电动助力转向系统的建模与分析
电动助力转向系统的建模与分析[20200409091938]
摘要
汽车转向系统对汽车有举足轻重的作用。汽车转向系统也在进化之中。进化的历程由最早的机械式到液压式再到电动助力转向系统。
本文主要阐述了汽车电动助力转向控制系统的发展现状及结构原理，并通过对其控制电路的研究设计详细介绍了控制过程的实现方法。利用MATLAB软件建立了空气悬架的机械系统模型。同时在MATLAB的Simulink环境下设计了基于PID控制的汽车半主动空气悬架控制模型，最后进行基于MATLAB仿真，从而实现仿真研究。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:电动助力转向系统PID控制策略MATLAB仿真
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 研究电动助力转向系统的目的及意义 1
第二章 电动助力转向系统的发展及分类 4
2.1 电动助力转向系统的研究发展状况 4
2.2电动助力转向系统的分类 4
第三章 电动助力转向系统的组成及模型 8
3.1电动助力转向系统的组成 8
3.2 电动助力转向系统动力学模型 9
第四章 基于MATLB的控制模型的建立和分析 16
4.1 MATLAB简介 16
4.2 控制算法简述 17
4.3 控制系统建模 18
4.4 随机输入 20
4.4.1统计特性 20
4.4.2 各种参数对路面特性的影响 20
4.5 仿真结果分析 22
第五章 结语 24
参考文献 25
致 谢 26
1.绪论
1.1 课题背景
经过了五十多个春秋，液压助力转向系统这门技术已趋近成熟。但因为社会脚步的不断迈进，人们节约能源和环境保护的的意识明显增强。耗能高、污染大等缺点都是该系统中存在的，这些缺点使它完全脱离了时代的发展。
电动助力转向系统技术是一种高新技术，它集最新的两项技术于一身。它因为能明显提高动态和静态性。增加了在驾车中的安全性。减少汽车的排污量等。所以，这一理念刚被提出，就得到了来自大型企业和科研机构的重视，并且对它的开发研究也在同步进行。
虽然该系统还未广泛使用，但在未来必定会成为主流系统。对比其他的系统，电动助力转向系统明显占据着上风：减少了燃油消耗、增强了转向跟随性、改善了转向回正特性、提高了操纵稳定性、提供可变的转向助力、采用"绿色能源"，适应现代汽车的要求、系统结构简单，占用空间小，布置方便，性能优越、生产线装配性好。
1.2 研究电动助力转向系统的目的及意义
目前世界各国都在开发电动助力转向系统。与早期开发的机械转向系统进行比较，电动助力转向系统的优势有：结构相对紧密、所占空间比较小、质量更轻、维护起来更简单、耗能小污染少等。
例如它可以根据汽车速度的变化来准确恰当的调整转向助力从而得到可以令驾驶员满意的转向路感，它在轿车和货车等众多车型上都有得到运用。在国外有一些汽车公司已经在多种车型上运用了这种先进技术，我国汽车行业对这种高科技产品的研究是十分急迫的，所以对这种先进转向系统的研究和开发是十分重要的。
电动助力转向系统自身包含着极高的科技含量，它及机械、电子、计算机、自动控制和传感器等多方面的技术于一身。
和现在使用较多的液压助力转向系统相比，它的优势是极其突出的，可以说，未来的电动助力转向系统必定会取代现在的液压助力转向系统。在最近的一段时期内，国内的许多单位对电动助力转向系统进行了大力的研究，取得了不错的成绩，但是由于各方面的原因我国在电动助力转向系统方面的取得的成绩与国际先进水平间仍然有着比较大的差距。
随着全球汽车产量的不断提高，转向系统市场存在着极大地潜力，与此同时关税的降低使外国的汽车厂商纷纷进入我国市场。由于大多数我国自主汽车企业发展时间短、技术水平较低等更正原因，自主汽车在和世界著名汽车之间的竞争中处于十分不利的方面。为了扭转这种劣势，必须持续加强对汽车核心技术的研究力度。因此研究开发电动助力转向系统，对提高我国自主汽车在国际上的竞争力有着重大的意义。
