基于汽车线控转向系试验台的在环系统仿真

摘要

车辆线控转向系统SBW(Steering-by-Wire System)作为转向系统革命性的产物已经受到国内外各个研究机构、著名汽车生产厂商的重视。由于其采用电信号传递转向命令，电动机驱动转向的特点，使得传统转向系中由于机械式连接造成的操纵性和稳定性的缺陷问题得到了解决。与此同时，线控转向系统还可以根据车辆行驶的状态满足理想路感反馈的人性化需求。本文通过搭建线控转向系统试验台进行仿真实验对上述问题进行了分析和解决。
　　首先，本文根据线控转向系统组成部分搭建了硬件平台，并针对硬件平台中设计的需要设计了传动机构、执行机构及试验台架。然后通过试验台架硬件平台的参数和车辆实际转向时的相关状态参数对电机、传感器进行选型。搭建了以Carsim-RT仿真平台为线控转向系统和模拟车辆状态的参数进行交换的软件平台，并以LabVIEW平台对硬件系统的数据进行采集和控制。而后根据系统间的通讯协议、处理速度等要求对数据采集设备和运算处理设备进行了选型。该线控转向试验台为后面的相关控制算法的验证提供了试验基础和参考验证。
　　其次，通过车辆系统动力学方程建立线控转向系统的车辆轮胎和整车动力学模型，并根据试验台硬件组成建立了线控转向系统的方向盘操纵和转向器动力学模型，为建立转向操纵模块控制器提供参考。由于线控转向系统可根据车辆行驶状态主动调整其转向系角转动比，所以本文分别以车辆横摆角速度增益不变和侧向加速度增益不变为前提，建立并分析了上述两种理想传动比模型。
　　再次，运用滑模控制理论，以车辆横摆角速度和质心侧偏角与相应期望的横摆角速度和质心侧偏角之差作为线控转向系统中前轮转向模块系统的两类控制输入变量，设计了自适应滑模控制器，从而得到期望状态下的前轮转角，并在硬件平台上得到了验证。仿真结果表明：该控制器能有效改善线控转向系统的操纵稳定性。
　　最后，在模拟车辆行驶路感时，考虑到线控转向系统和传统机械式转向系统之间的差别，应用模糊PID控制器调整线控转向系统方向盘路感回正力矩，使其接近于传统机械式转向系方向盘回正力矩，满足驾驶者的需要。再通过对转向时理想方向盘回正力矩的分析，建立模糊控制器调控方向盘回正力矩并在硬件平台上得到验证。仿真结果表明：该控制器在满足驾驶者对路感的基本需求的同时改善了不同状态下车辆转向的操纵性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景与目的

1.2 车辆电控系统的共性问题

1.3 线控转向系统关键技术

1.3.1 传感器应用技术

1.3.2 车载电源技术

1.3.3 集成总线技术

1.3.4 稳定性及安全性控制技术

1.4 线控转向系统发展及现状

1.5 本文的研究内容

第2章 线控转向系统试验平台搭建

2.1 线控转向系统结构和原理

2.2 线控转向系统试验台机构硬件设计

2.2.1 电机的选型与匹配

2.2.2 传感器的选型与匹配

2.2.3 试验台台架设计

2.2.4 试验台执行机构设计

2.3 线控转向系统试验台软件平台设计

2.3.1 汽车动力学仿真软件Carsim

2.3.2 数据采集软件平台LabVIEW

2.4 线控转向系统试验台数据通信

2.5 本章小结

第3章 线控转向系统动力学模型搭建

3.1 轮胎模型

3.2 整车动力学模型

3.3 方向盘操纵模型

3.4 转向器模型

3.5 理想传动比模型

3.5.1 转向系统角传动比

3.5.2 转向系统理想传动比

3.5.3 基于转向增益不变的理想传动比仿真

3.4 本章小结

第4章 线控转向系统前轮转向模块控制器设计

4.1 线控转向系统基本操纵模型

4.2 车辆参考模型

4.2.1 车辆转向稳态响应下的横摆角速度

4.2.2 车辆转向稳态响应下的质心偏转角

4.2.3 横摆角速度和质心偏转角边界值

4.3 滑模变结构控制基本原理

4.4 自适应滑模变结构控制器设计

4.5 仿真计算与结果分析

4.5.1 滑模控制器验证与分析

4.5.2 硬件平台仿真实验

4.6 本章小结

第5章 线控转向系统转向操纵模块控制器设计

5.1 路感模拟理论及内容

5.2 模拟路感力学分析

5.1.1 线控系统方向盘回正力矩模拟

5.1.2 方向盘回正力矩参考模型

5.1.3 线控转向系统方向盘回正力矩仿真

5.3 模糊控制基本原理

5.4 转向操纵模块控制器设计

5.4.1 模糊PID控制器设计

5.4.2 模糊PID控制器验证与分析

5.4.3 理想路感控制器设计

5.4.4 模糊控制器仿真计算与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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