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原文传递 C型电动转向器动力学分析与研究

论文题名：	C型电动转向器动力学分析与研究
关键词：	电动转向系统;系统动力学;数学模型;虚拟样机
摘要：	电动转向系统(ElectricPowerSteering，以下简称EPS)是一种新型的车辆转向动态控制系统，与传统的机械转向系统和液压助力转向系统相比，它具有更好的抗干扰性能、燃油经济性能、低温启动性能、安全性和环保性能等。电动转向系统的动力学研究是电动转向器研发的基础。电动转向器与路面条件、转向齿轮齿条、驾驶员的转向操作一起组成电动转向系统。电动转向系统的动力学特性研究就是讨论在汽车电动转向系统的运动及在运动中所受力的相互作用与转向性能的关系，主要探讨以下两方面的问题： ①电动转向器的助力电机提供的转向助力的控制(物理系统构成和控制策略)和优化(物理系统对转向助力信号的影响因素)。 ②电动转向系统在不同工况(包括直线行驶、正常转向、快速转向、原地转向等)下的动力学特性，包括转向轻便性、频域响应特性、瞬态响应特性等。本文以昌河北斗星汽车装备的C型EPS为对象，应用系统动力学原理对电动转向器的机械部件如扭杆、齿轮齿条和蜗轮蜗杆及电控系统的部件如转矩传感器、车速传感器输入、电机等进行输入输出关系的分析，通过实验和仿真的方法，建立了C型EPS的机械系统部件和电控部分的功能模块的数学模型。通过对影响助力电机电流的几个因素：电枢转动时的阻尼、电枢转动惯量进行的分析和研究，确定了助力电流的阻尼、回正补偿机制。综合应用PD控制、相位补偿、反馈控制等多种控制技术对电动转向器的助力电机提供的转向助力的控制，设计以了助力电机的电流为控制对象的EPS控制系统的数学模型，该模型基于直线型助力曲线设计，控制的目的是使助力电机的电流能够准确跟踪电流期望值。本文建立了以路面转向负载与转向小齿轮的转角变化为输入输出关系的电动转向系统的机-电综合动态特性数学模型，研究结果表明PD控制比单一的比例控制使EPS系统具有更好的频率响应和瞬态响应性能，可以有效地减小路面冲击造成的方向盘的振动冲击。本文还应用三维建模软件Pro/E创建C-EPS样机实体模型并导入机械动力学仿真分析软件ADAMS中，构建一个从地面到方向盘的EPS系统的全尺寸的昌合汽车的模型。同时，应用综合仿真技术，将ADAMS环境下的EPS机械系统模型与数值分析软件MATLAB下的电控系统模型结合，得到了基于整车的EPS完整的机-电联合系统仿真模型。在该模型上进行了车辆在方向盘的转向输入及道路的输入情况下的动态响应分析。这种联合仿真技术对EPS性能评估和校准以及对车辆的操作综合性能研究有实用价值。本文通过对EPS的主要部件如电机的助力特性、传感器的输出特性、扭杆的刚度等进行试验研究，开发了相关的试验方法，获取了EPS动态特性研究的第一手数据。试验结果用于EPS的特性研究中并填补国内EPS设计的数据资料空白。
作者：	赵燕
专业：	机械制造及其自动化
导师：	张仲甫
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文