本论文首先建立电动助力转向系统的简化模型和汽车的二自由度汽车模型，然后电动助力转向系统进行受力分析建立电动助力转向系统的动力学模型。
2.电动助力转向系统的发展及分类
2.1 电动助力转向系统的研究发展状况
从二十世纪八十年代电动助力转向系统被发明到现在，各个国家的汽车企业围绕它进行了很多的科学研发，当然在这方面取得的结果就是电动助力转向系统正在飞速发展。
如今一些外企拥有着相对成熟的电动助力转向系统技术，例如某些国际知名的汽车制造商像德国奔驰公司、日本铃木公司、美国TRW公司等已经先世界一步将自主开发的电动助力转向系统应用于本公司的一些产品上。
美国TRW公司早在二十世纪五十年代就设想用控制信号来替代转向盘和转向轮之间的机械连接，德国kasselman公司在十年后开发出类似的主动转向系统，收到当时科技条件的影响一直无法在汽车上得到应用。在这之后德国奔驰公司在上世纪九十年代开始对前轮电子转向系统进行研究，并且在F400carving概念车型应用了这一研究成果。
从这以后，国外的各种主流汽车研究机构纷纷投入大量人员和资金开始深入研究汽车电子转向系统。现在，许多汽车公司都已经开发出各有千秋的电动助力转向系统并且将它应用于自己公司的产品之上。
目前国内电动助力转向系统的研究才起步没多久，与国际先进技术差距明显。EPS产品在2002年才有国内企业进行研制开发，目前已经知道的有10多家科研院校正在研制中，如清华大学、吉林大学、江苏大学、天津大学、合肥工业大学等，另外还有10多家转向企业和10多家配套企业也在研制中。
但是，因为自主的国产汽车各个车型技术的实际情况以及使用条件的特殊性和外国都有着不小的区别，自主国产汽车与国外的电动助力转向系统的匹配以及实用性都存在这各种各样问题，到现在还没有开发出与自主国产汽车相协调匹配的并且具有自主知识产权的电动助力转向系统，我国近几年才展开电动助力转向系统技术的研究开发，可惜的是获得的技术资料较少，目前还没有实际运用。
2.2电动助力转向系统的分类
电动助力转向系统简称EPS，它由电子、力量、 操纵的三个词的英文首字母首字母组合而成。它通过利用电动机产生的动力帮助驾驶员动力转向。电动助力转向系统的组成，不管什么牌子汽车的车尽管结构有所区别，但总体是相近的。一般是由转向传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。
汽车在路上拐弯时，转向传感器会接收到到转向盘的力矩和拟转动的方向。这些信号由电子控制单元通过数据总线接收。电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令。从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。由于电子控制单元的控制，汽车能够比较简单地完成可变助力这项功能。也就是在汽车低速行驶的时候助力能量大，方向盘轻便，汽车高速行驶时助力能量小，方向盘稳重，如此使车辆在行驶时更加的安全。如果只直线行驶，那么电动助力转向系统就不会运行，处于待机状态直到转弯时在运行。
由于电动助力转向系统所拥有的运行特殊性，驾驶员开这样的车会感觉到，转弯时方向感更顺，直线高速行驶时更稳，俗话说方向不发飘。又因为它在直线行驶时不工作。所以，也某种程度上减少了了资源的消耗。一般这样的助力转向系统的大部分为高档轿车，如图2-1所示。
图2-1 电动助力转向系统
电动助力转向系统依据助力电动机助力位置不同，又可分为三种形式，分别为：转向轴式电动助力转向系统；齿轮轴式电动助力转向系统；齿条轴式电动助力转向系统。
转向轴式电动助力转向系统的电动机固定在转向轴一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向，如图2-2所示。
摘要
