基于Modelica的汽车转向系统实验建模与仿真研究

摘要

汽车操纵稳定性是评判汽车行驶安全的重要标准，在汽车各项子系统中对操纵稳定性能影响权重最大的是转向系统，因此建立准确、合理的转向系统动力学模型是准确预测汽车操纵稳定性能的关键。
　　 为研究某低速货车液压助力转向系统的转向性能，首先在对其进行系统动力学分析的基础上，分别建立了转向系统模型、力矩计算模型、非线性轮胎模型及整车模型。本文采用多领域统一建模语言Modelica在仿真平台Dymola环境下，将以上模块按照相互作用关系搭建了汽车动力学模型，通过模型解算可获得各项用于评价汽车操纵稳定性能的结果。
　　 其次，为获得所建模型的待定参数，针对低速货车液压助力转向系统搭建了“汽车转向系统参数测量试验台”。设计相应的台架试验获取该系统的各项特性参数曲线，通过Matlab后处理获得各组件的角传动比、刚度、干摩擦等特性参数。同时，通过实际测量计算和查阅手册等方式确定其余待定参数。
　　 再次，设计了台架实验、实车原地转向实验及转向轻便性实验三类实验以验证本文所建模型。实验数据与仿真结果的对比表明，所建模型能够较准确地反映车辆转向性能。
　　 最后，参照汽车中心区操纵稳定性评价指标，通过参数灵敏度仿真分析方法研究转向系统角传动比、刚度、干摩擦、主销后倾等参数的改变对于车辆高速行驶时操纵性能的影响。针对厂家提出的实际问题，通过模型仿真给出合理的建议与解决措施。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状、水平与发展趋势

1.2.1 转向系统发展现状

1.2.2 转向系统建模仿真技术发展现状

1.2.3 多领域统一建模仿真技术发展现状

1.3 研究内容与本文结构

1.3.1 研究内容

1.3.2 本文结构

第二章 基于Modelica的转向系统模型搭建

2.1 转向系统动力学模型搭建

2.1.1 模型框图及参数定义

2.1.2 惯量及效率参数确定

2.1.3 方向盘与转向柱组件模块

2.1.4 转向器模块

2.1.5 左、右侧转向前轮组件模块

2.1.6 转向系统动力学方程

2.2 力矩计算模型

2.2.1 转向阻力矩模块

2.2.2 回正力矩模块

2.2.3 干摩擦力矩模块

2.2.4 液压助力模块

2.3 非线性轮胎模型

2.4 整车动力学模型

2.5 汽车动力学模型总体架构

第三章 汽车转向系统参数测量试验台设计

3.1 试验台总体设计方案

3.2 支撑台架与加载系统设计

3.2.1 支撑台架设计

3.2.2 轮胎加载系统设计

3.3 刚度实验固定装置设计

3.3.1 摇臂固定装置设计

3.3.2 轮毂固定装置设计

3.4 参数测量系统选型

3.4.1 方向盘转角和转矩测量系统选型

3.4.2 轮胎载荷测量系统选型

3.4.3 轮胎转角测量系统选型

3.5 数据采集系统设计

3.6 台架应力校核

3.6.1 台架受力分析

3.6.2 ASNYS中台架应力校核

3.7 试验台搭建

第四章 转向系统特性参数测量实验

4.1 转向系统角传动比特性试验

4.1.1 试验内容与方法

4.1.2 试验结果

4.2 转向系统刚度特性试验

4.2.1 试验原理与方法

4.2.2 扭杆刚度分析

4.2.3 转向柱刚度分析

4.2.4 左侧主销扭转刚度分析

4.2.5 右侧主销扭转刚度分析

4.3 转向系统干摩擦特性试验

4.3.1 试验原理与方法

4.3.2 转向器干摩擦特性分析

4.3.3 左侧主销干摩擦特性分析

4.3.4 右侧主销干摩擦特性分析

4.4 转向系统模型参数确定

第五章 基于实验的模型验证

5.1 台架实验及仿真

5.2 实车原地转向实验及仿真

5.3 转向轻便性实验及仿真

5.4 结论

第六章 中心区操纵性能仿真分析

6.1 问题描述

6.2 中心区转向仿真试验及评价指标

6.3 仿真结果及参数灵敏度分析

6.3.1 仿真结果分析

6.3.2 参数灵敏度分析

6.4 各项参数对中心区操纵性能影响分析

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 工作特色

7.3 研究展望

参考文献

致谢

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