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汽车电动助力转向系统研究及设计

作　者: 张春虎
导　师: 马建
学　校: 长安大学
专　业: 车辆工程
关键词: EPS 助力电机助力特性 PID 模糊控制仿真
分类号: U463.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 123次
引　用: 3次
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内容摘要

当今时代的主题是节能与环保,转向系统作为汽车的一个重要部分,也应该紧扣着时代的主题。因此,电动助力转向系统(Electronic Power Steering,简称EPS)便应运而生。EPS相对于传统的液压助力转向系统更加安全、舒适性更好、维修更方便,最重要的是更节能、更有利于环保,是未来汽车转向系统的必然发展趋势。本论文的研究对象是EPS。在对汽车转向系统的发展历程和国内外的发展现状做了深入的研究和分析的基础之上,对EPS的结构进行了简化,画出其结构图,并对图中的各个部件进行了研究与分析,并且建立了EPS的动力学数学模型、轮胎的数学模型和助力电机的数学模型及传递函数模型,为后面在MATLAB/SIMULINK中建立仿真模型打下基础。为了方便后面仿真模型的建立及输出数值的确定,本论文选取了某一款具体车型的参数作为基础,确定出助力电机的额定转矩、额定电压、额定电流和额定功率等参数。为了确定出助力电机的目标电流,对助力特性曲线做了研究和分析,最终决定采用模糊控制策略来控制助力电机电枢的目标电流,同时还研究了助力电机的两种控制策略,即常规PID控制和模糊自适应PID控制。随后根据前面EPS的动力学数学模型建立其仿真模型,确定出目标电流随着转矩和车速的变化而变化的趋势,验证了模糊控制器的可行性以及目标电流在常规PID控制器和模糊自适应PID控制器分别作用下的跟随性,通过仿真实验可以验证出采用模糊自适应PID控制的效果好于常规PID控制。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-19
  1.1 论文的研究背景及意义  9-10
  1.2 汽车转向系统的发展历程  10-16
    1.2.1 纯机械转向系统  10
    1.2.2 液压助力转向系统(HPS)  10-11
    1.2.3 电动液压助力转向系统(EHPS)  11-12
    1.2.4 电动助力转向系统(EPS)  12-15
    1.2.5 线控转向系统  15-16
  1.3 EPS的国内外研究现状  16-17
    1.3.1 国外发展现状  16-17
    1.3.2 国内发展现状  17
  1.4 汽车电动助力转向系统的未来发展趋势  17-18
  1.5 本论文研究的主要内容  18
  1.6 本章小结  18-19
第二章汽车EPS的组成与原理及主要部件介绍  19-29
  2.1 汽车EPS的组成  19
  2.2 汽车EPS的工作原理  19-20
  2.3 汽车电动助力转向系统的主要部件介绍  20-28
    2.3.1 电控单元(ECU)  20
    2.3.2 传感器  20-23
    2.3.3 助力电机  23-24
    2.3.4 电磁离合器  24-25
    2.3.5 减速机构  25-26
    2.3.6 转向器  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章汽车电动助力转向系统的数学模型研究  29-45
  3.1 EPS的动力学数学模型  29-30
    3.1.1 EPS的动力学结构  29
    3.1.2 EPS的动力学数学模型  29-30
  3.2 轮胎数学模型  30-40
    3.2.1 轮胎与转向系统之间的关系  30-31
    3.2.2 轮胎数学模型的建立方法  31-32
    3.2.3 轮胎数学模型的建立  32-40
  3.3 电机数学模型  40-44
    3.3.1 助力电机的数学模型  40-42
    3.3.2 助力电机得传递函数模型  42-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章汽车电动助力转向系统的电动机选型及控制方案  45-68
  4.1 电动机的选定  45-50
    4.1.1 电动机类型的选定  45
    4.1.2 永磁无刷直流电机的选定  45-50
  4.2 电动机的控制  50-67
    4.2.1 电动助力转向系统的控制要求  50-51
    4.2.2 助力特性曲线的研究  51-52
    4.2.3 目标电流的确定  52-53
    4.2.4 电动机的控制方法  53-54
    4.2.5 电动机的控制策略  54-67
  4.3 本章小结  67-68
第五章汽车EPS仿真模型建立及分析  68-77
  5.1 汽车EPS动力学仿真模型  68-70
    5.1.1 EPS系统动力学仿真模型  68
    5.1.2 EPS各个子系统动力学仿真模型  68-70
  5.2 汽车EPS助力电机控制仿真模型研究及分析  70-76
    5.2.1 目标电流的确定及分析  70-73
    5.2.2 常规PID控制仿真模型及分析  73-74
    5.2.3 模糊自适应PID控制仿真模型及分析  74-76
  5.3 本章小结  76-77
总结与展望  77-79
  全文总结  77-78
  研究展望  78-79
参考文献  79-83
致谢  83

汽车电动助力转向系统研究及设计

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