型并導(dǎo)入機械動力學(xué)仿真分析軟件ADAMS中，構(gòu)建一個從地面到方向盤

5、的EPS系統(tǒng)的全尺寸的昌合汽車的模型。同時，應(yīng)用綜合仿真技術(shù)，將ADAMS環(huán)境下的EPS機械系統(tǒng)模型與數(shù)值分析軟件MATLAB下的電控系統(tǒng)模型結(jié)合，得到了基于整車的EPS完整的機-電聯(lián)合系統(tǒng)仿真模型。在該模型上進行了車輛在方向盤的轉(zhuǎn)向輸入及道路的輸入情況下的動態(tài)響應(yīng)分析。這種聯(lián)合仿真技術(shù)對EPS性能評估和校準(zhǔn)以及對車輛的操作綜合性能研究有實用價值。 本文通過對EPS的主要部件如電機的助力特性、傳感器的輸出特性、扭桿的剛度等進行試