汽车系统动力学第2版喻凡基本课件第13章节转向系统动力学及控制.ppt

第五节　主动前轮转向系统 仿真结果表明了对AFS所设计非线性模型预测控 制策略的有效性,对提高车辆主动安全性的效果明 显。同时,由于主动前轮转向与传统车辆的结构能 够很好兼容,因而具有良好的发展前景。 本章完 谢谢！ 第三节　四轮转向系统 2.动力学分析 若4WS车辆高速行驶下仍采用“反向转向”,则会导致车辆趋向于过多转向趋势,从而出现高速转弯时失稳的危险工况。在此涉及的操纵动力学分析中,主要针对以中高速行驶的4WS车辆展开讨论。下面以图13-21所示的单轨操纵模型为基础,通过与FWS车辆的性能对比,分析4WS系统对车辆操纵稳定性的影响。 第三节　四轮转向系统 4WS车辆的转向几何关系 　具有前、后轮转向的单轨操纵模型 第三节　四轮转向系统 不同转向特性车辆的稳态横摆角速度增益(rss/δf)随车速的变化 第三节　四轮转向系统 FWS和4WS车辆侧向加速度频率响应比较 a) 幅频响应的比较　b)相频响应的比较 第三节　四轮转向系统 三、 一个4WS系统分析模型 假定在小转角情况下,车辆质心侧偏角β近似等于v/u。再结合基于操纵模型运动方程式(11-15)、式(11-16)和前后轮胎侧偏角表达式(13-48)很容易地推导出以车身质心侧偏角β和横摆角速度r为变量的4WS系统状态方程: 第三节　四轮转向系统 三个不同系统的操纵动力学响应 a)转向盘转角输入　b)侧向位移对比曲线　 c)横摆角速度对比曲线　d)侧偏角对比曲线 第四节　电动助力转向系统 一、概述 电动助力转向(Electrical Power Assisted Steering,EPAS)是一种由电动机提供直接辅助转矩的动力转向系统,其系统组成如图13-26所示。电动助力转向的基本原理为:转矩传感器与转向轴(或小齿轮轴)连接在一起,当转向轴转动时,转矩传感器把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动角位移变成电信号传给电控单元(ECU),ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号控制电动机的旋转方向和助力大小,实时控制助力转向。因此它可以很容易地实现在车速不同时提供电动机不同的助力效果,保证汽车在低速转向行驶时轻便灵活,高速转向行驶时稳定可靠。 第四节　电动助力转向系统 　 电动助力转向系统示意图 1—转矩传感器　2—减速机构　3—电动机　4—齿轮齿条式转向器 第四节　电动助力转向系统 二、电动助力转向系统建模 从车辆动力学与控制的角度考虑,电动助力转向的核心问题是助力如何随转向盘转矩和车速的变化而变化。本节中以机械式齿轮齿条转向器和永磁直流电动机组成的系统为例,其简化模型如图13-27所示,对系统建模和控制方法进行讨论。图13-27所示模型中转向盘固定,以齿条所受地面冲击为输入,并以转向盘固定不动所需的力矩作为输出。这里,以此模型来分析在车辆行驶过程中,驾驶人握住转向盘使转向盘固定,转向轮受到路面冲击时系统的动态特性。根据简化的模型,分别对转向器和永磁直流电动机写出转矩平衡方程,得到系统的运动微分方程为: 第四节　电动助力转向系统 电动助力转向简化模型 第四节　电动助力转向系统 三、控制逻辑与性能分析 1.三种基本的控制方法 EPAS系统可以对转向过程中的每个环节(转向、回正、中间位置)进行精确控制,从而提高汽车转向助力性能。微处理器可以根据各种传感器的信号判断转向状态,执行不同控制模式,根据这些要求,制定出EPAS控制策略。在对电动助力转向系统进行控制时,不同的控制策略会有不同的控制效果。下面介绍几种常用的、较为成熟的控制方法。 第四节　电动助力转向系统 (1)助力控制　助力控制是汽车在低速行驶过程中进行转向时,为减轻转向盘的操纵力,使其转向操纵轻便灵敏,可通过减速机构把电动机转矩作用到机械转向系统(转向轴、齿轮、齿条)上的一种基本控制模式。该控制是利用电动机转矩和电动机电流成比例的特性,由转向盘转矩传感器检测的转矩信号和由车速传感器检测的车速信号输入控制器单片机中,根据预测的不同车速下“转矩-电动机助力目标电流表”,确定出电动机助力的目标电流,通过比较反馈电流与目标电流,利用PID调节器等来进行调节,输出PWM(脉宽调制)信号到驱动回路以驱动电动机产生合适的助力。 第四节　电动助力转向系统 (2)回正控制　回正控制是为改善转向回正特性的一种控制模式。汽车在行驶过程中转向时,由于转向轮主销后倾角和主销内倾角的存在,使得转向轮具有自动回正的作用。随着车速的提高,回正转矩增大,而轮胎与地面的侧向附着系数却减小,二者综合作用使回正性能提高。根据转向盘转矩和转动的方向可以判断转向盘是否处于回正状态。实施过程可以如下:分为低速行驶转向回正过程中,保持机械系统原有的回正特性;高速行驶转向回正时,为防止回正超调,可采用回正控制。其工作原