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汽车转向系统典型模型的对比研究

汽车转向系统典型模型的对比研究

作者：许晓梅吉林大学

学位级别：硕士

为了进一步改善实验室ASCL转向系统模型，建立适用于产品预开发阶段的完善的动力学模型，提高模型动态仿真精度，从而推进驾驶模拟器的工业应用，本文研究了国内外一些比较典型的转向系统模型，其中包括美国国家驾驶模拟器NADS转向系统... 详细信息

为了进一步改善实验室ASCL转向系统模型，建立适用于产品预开发阶段的完善的动力学模型，提高模型动态仿真精度，从而推进驾驶模拟器的工业应用，本文研究了国内外一些比较典型的转向系统模型，其中包括美国国家驾驶模拟器NADS转向系统模型（简称NADS转向系统模型），通用汽车公司SCFs函数描述的转向系统模型（简称SCFs转向系统模型），以及华沙工业大学建立的转向系统模型（简称华沙转向系统模型）。通过对这些典型转向系统模型的建模方法、模型参数获取和工况仿真等方面的对比，总结各模型建模方法的优劣，在实验室2008版ASCL转向系统模型的基础上，建立了新版ASCL转向系统模型。本文的主要工作和相关结论如下：1.通过对转向系统模型建模机理的对比，总结了各典型模型建模方法的不同。对于阿克曼转向机构的描述，NADS和SCFs模型缺少对左右转向车轮的力学联系的描述，2008版ASCL和华沙模型通过齿条（小齿轮）动力学和车轮绕左右主销的动力学，实现了左右车轮的相互贯通;对于转向弹性的描述，NADS和SCFs模型描述了转向柱的弹性特性，2008版ASCL和华沙模型则同时描述了转向柱和左右转向横拉杆的弹性特性;为描述转向干摩擦，SCFs模型建立了基于库伦模型的干摩擦模型，2008版ASCL模型建立了基于Karnopp的静动摩擦分离模型，华沙模型建立了Stribeck动态摩擦模型;此外，NADS和华沙模型还对转向间隙进行了描述。因此，新版ASCL转向系统模型的建立应包括对阿克曼转向机构力学特性、转向系统弹性环节、转向干摩擦以及转向间隙的非线性特性的完整描述。2.通过对NADS、SCFs以及华沙转向系统模型进行模型复现，并讨论模型参数的获取，总结了各模型的建模特点和模型的复杂程度。NADS和SCFs模型忽略了转向系统的高频特性，模型建立的复杂程度较低，模型参数较少且容易获取。2008版ASCL和华沙模型考虑了转向系统的高频动态特性。2008版ASCL模型是基于阿克曼转向机构的详尽结构建立的，对阿克曼转向机构具体结构参数的依赖，限制了模型在汽车产品预开发阶段的应用;华沙转向系统模型将转向系统的机械结构简化为只有平面旋转元件的等效物理模型，从而模型的建立不必依赖于阿克曼转向机构的具体结构。因此，利用只有平面旋转元件的等效物理模型来代替转向系统的机械结构以建立新版ASCL转向系统模型，可以降低模型的复杂程度，保证汽车产品预开发阶段模型参数的成功获取。3.为对比不同转向系统模型在工况仿真中的差异，建立了基于Carsim的整车动力学模型，并通过接口设置将上述典型转向系统模型嵌入整车动力学模型。选取了角阶跃输入、小角度扰动输入、正弦输入以及“road-like”和“parking-like”工况中的方向盘输入，作为模型输入进行工况仿真。通过仿真对比发现，NADS和SCFs模型稳态仿真较准确，但瞬态仿真能力较差，且模型不能抵抗外界干扰输入;2008版ASCL和华沙模型稳态和瞬态仿真能力都较好，同时模型具有抵抗外界干扰输入的能力。4.通过对典型转向系统模型的综合对比研究，借鉴各典型模型的建模方法，建立了新版ASCL转向系统模型。新版ASCL转向系统模型建立了小齿轮旋转动力学自由度以及车轮绕左右主销的动力学自由度，并描述了转向柱和左右转向横拉杆的弹性特性，模型建立了静动摩擦分离模型，同时描述了转向间隙的非线性特性。通过和实车试验的对比验证，新版ASCL转向系统模型具备仿真车辆抵抗方向盘上微小干扰输入和道路不平扰动的能力以及中心区转向等特性，能较为精确地计算方向盘回正力矩。通过本文的研究，建立了适用于汽车产品预开发阶段的转向系统模型，模型建立的为完备转向系统模型，且模型复杂程度较低，模型参数容易获取。同时，通过模型复现来对比各典型转向系统模型，丰富了实验室模型数据库，方便今后不同的研究目的选择合适的转向系统模型。