汽车转向系统对汽车有举足轻重的作用。汽车转向系统也在进化之中。进化的历程由最早的机械式到液压式再到电动助力转向系统。
本文主要阐述了汽车电动助力转向控制系统的发展现状及结构原理，并通过对其控制电路的研究设计详细介绍了控制过程的实现方法。利用MATLAB软件建立了空气悬架的机械系统模型。同时在MATLAB的Simulink环境下设计了基于PID控制的汽车半主动空气悬架控制模型，最后进行基于MATLAB仿真，从而实现仿真研究。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:电动助力转向系统PID控制策略MATLAB仿真
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 研究电动助力转向系统的目的及意义 1
第二章 电动助力转向系统的发展及分类 4
2.1 电动助力转向系统的研究发展状况 4
2.2电动助力转向系统的分类 4
第三章 电动助力转向系统的组成及模型 8
3.1电动助力转向系统的组成 8
3.2 电动助力转向系统动力学模型 9
第四章 基于MATLB的控制模型的建立和分析 16
4.1 MATLAB简介 16
4.2 控制算法简述 17
4.3 控制系统建模 18
4.4 随机输入 20
4.4.1统计特性 20
4.4.2 各种参数对路面特性的影响 20
4.5 仿真结果分析 22
第五章 结语 24
参考文献 25
致 谢 26
1.绪论
1.1 课题背景
经过了五十多个春秋，液压助力转向系统这门技术已趋近成熟。但因为社会脚步的不断迈进，人们节约能源和环境保护的的意识明显增强。耗能高、污染大等缺点都是该系统中存在的，这些缺点使它完全脱离了时代的发展。
电动助力转向系统技术是一种高新技术，它集最新的两项技术于一身。它因为能明显提高动态和静态性。增加了在驾车中的安全性。减少汽车的排污量等。所以，这一理念刚被提出，就得到了来自大型企业和科研机构的重视，并且对它的开发研究也在同步进行。
虽然该系统还未广泛使用，但在未来必定会成为主流系统。对比其他的系统，电动助力转向系统明显占据着上风：减少了燃油消耗、增强了转向跟随性、改善了转向回正特性、提高了操纵稳定性、提供可变的转向助力、采用"绿色能源"，适应现代汽车的要求、系统结构简单，占用空间小，布置方便，性能优越、生产线装配性好。
1.2 研究电动助力转向系统的目的及意义
目前世界各国都在开发电动助力转向系统。与早期开发的机械转向系统进行比较，电动助力转向系统的优势有：结构相对紧密、所占空间比较小、质量更轻、维护起来更简单、耗能小污染少等。
例如它可以根据汽车速度的变化来准确恰当的调整转向助力从而得到可以令驾驶员满意的转向路感，它在轿车和货车等众多车型上都有得到运用。在国外有一些汽车公司已经在多种车型上运用了这种先进技术，我国汽车行业对这种高科技产品的研究是十分急迫的，所以对这种先进转向系统的研究和开发是十分重要的。
电动助力转向系统自身包含着极高的科技含量，它及机械、电子、计算机、自动控制和传感器等多方面的技术于一身。
和现在使用较多的液压助力转向系统相比，它的优势是极其突出的，可以说，未来的电动助力转向系统必定会取代现在的液压助力转向系统。在最近的一段时期内，国内的许多单位对电动助力转向系统进行了大力的研究，取得了不错的成绩，但是由于各方面的原因我国在电动助力转向系统方面的取得的成绩与国际先进水平间仍然有着比较大的差距。
随着全球汽车产量的不断提高，转向系统市场存在着极大地潜力，与此同时关税的降低使外国的汽车厂商纷纷进入我国市场。由于大多数我国自主汽车企业发展时间短、技术水平较低等更正原因，自主汽车在和世界著名汽车之间的竞争中处于十分不利的方面。为了扭转这种劣势，必须持续加强对汽车核心技术的研究力度。因此研究开发电动助力转向系统，对提高我国自主汽车在国际上的竞争力有着重大的意义。
