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1、2004年9月农业机械学报第35卷第5期3电动助力转向系统的建模及控制王其东杨孝剑陈无畏黄森仁【摘要】介绍了基于笛卡儿坐标的电动助力转向系统的多刚体动力学模型,并联合轮胎转向模型及整车二自由度转向模型,建立了用于汽车转向特性分析的动力学模型,通过对模型的求解证明了其正确性。在该模型基础上采用PD控制器对电机助力进行控制,仿真结果表明,该方法能初步解决转向轻便与灵活的问题。为今后进一步的控制研究和设计制造打下了基础。关键词:车辆工程电动助力转向多刚体动力学PD控制中图分类号:U46314文献标识码:AModelinga
2、ndSimulationofElectricPowerSteeringSystemWangQidongYangXiaojianChenWuweiHuangSenren(HefeiUniversityofTechnology)AbstractThispaperpresentsamulti2bodydynamicmodelofelectricpowersteeringsystembyusingtheDescartes2coordinatesmethods.Associating:thismodelwiththemodel
3、softireandtwo2free2domsteeringofvehicle,acompletemodelusedforanalysisofsteeringpropertyofcarswasdevel2oped.Bysolvingthegoverningequationsofthemodel,themodelwasprovedcorrectandaPDcontrollerwasadoptedtoadjusttheassistanttorqueofthemotor.Thesimulationresultsshowth
4、atagilityandsensitivenessofthesteeringsystemcanbeachievedbyabovemethod.KeywordsVehicleengineering,Electricpowersteering,Multi2bodydynamics,PDcontrol引言1转向系统多刚体动力学模型的建立电动助力转向系统(EPS)比传统动力转向系统多刚体系统动力学建模包含两种基本的建模策具有更高的可控性,能较好地解决汽车转向“轻”和略,拉格朗日方法和笛卡儿方法。用后一种方法所建[2]“灵”的
5、矛盾,因此有广泛的应用前景。其中,建模和的模型虽然方程个数多,但求解较容易。因此在转控制是两大关键问题。向系建模时采用这一方法。转向系统中构件较多,且受复杂的运动和力约111转向系结构及模型的简化束。常见的建模方法是把前轮和转向机构向转向柱所描述的转向系如图1所示,虚线表示助力控[1]简化。为解决等效转动惯量等参数难以获得和转制部分,实线表示电动助力转向的机械部分。这是一向模型的非线性问题,本文建立了与独立悬架配合个由7个构件通过6个转动副、1个滑移副、1个齿使用的齿轮齿条式电动助力转向系统的多刚体动轮齿条副、1个齿
6、轮副和2个圆柱副联接而成的多力学模型,采用PD控制器对电机的助力进行了刚体系统。系统中各构件均被视为刚体。作为柔性控制。体的轮胎,当其自身形变产生的受力被简化为作用收稿日期:200301163国家自然科学基金资助项目(项目编号:50275045)和安徽省“十五”攻关项目(项目编号:01012015)王其东合肥工业大学机械与汽车工程学院教授博士,230009合肥市杨孝剑合肥工业大学机械与汽车工程学院硕士生陈无畏合肥工业大学机械与汽车工程学院教授博士黄森仁合肥工业大学机械与汽车工程学院硕士生2农业机械学报2004年于本身
7、的力元后仍可视为刚体。将电机及减速机构确定系统的位形。比如构件2与构件1通过转动副[2]简化为绕固定轴旋转的刚体5。相连接,其运动学约束方程为51:x1+L1cosD1-x2-015L2cosD2=0(1)52:y1+L1sinD1-y2-015L2sinD2=0(2)根据上述原则可依次建立各运动副约束方程,总方程数为20,由图2可知系统共有21个坐标,因此系统的自由度数(DOF)为21-20=1。将各约束方程左边的多项式对广义坐标依次求偏导,即得系统的雅可比矩阵551551⋯5q15q2120×215q=••∈R(
8、3)图1电动助力转向系结构简图5520⋯55205q15q21Fig.1Layoutofelectricpowersteeringsystem1、7.左、右转向轮2、6.左、右转向节臂3.横拉杆4.转向柱113系统的多刚体动力学方程5.电机及减速机构8.ECU9.扭矩传感器基于笛卡儿坐标的多刚体系统动力学微分方程的一般式为对作空间运动的多刚体系