关键词：转向系统模型 NADS模型 SCFs模型干摩擦模型转向间隙

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用于车辆动力学实时仿真的转向力输入模型

吉林大学学报（工学版） 2008年第6期38卷 1257-1261页

作者：管欣王鹏詹军吴振昕吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室长春130022 一汽-大众汽车有限公司产品工程部长春130011

基于某样车转向系统的具体结构,建立了考虑转向系统弹性和转向齿条动力学的转向力输入实时仿真模型。模型构建了由左右转向轮轴、左右横拉杆和转向齿条组成的完备动力学系统。建立起动、静两种摩擦状态下转向系统干摩擦的求解算法,较好... 详细信息

基于某样车转向系统的具体结构,建立了考虑转向系统弹性和转向齿条动力学的转向力输入实时仿真模型。模型构建了由左右转向轮轴、左右横拉杆和转向齿条组成的完备动力学系统。建立起动、静两种摩擦状态下转向系统干摩擦的求解算法,较好地描述了转向系统干摩擦内在的非线性特性。仿真结果表明,所建模型能够较准确地模拟车辆的转向性能,描述转向干摩擦力学特性,满足实时性仿真要求,在车辆动力学的仿真分析中具有应用价值。

关键词：车辆工程车辆动力学转向系统模型动静摩擦力实时仿真

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无人驾驶宽体自卸车线控液压转向系统的动态特性分析

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机床与液压 2024年

作者：张志峰马宁郑闻豪姚运仕长安大学道路施工与装备教育部重点实验室

智慧矿山建设促使无人驾驶电驱矿车技术逐渐成为研究热点，而转向控制技术优劣直接决定无人驾驶矿车的行驶稳定性和安全性。为了使全液压转向系统可以在无人驾驶场景下实现主动转向，首先以国内某135型电驱矿车的全液压转向系统为研究... 详细信息

智慧矿山建设促使无人驾驶电驱矿车技术逐渐成为研究热点，而转向控制技术优劣直接决定无人驾驶矿车的行驶稳定性和安全性。为了使全液压转向系统可以在无人驾驶场景下实现主动转向，首先以国内某135型电驱矿车的全液压转向系统为研究对象，建立了线控液压转向系统模型，然后开展了AMESim-Adams联合仿真分析和现场测试。结果表明，动态优先阀可以根据输入信号起到流量调节的作用；转向油缸作为转向系统执行机构可以快速、准确的完成转向任务；控制系统可以按照输入信号控制转向器的转向和停止，实际转角和输入转角基本吻合；对比测试结果表明，该转向系统模型能够反映样车转向系统的动态特性，可为研究无人驾驶场景下线控转向的性能提供理论依据。

关键词：车辆工程电驱矿车线控液压转向系统转向系统模型无人驾驶

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线控转向路感模拟研究

线控转向路感模拟研究

作者：陶伟男吉林大学

学位级别：硕士

随着汽车智能化的发展,汽车的线控技术得到了广泛的研究。线控技术(Xby-wire)源于飞机的控制系统,该技术中取消了传统的部件间的机械连接,通过线缆或者其他方式实现控制指令的传输。汽车的线控系统包括线控驱动(Driveby-Wire)、线控制动... 详细信息