本论文首先建立电动助力转向系统的简化模型和汽车的二自由度汽车模型，然后电动助力转向系统进行受力分析建立电动助力转向系统的动力学模型。
2.电动助力转向系统的发展及分类
2.1 电动助力转向系统的研究发展状况
从二十世纪八十年代电动助力转向系统被发明到现在，各个国家的汽车企业围绕它进行了很多的科学研发，当然在这方面取得的结果就是电动助力转向系统正在飞速发展。
如今一些外企拥有着相对成熟的电动助力转向系统技术，例如某些国际知名的汽车制造商像德国奔驰公司、日本铃木公司、美国TRW公司等已经先世界一步将自主开发的电动助力转向系统应用于本公司的一些产品上。
美国TRW公司早在二十世纪五十年代就设想用控制信号来替代转向盘和转向轮之间的机械连接，德国kasselman公司在十年后开发出类似的主动转向系统，收到当时科技条件的影响一直无法在汽车上得到应用。在这之后德国奔驰公司在上世纪九十年代开始对前轮电子转向系统进行研究，并且在F400carving概念车型应用了这一研究成果。
从这以后，国外的各种主流汽车研究机构纷纷投入大量人员和资金开始深入研究汽车电子转向系统。现在，许多汽车公司都已经开发出各有千秋的电动助力转向系统并且将它应用于自己公司的产品之上。
目前国内电动助力转向系统的研究才起步没多久，与国际先进技术差距明显。EPS产品在2002年才有国内企业进行研制开发，目前已经知道的有10多家科研院校正在研制中，如清华大学、吉林大学、江苏大学、天津大学、合肥工业大学等，另外还有10多家转向企业和10多家配套企业也在研制中。
但是，因为自主的国产汽车各个车型技术的实际情况以及使用条件的特殊性和外国都有着不小的区别，自主国产汽车与国外的电动助力转向系统的匹配以及实用性都存在这各种各样问题，到现在还没有开发出与自主国产汽车相协调匹配的并且具有自主知识产权的电动助力转向系统，我国近几年才展开电动助力转向系统技术的研究开发，可惜的是获得的技术资料较少，目前还没有实际运用。
2.2电动助力转向系统的分类
电动助力转向系统简称EPS，它由电子、力量、 操纵的三个词的英文首字母首字母组合而成。它通过利用电动机产生的动力帮助驾驶员动力转向。电动助力转向系统的组成，不管什么牌子汽车的车尽管结构有所区别，但总体是相近的。一般是由转向传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。
汽车在路上拐弯时，转向传感器会接收到到转向盘的力矩和拟转动的方向。这些信号由电子控制单元通过数据总线接收。电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令。从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。由于电子控制单元的控制，汽车能够比较简单地完成可变助力这项功能。也就是在汽车低速行驶的时候助力能量大，方向盘轻便，汽车高速行驶时助力能量小，方向盘稳重，如此使车辆在行驶时更加的安全。如果只直线行驶，那么电动助力转向系统就不会运行，处于待机状态直到转弯时在运行。
由于电动助力转向系统所拥有的运行特殊性，驾驶员开这样的车会感觉到，转弯时方向感更顺，直线高速行驶时更稳，俗话说方向不发飘。又因为它在直线行驶时不工作。所以，也某种程度上减少了了资源的消耗。一般这样的助力转向系统的大部分为高档轿车，如图2-1所示。
图2-1 电动助力转向系统
电动助力转向系统依据助力电动机助力位置不同，又可分为三种形式，分别为：转向轴式电动助力转向系统；齿轮轴式电动助力转向系统；齿条轴式电动助力转向系统。
转向轴式电动助力转向系统的电动机固定在转向轴一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向，如图2-2所示。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/1980.html
