某中型客车主动转向系统的设计与仿真

摘要

中型客车作为常用的公用及团体出行交通工具，与乘用车相比具备载客量多、体积及质量大、重心高等特点。由于整车前轴载荷较大,中型客车通常选用循环球式转向器、连杆式转向传动机构组成其转向系统。但与齿轮齿条式转向器组建的转向系统相比，占用了更多的布置空间、且在日常维护上存在显著劣势。主动转向系统是相对于传统机械转向系统所提出的，不同于传统的机械转向系统由单一输入（转向盘）、单一输出（转向器）的系统，主动转向系统一般都加入了受控的第二辅助输入。整个转向系统不再是对转向盘输入转角的唯一响应，而是结合车辆行驶中各项参数的综合响应。因此汽车采用了主动转向系统后可有效提升其操纵性能，降低驾驶员工作强度，保障行车安全。　　本文基于某中型客车的实际需求，对其转向系统进行优化设计。一方面利用齿轮齿条转向器替换原有的循环球式转向器，设计新的机械式转向系统。另一方面通过增加一套基于双行星齿轮机构的转向角度耦合装置设计一套基于该客车的主动转向系统。　　首先，通过对整车参数的解析，开展了转向系统的总体设计工作，并基于双行星齿轮机构设计了一套主动转向系统耦合机构，完成了整个系统的三维虚拟样机设计，并确定了该机构的主要参数。同时，结合双行星齿轮机构的特点详细分析了该机构的性能特点，并结合了项目的总体设计目标及机构的性能特点对主动转向系统的变传动比曲线进行了设计。　　然后，基于CarSim软件的建模环境，结合了该中型客车的各项实测参数，建立了一个不包含主动转向系统的完整整车模型。并且利用降阶建模的方法建立了主动转向系统的物理模型，然后再进一步根据动力学原理建立系统微分方程，得到了主动转向系统的Simulink模型。　　最后，本文基于CarSim和Simulink的联合仿真来评估主动转向系统的性能，完成了双移线行驶工况、转向盘角度阶跃输入行驶工况、转向盘中间位置行驶工况的仿真分析。由结果可以看出：装备了主动转向系统的客车在车辆低速、中速状态下能够提升车辆的响应，具备较好的操纵性；在车辆高速行驶的状态下能够降低车辆响应，使车辆具备较好的稳定性。通过本文的分析可知装备本文所设计的主动转向系统可以减少驾驶员驾驶劳动强度、提升车辆中低速操纵便利性、降低高速操纵敏感性，能够有效提升车辆的操纵性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题的背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.3.3国内外研究现状的总结

1.4 论文研究的主要内容

第2章 某中型客车主动转向系统的设计

2.1 主动转向系统的工作原理简介

2.1.1 附加机构主动转向系统

2.1.2 转向器直接转向系统

2.1.3 线控转向系统

2.2 设计输入及优化目标

2.2.1 整车参数输入

2.2.1 原车转向系统方案简介

2.2.3 设计优化目标

2.3 主动转向系统的设计

2.3.1主动转向系统的总体方案

2.3.2主动转向执行器零部件的主要参数

2.4 主动转向系统的参数设计及基本性能分析

2.4.1双行星齿轮机构分析

2.4.2 传动效率分析

2.5 转向系统最佳传动比分析

2.5.1 主动转向系统最佳传动比的一般设计方法

2.5.2 传动比控制曲线的初步设计

2.5.3传动比控制曲线的优化

2.6 本章小结

第三章 主动转向系统仿真模型的建立

3.1 建模软件的简要介绍

3.1.1 CarSim/TruckSim软件简介

3.1.2 Simulink建模简介

3.2 基于CarSim的某中型客车整车建模

3.2.1 车体模型

3.2.2 可视化外观模型

3.2.3 子系统模型

3.2.4 前悬架模型

3.2.5 后悬架模型

3.3 主动转向系统物理模型的建立

3.4 主动转向系统动力学模型的建立

3.4.1 方向盘与转向柱模型

3.4.2 主动转向驱动电机模型

3.4.3 双行星轮系模型

3.4.4 齿轮齿条式转向器模型

3.4.5 转向车轮及机构的模型

3.5 转向力矩的计算模型

3.5.1 车轮绕主销回正力矩的计算模型

3.5.2 地面对车轮摩擦力矩的计算模型

3.6 主动转向系统模型的建立

3.7 本章小结

第4章 主动转向系统的仿真分析

4.1 双移线行驶仿真试验

4.1.1 双移线行驶工况简介

4.1.2 双移线行驶仿真数据

4.1.3 双移线行驶仿真试验小节

4.2 转向盘转角阶跃输入行驶仿真试验

4.2.1 转向盘转角阶跃输入仿真工况简介

4.2.2 转向盘转角阶跃输入行驶仿真数据

4.2.3 转向盘转角阶跃输入行驶仿真试验结果分析

4.3 转向盘中间位置转向仿真试验

4.3.1 转向盘中间位置转向仿真工况简介

4.3.2 转向盘中间位置转向仿真数据

4.3.3 转向盘中间位置转向仿真结果分析

4.4 本章小节

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果