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近十多年来,国内外对于电动助力转向(EPS)的常规助力控制进行了较为深入系统的研究。近年来,对于包括横向稳定性控制在内的EPS功能扩展及与其它系统的集成控制成为研究热点。本文以装备管柱式EPS的某微型乘用车为研究对象,为提高车辆在高速大转角工况下的横向稳定性,用MATLAB软件进行转向系统和整车建模,建立非线性三自由度整车模型,对车辆稳态转向特性和转向行驶稳定性进行理论分析,在没有电子稳定程序(ESP)或车辆动态稳定性控制(VDC)装置的情况下,引入可控的补偿电流对EPS控制策略进行改进,提高转向系统阻尼,增强车辆的横向稳定性和驾驶员“路感”,使车辆的横摆运动得到良好控制。主要工作如下:
首先,简要介绍了EPS系统,以及国内的EPS研究进展。其次为了更好地模拟车辆的实际运动,正确表达车辆的动态性能,本文建立了EPS系统模型和能够反映车辆横摆、侧倾、侧向运动的三自由度线性整车模型,在此基础上考虑到与通常所遇到的转向工况不同的是在高速大转角转向运动过程中,垂直载荷在左右轮胎上的重新分配和轮胎的侧偏特性对转向所造成的影响,本文将这两项主要影响因素引入到整车模型中,建立了整车的三自由度非线性模型,使其针对具体的行驶工况,更准确地表达车辆的动态性能。
接着本文分析了乘用车的转向特性,尤其是在侧向加速度较大时车辆所表现出来的转向特性,通过仿真分析发现,在侧向加速度较小时车辆具有轻微的不足转向,但是在侧向加速度大于0.63g时,车辆出现过度转向趋势。其次,进行了车辆的转向稳定性分析,仿真结果显示,当车辆以较高速度行驶,在急转向时,应避免使前轮产生大的转角。
基于以上两点的分析再结合高速行驶工况下车辆转向阻力矩减小的情况,本文提出了电流补偿控制策略,旨在提高高速大转角工况下的转向系统阻尼和驾驶员“路感”,使车辆的横向运动得到良好控制。仿真结果显示,这种补偿策略对提高车辆的行驶稳定性有良好的效果,而且这种控制策略在驾驶员正常驾驶工况下不起作用,不会妨碍驾驶员的正常驾驶;在紧急避障的工况下,通过仿真分析,发现即使是在有电流补偿控制的情况下,驾驶员也能及时避开具有一定宽度的障碍区。
最后,通过试验,对本文所提出的控制策略进行了验证,试验结果证明,电流补偿控制策略能有效提高高速大转角工况下的转向系统的阻尼,改善了驾驶员的“路感”。