汽车电动液压助力转向系统的研究与开发

摘要

电动液压助力转向系统(EHPS)在保留了传统机械液压助力转向系统(HPS)工作平顺、功率密度高等优点的基础上还实现了可变助力特性，具有更好的转向操控手感和更好的燃油经济性，从而获得了越来越广泛的应用。我国对于EHPS的研究起步较晚，仍处于缓慢摸索阶段，开展EHPS及其相关技术的研究与开发具有重要意义。本文采用理论与应用相结合、仿真与试验相结合的研究方法，对电动液压助力转向系统开展了大量而有效的研究工作，对EHPS的工作原理和助力特性进行了深入的分析研究，设计并开发了EHPS控制器和样机，并对其完成了试验验证。
　　本文首先在阅读大量文献的基础上通过对EHPS系统各部分进行理论分析研究建立了EHPS各组件的数学模型。结合数学模型对EHPS转向路感进行了研究分析，得到了HPS的理想助力特性及路感强度，并在此基础上设计了EHPS理想助力特性。接着分析了EHPS电机转速、车速以及转向盘角速度与助力特性的关系，从而制定了EHPS助力控制策略。为了验证所制定的EHPS助力控制策略是否能够实现可变助力特性，本文基于已得到的EHPS系统数学模型，使用AMESim软件建立EHPS系统的仿真模型并导入控制策略，对EHPS进行了仿真分析，仿真结果证明本文制定的EHPS助力控制策略可使EHPS实现不同车速下的可变助力特性并且具有优秀的响应性能及助力跟随性。EHPS控制器是EHPS电气部分的核心，其性能的好坏直接影响到EHPS性能的好坏，EHPS控制器的开发是EHPS产品开发的重要环节。本文结合EHPS仿真结果和助力控制策略，选用合理的元器件设计EHPS系统控制器硬件，并为EHPS控制器编写了软件。最后，为了测试所开发的EHPS控制器及产品样机，基于实际需求搭建了EHPS试验台架并进行了台架试验。试验测试了EHPS的各项性能指标，结果表明本EHPS样机可同时满足低速时转向轻便以及高速时提供合适路感反馈的要求，并且具有优秀的响应性能及助力跟随性，验证了控制策略的有效性和仿真结果的正确性。本文在完成了EHPS台架试验后，将样机装入试验车辆进行了实车悬空转向试验和实车原地转向试验，对EHPS助力电机的转速跟随性能和工作可靠性进行了测试。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 汽车转向系统概述

1．1．1 机械液压助力转向系统

1．1．2 电动助力转向系统

1．1．3 电动液压助力转向系统

1．2 EHPS研究现状及发展趋势

1．3 课题研究目的、意义及主要研究内容

1．3．1 论文选题的目的及意义

1．3．2 论文主要研究内容

第2章 EHPS设计

2．1 EHPS各部件数学模型及选型

2．1．1 电机

2．1．2 液压油泵

2．1．3 转向柱

2．1．4 转向控制阀

2．1．5 助力油缸

2．2 EHPS助力特性设计

2．2．1 转向路感

2．2．2 EHPS理想助力特性设计

2．3 EHPS助力控制策略制定

2．4 本章小结

第3章 EHPS仿真

3．1 仿真软件简介

3．1．1 AMESim软件模块简介

3．1．2 AMESim主要特点

3．1．3 AMESim仿真流程

3．2 EHPS仿真模型建立

3．2．1 转向盘模型

3．2．2 扭杆模型

3．2．3 转阀模型

3．2．4 助力油缸模型

3．2．5 轮胎模型

3．2．6 电动泵及其控制器模型

3．2．7 系统总体仿真模型

3．3 EHPS仿真及结果分析

3．3．1 助力特性

3．3．2 转向盘输入力矩

3．3．3 系统响应性能

3．4 本章小结

第4章 EHPS控制器设计

4．1 MC9S08DZ60产品特性

4．1．1 中央处理器

4．1．2 片内存储器

4．1．3 外围设备

4．1．4 输入／输出

4．1．5 系统保护

4．2 EHPS控制器硬件设计

4．2．1 EHPS控制器电路概述

4．2．2 EHPS控制器电路原理图设计

4．2．3 EHPS控制器PCB设计

4．3 EHPS控制器软件设计

4．3．1 EHPS控制器软件设计概述

4．3．2 软件初始化自检部分设计

4．3．3 软件主循环部分设计

4．4 本章小结

第5章 EHPS性能测试

5．1 EHPS试验台架搭建

5．1．1 EHPS试验台架功能设计

5．1．2 EHPS台架各部件介绍

5．2 EHPS台架试验及结果分析

5．2．1 有无助力情况下的原地转向试验

5．2．2 不同车速下的转向试验

5．2．3 系统响应性能分析

5．3 EHPS实车试验及结果分析

5．3．1 实车悬空转向测试

5．3．2 实车原地转向测试

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文主要成果

6．2 后续工作展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果