汽车线控四轮转向执行系统的仿真与分析.pdf

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1、计算设计汽车线控四轮转向执行系统的仿真与分析曹宾，王振宏(长春理工大学机电工程学院，吉林长春130022)摘要：利用动力学原理，建立了汽车线控四轮转向系统中的转向执行系统数学模型，根据其并采用Simulink软件，建立了该转向执行系统的基于积分分离PID控制器的仿真模型。在此基础上，采用单位阶跃作为转向执行系统的输入，求出相应的响应。结果表明，该转向执行系统的性能满足要求，可以实现对目标信号的随动，为改善汽车的转向性能提供了依据。关键词：转向执行系统；数学模型；仿真分析；Simulink软件中图分类号：U46

2、3．4文献标志码：ASimulationandAnalysisofFourWheelSteer-by—wireSteeringExecutionSystemCAOBin，WANGZhenhong(SchoolofMechatronicalEngineering，ChangchunUniversityofScienceandTechnology，Changchun130022，China)Abstract：Mathematicalmodeloffourwheelsteer—by-wiresteeringexec

3、utionsystemwasbuiltbyusingthetheoryofdynamics，simulationmodeloftheexecutionsystemwasestablishedbasedontheintegralseparationPIDcontrollerimple—mentationsystembyusingSimulinksoftware．Theresponseofthesystemwascomputedbyusingtheunit—stepasthesys—terninputbasedo

4、nthismodel，theresultsshowedthatimplementofthesteeringexecutioncanmeettherequirements，andcanrealizetherandomontargetsigna1．Itprovidedscientificbasisforimprovingthesteeringperformance．Keywords：steeringexecutionsystem，mathematicalmodel，simulationanalysis，Simul

5、inksoftware传统的车辆转向系统采用机械转向系统，其在大转矩，在转向电动机与转向传动机构之间设置了完成调整汽车转向的同时，最大的优点在于结构设蜗轮蜗杆传动减速器。转向执行机构硬件的示意图计简单。由于传力件都是机械结构，因此实现转向如图1所示。稳定可靠；但同时也会带来一些安全隐患，如汽车车身后部会产生摆尾和侧滑，特别是在汽车行驶速度“Wr口较快时，这种隐患非常明显，对汽车的行驶安全带来y很大影响_1]。线控转向系统采用电气结构取代了机械连接方式，其优点是在不影响汽车操纵稳定性和主动安全性的前提下，能有效

6、地改善汽车的转向特性；同时，可以自定义转向系统角传递特性和力传递特性。由于线控转向系统中的执行系统直接决定了图1转向执行机构硬件结构汽车四轮转向系统的性能，所以本文对其转向执行1．2转向执行系统数学模型系统进行了研究。在线控四轮转向系统的转向执行系统中，ECU(转向系统数控器)根据该系统的输入进行判别，最1转向执行系统数学模型建立后分别向转向执行机构发出指令，驱动4个车轮独1．1转向执行系统立转向，以实现整车的转向。根据动力学原理，并对作为汽车线控四轮转向系统的转向执行系统，硬件结构进行简化，建立了转向执行系

7、统的动力学其重要性就如同人类的手和脚一样。该系统可对线模型，其结构简图如图2所示。控四轮转向系统的电子控制单元发出的转向指令做依据转向执行系统共有转向执行电动机轴扭转出相应的响应]，其硬件结构构成如图1所示。角0、齿条位移X和转向轮转角位移03个自由本文所研究的转向执行系统的动力元件为直流度，分别建立构成部件的数学模型。限于篇幅，本文伺服电动机，采用目标电流法对其控制。在机械结省略具体推导过程。构中，为防止转向系统的逆效率，同时降低转速，增《新技术新工艺》设计与计算新技术新工艺2014年第7期式中，J是转向轮

8、绕主销的转动惯量；0是转向轮的转向角；Bk是转向主销的转动阻尼系数；Kkp是转向主销的转动刚度；0是转向节臂绕主销的转角减速位移；0一是为转向臂绕主销的转角位移。齿轮销图2转向执行系统结构简图电动机转子运动做分方程如下：图4转向轮组件结构简图1．2．1电动机转子运动微分方程综合所述，得到转向执行系统的数学模型式为：，V、J+B。一T一K(＼0一，Pg，)(1)+。一T一K()式中，．，是电动机转子转