商用车转向系统非线性特性建模方法研究

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1、—————————————————————商用车转向系统非线性特性建模方法研究—————————————————————ResearchonNonlinearModelingMethodofCommercialVehicleSteeringSystem作者姓名：周冲领域（方向）：汽车动态仿真与控制指导教师：陈静教授类别：工程硕士答辩日期：2015年6月6日摘要商用车转向系统非线性特性建模方法研究商用车转向系统中存在大量摩擦和间隙环节，由此产生的非线性特性在商用车转向系统的建模仿真中有着重要的影响作用。因此，随着商用车开发研

2、究过程中对模型仿真精度要求的提高，转向系统的非线性特性成为模型建立必须考虑的一个环节，对于转向回正力矩的准确计算，中心区特性的描述等方面有重要意义。本课题来源于吉林大学与企业的合作项目，主要针对转向系统的非线性特性，研究商用车转向系统的建模方法。文中建立了一种考虑转向系统中摩擦和间隙环节的商用车转向系统Simulink模型，并获取了模型所需要的参数。最后将本文建立的转向系统模型进行仿真试验，并在相同的试验工况下运行原有转向系统模型，分析模型非线性特性对仿真结果的影响。为了进一步检验转向系统模型的精度，本文在相同工况下进行模

3、型仿真和整车试验，验证模型的准确性。所做工作内容概述如下：1.分析本文所研究的商用车转向系统结构，在准确反映其运动特征的基础上，忽略对运动影响较小的部件，对结构进行了合理地简化，建立转向系统结构简图。根据建立的结构简图和商用车转向系统的实际工作情况，结合经典转向系统模型的优缺点，确定了建模机理。即在动力学方面，考虑方向盘和转向柱的惯性、弹性和阻尼因素，并建立左右转向轮绕主销的动力学方程；在非线性特性方面，考虑干摩擦和间隙环节。2.建立了转向系统中的摩擦和间隙模型。针对转向系统中存在于不同部分的摩擦，确立统一的Karnoop

4、动静分离分析方案，即设定速度临界阈值，将摩擦分为静摩擦环节和动摩擦环节，规避了对两构件零相对速度的检测问题，同时减少了切换过程。对于转向系统中存在的间隙，将其集中于转向器的输出端，等效为转向器螺母与摇臂齿轮之间的间隙。3.将转向系统主要分为三个部分，分别是方向盘和转向柱部分、转向器相关组件部分和转向主销处及转向梯形部分，依次建立了各部分的动力学微分方程。根据方程逐级建立了Simulink表达框图，然后将每一部分的子系统框图封装命名，最后把各部分子系统框图连接，得到了转向系统Simulink模型总框图。4.确定了模型中各参数

5、的获取方法，即通过查阅资料、试验测定、建立拟合方程等方法得到模型所需参数。编辑参数值为Simulink模型的M文件，运行程序。5.在典型工况下运行了本文所建立的转向系统模型，同时在相同的工况下运行原来I未经改进的转向系统模型，对比商用车转向系统非线性特性对模型仿真结果的影响。并选取了几种工况进行实车试验，将转向系统的仿真结果与试验结果作对比，验证模型的准确性。关键词：商用车，转向系统，摩擦，间隙，建模IIAbstractResearchonnonlinearmodelingmethodofcommercialvehicle

6、steeringsystemInthecommercialvehiclesteeringsystem,thereexistsalargeamountoffrictionandclearancesections.Thefrictionandclearancesectionsmakegreatcontributionstothenonlinearcharacteristicsofcommercialvehicles.Thatplaysanimportantroleinthemodelingandsimulationofthec

7、ommercialvehiclesteeringsystem.Therefore,thenonlinearcharacteristicsofcommercialvehiclesteeringsystemhavetobefocusedonduringthemodelingprocessonaccountofthehigherdemandfortheaccuracyofthemodelsimulation.Andit’smeaningfultobuildupanacceleratedmodelofcommercialvehic

8、lesteeringsystem,whichreflectsthenonlinearcharacteristics.ThisresearchwasfromthecooperationprojectsofJilinUniversityandcorporation.Themainworkoftheresea