轻客电动助力转向系统匹配设计

摘要

电动助力转向系统(EPS)以其良好的路感、结构紧凑、经济节能、安全舒适等特点，获得了海内外各大汽车厂商青睐，电动助力转向系统将逐步取代传统类型助力转向系统。目前，电动助力转向系统的应用已经从微型、紧凑型轿车向大型、中高端轿车以及客车方向发展，微/轻客也需逐步配备EPS，以满足更大范围人群在车辆驾驶质感和安全性等方面日益增长的需求。
　　结合国内外微/轻客市场的发展趋势，本文基于国内某大型主机厂对微/轻客进行助力转向系统的升级设计要求，以Q202轻客为研究对象进行电动助力转向系统的匹配设计。
　　首先，根据公司对Q202轻客的要求与成本控制，对电动助力转向系统的结构类型进行选择，并就采用的转向轴式EPS相关部件进行了匹配选型。按照“以人为本”的原则，转向柱管采用吸能溃缩结构，提升车辆被动安全品质。
　　其次，在合理简化基础上建立包括转向系、前/后悬架、轮胎、车身、动力总成及制动系统在内的轻客整车多体动力学模型。结合EPS的结构特征，建立其电动助力转向系统的数学模型，并设计与Q202轻客匹配的直线型助力特性曲线。之后设计了匹配的补偿控制和回正控制以改善转向时的动态响应，并同时设计了跟踪性良好的PID电流控制器。然后为验证控制系统的匹配性能，搭建了EPS控制系统的Simulink仿真模型，并与ADAMS多体动力学模型联合仿真，围绕操纵稳定性进行了多组验证试验，试验结果表明匹配设计的控制系统性能符合要求。
　　最后，为进一步提高Q202轻客的行车安全性和可靠性，分别针对其EPS传感器和执行器故障情况进行了故障诊断和主动容错控制方法研究。针对EPS传感器故障，采用了基于适当反馈的状态观测器进行故障诊断和容错控制。考虑到EPS执行器故障的特点，采用二阶卡尔曼滤波器和基于统计学原理进行执行器的故障诊断，通过极点配置法和模型参考法重置反馈控制器和前向控制器以实现主动容错控制。建立的EPS系统仿真模型的仿真结果证明了传感器和执行器故障诊断和主动容错控制方法的有效性，保障了车辆的行驶安全。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外电动助力转向技术发展状况

1．3 本文主要研究内容

第二章 Q202轻客电动助力转向系统结构与选型

2．1 EPS类别与选型

2．1．1 转向轴助力式EPS

2．1．2 齿轮助力式EPS

2．2 EPS主要机构部件匹配

2．2．1 助力电机

2．2．2 传感器

2．2．3 电动转向管柱总成

2．2．4 减速机构

2．2．5 电子控制系统

2．3 本章小结

第三章 Q202轻客整车动力学模型建立

3．1 多体动力学及虚拟样机技术简介

3．2 ADAMS仿真分析理论基础

3．2．1 ADAMS软件简介

3．2．2 ADAMS经典模块

3．2．3 ADAMS整车动力学模型建立流程

3．3 Q202轻客整车动力学模型建立

3．3．1前后悬架系统建模

3．3．2 转向系统建模

3．3．3 轮胎模型及路面谱建立

3．3．4 车身及动力、制动系统建模

3．3．5 整车模型的建立

3．4 本章小结

第四章 Q202轻客EPS控制系统搭建

4．1 EPS系统建模

4．2 EPS助力特性分析

4．2．1 助力特性基本概念

4．2．2 助力特性分类

4．2．3 直线型助力特性曲线设计

4．3 EPS控制策略及其建模

4．3．1 补偿控制

4．3．2 回正控制

4．3．3电流控制器设计

4．3．4 EPS控制系统仿真模型搭建

4．4 本章小结

第五章 Q202轻客联合仿真分析

5．1 Matlab/Simulink介绍

5．2 联合仿真分析与实现

5．2．1 联合仿真分析

5．2．2 联合仿真实现

5．2．3 联合仿真模型验证

5．3 经典操纵稳定性试验

5．3．1 转向轻便性试验

5．3．2 蛇形试验

5．3．3 转向瞬态试验

5．3．4 转向回正试验

5．4 本章小结

第六章 Q202轻客EPS故障诊断与容错控制

6．1 故障诊断与容错控制技术概要

6．2 EPS传感器故障诊断及其容错控制

6．2．1 EPS传感器故障诊断及容错控制方法

6．2．2 EPS传感器容错控制仿真模型搭建

6．2．3 EPS传感器容错控制实验分析

6．3 EPS执行器故障诊断及其容错控制

6．3．1 EPS执行器故障诊断方法

6．3．2 EPS执行器容错控制方法

6．3．3 EPS执行器容错控制实验

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的文章