随着汽车智能化的发展,汽车的线控技术得到了广泛的研究。线控技术(Xby-wire)源于飞机的控制系统,该技术中取消了传统的部件间的机械连接,通过线缆或者其他方式实现控制指令的传输。汽车的线控系统包括线控驱动(Driveby-Wire)、线控制动(Brake-by-Wire)、线控转向(Steer-by-Wire)等。相对于传统的转向系统,线控转向(简称SBW)中取消了方向盘和转向横拉杆的机械连接,方向盘转角通过电信号传递到转向执行电机。由于取消了转向盘管柱,该系统节省了驾驶舱空间,也能避免正面碰撞时转向系统对驾驶员的二次伤害,并且工程师可以根据需要,灵活地设计转向系统的传动比而不受机械连接的限制,很容易地保证车辆低速时转向轻便型和高速时的操纵稳定性。尽管线控转向系统有许多优点,但还是存在许多问题。比如为了提高系统的稳定性,要对转向执行电机和有关算法进行冗余设计,与此同时,由于取消了转向柱的连接,路面的反馈不能通过车轮传递到方向盘上,使驾驶员不能获得路面信息,也就是“路感”。本文结合项目“四轮驱动电动汽车底盘系统动态协调控制机制与能量优化管理”(编号:U166420018),对线控转向的路感模拟进行相关研究,实现了路感反馈力矩的计算和算法实现,本论文的主要内容如下:(1)方向盘路感力矩影响因素的确立为了使路感反馈更贴近实际,本文参照传统的转向系统结构,分别对转向系统的摩擦、刚度、阻尼以及惯量进行建模。传统转向结构中,方向盘的路感反馈力矩(也就是回正力矩)主要来源于地面和轮胎接触时产生的回正力矩以及系统的摩擦,因此文中搭建精度较高的车辆参考模型来计算轮胎的回正力矩。传统车中,由于助力转向系统的存在,驾驶员只能感觉到一部分的回正力矩,为了使线控转向的操控体验接近传统车,也要考虑助力转向系统的影响。在车辆极低速和中高速时,地面和轮胎的接触情况不同,因此方向盘反馈力矩的主导因素不同,本文对不同的车速情况进行分开讨论,使搭建的路感计算模型适用于不同工况。(2)路感反馈算法的搭建和验证本文在Matlab/Simulink环境下搭建路感反馈算法,Simulink的模块化开发模式以及丰富的函数库极大地加快了算法开发速度,并通过Simulink-CarSim联合仿真验证路感算法中搭建的车辆参考模型的准确性,在算法搭建完成后,和传统车辆的实车试验数据进行比对(操纵稳定性试验、蛇形试验、转向轻便试验等),从而判断线控转向中的路感反馈力矩是否和传统转向系统的反馈力矩吻合。(3)线控转向路感反馈台架的搭建本文建立的路感反馈算法最终将应用于课题组项目中四轮独立驱动独立转向试验车上,目前已经完成路感反馈台架的搭建,台架基本结构采用40铝型材,能够很方便地安装在试验车上。路感反馈力矩由永磁同步伺服电机配合减速器实现,永磁同步电机中有绝对位置编码器,可以测得方向盘实际转角,路感算法需要的输入信号是方向盘转角和当前车速,因此台架只需要从CAN总线中读取车速即可产生反馈力矩。当前试验车的整车控制器的开发还没有完成,因此并没有把路感算法下载到嵌入式系统中,而是通过自己写的上位机软件控制路感电机的力矩来模拟路感。本文的研究创新点主要体现在以下几个方面:(1)在计算路感中需要车辆参考模型来计算车辆状态参数,如侧向加速度等,CarSim中的车辆模型过于复杂,而自行车模型过于简单,因此本文搭建一个简单但较为精确的车辆参考模型。(2)对转向系统的摩擦进行较为精细的建模,很好地模拟路感的滞回特性以及转向梯度等特性。(3)搭建电动助力转向(EPS)模型,充分考虑助力系统对反馈力矩的影响。(4)在Simulink中搭建的路感算法最终整合到上位机中,通过上位机对路感电机发送控制指令,能很方便地显示不同算法的不同控制效果,为以后整车控制器的嵌入式开发打下基础。上位机采用C#编写,具有很高的拓展性,比如通过接口函数连接到车辆场景模型中,因此,搭建的路感台架不仅能用于线控转向中,还可用于驾驶模拟器,赛车游戏VR等场景。

关键词：汽车线控转向路感反馈力矩转向系统模型上位机开发

200t全地面起重机电液辅助转向系统及控制方法

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建筑机械 2015年第3期35卷 61-66页

作者：任利有贺金戈邓连喜严遂三一起重机械研究院湖南长沙410600

介绍了应用于全地面起重机的多轮转向控制系统,针对车辆6种转向模式,分别采用ARKERMAN定理和质心零侧偏角控制策略,建立和分析了车辆转向的数学模型;将模糊PID控制器应用于该非线性控制系统,提升了转向的适应性和稳定性。实验分析表明,... 详细信息

介绍了应用于全地面起重机的多轮转向控制系统,针对车辆6种转向模式,分别采用ARKERMAN定理和质心零侧偏角控制策略,建立和分析了车辆转向的数学模型;将模糊PID控制器应用于该非线性控制系统,提升了转向的适应性和稳定性。实验分析表明,转向系统跟随性能优良,车辆操作稳定、灵活。

关键词：全地面起重机多轮转向转向系统模型模糊PID

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