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基于驾驶模拟器的转向系统力矩反馈研究

基于驾驶模拟器的转向系统力矩反馈研究

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作者：刘涛吉林大学

学位级别：硕士

转向系统是汽车的重要组成部分之一,其性能直接影响车辆的操纵稳定性。转向系统可以给驾驶员提供路感反馈,便于驾驶员掌握当前车辆轮胎与路面的接触信息并及时做出正确的转向操作。转向系统的力矩反馈是路感的最重要内容,主要体现在方... 详细信息

转向系统是汽车的重要组成部分之一,其性能直接影响车辆的操纵稳定性。转向系统可以给驾驶员提供路感反馈,便于驾驶员掌握当前车辆轮胎与路面的接触信息并及时做出正确的转向操作。转向系统的力矩反馈是路感的最重要内容,主要体现在方向盘的手力感上。转向系统反馈力矩的影响因素较多,其中系统摩擦和助力是最为重要的两个因素。目前多数转向系统动力学模型和动力学仿真软件中,忽略摩擦或将其简单设置为定值,助力采用查表的方式,对这两个关键环节表达不准确。因此本文对转向系统动力学模型进行详细的研究分析,建立更精确的反馈力矩模型来计算方向盘力矩。随着计算机与虚拟现实技术的飞速发展,驾驶模拟器技术更加成熟,也更多地应用到汽车技术的研究开发之中。驾驶模拟器实现了“人-车-路”的闭环研究,考虑了人的主观因素,可以得到更理想的研究结果。本文结合课题组转向系统高精度建模研究项目,基于驾驶模拟器进行转向系统力矩反馈的研究,主要工作内容如下:(1)转向系统动力学分析研究。以电动助力转向系统为研究对象,介绍其组成、工作原理和分类。对EPS系统机械结构部分简化并建立动力学方程,能够实现较高的仿真精度,所需参数较少且易于通过转向试验获得。使用力控阻尼器干摩擦模型表达系统摩擦,通过阻尼器两端的速度差表达阻尼特性,可表现出速度对摩擦的影响,计算结果更加准确。设计了包含助力、回正和阻尼控制的转向助力控制模型,可以很好地表现EPS系统的助力特性。进行转向台架试验及参数辨识,获得了模型所需参数信息。(2)整车模型搭建及联合仿真方案设计。使用VI-CarRealTime软件搭建整车模型并对各个子系统进行简要说明,对软件本身的基础转向系统模型和高级转向系统模型重点介绍。使用Simulink搭建外接转向系统动力学模型并设计了与整车模型的联合仿真方案。(3)模型验证及模拟器应用。进行实车操纵稳定性试验,并进行相同工况下的仿真,将仿真结果与试验数据对比,分别验证了无助力和有助力状态下的转向系统模型准确性。结果表明,外接转向系统动力学模型的计算结果比软件本身的基础转向系统模型更准确,比软件本身高级转向系统模型更简单,且可以达到理想的仿真效果。之后将模型接入桌面级驾驶模拟器得到了接近实际车辆的方向盘力感的反馈。(4)基于驾驶模拟器的主观评价力感影响因素研究。根据操纵稳定性主观评价内容,筛选出与转向系统力矩反馈相关的评价项目和评价指标。设计主观评价试验项目并确定相应的评分方法。选定一些对转向系统反馈力矩影响较大的因素,采用正交试验法进行了四因素三水平正交试验并主观评分。采用极差法处理分析试验结果,得到了各因素对各评价指标的影响程度并分析了影响原因。

关键词：转向系统力矩反馈仿真试验驾驶模拟器主观评价

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