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電動助力轉向系統（ElectronicPowerSteeringSystem,EPS）是汽車電子化發展的成果之一,在各國汽車制造業中得到了普遍重視。EPS屬于一種動力轉向系統,比傳統動力轉向系統具有更高的可控性,能較好地解決汽車轉向“輕”和“靈”的矛盾,因此有廣泛的應用前景[1]。對其進行性能仿真研究、建模及施加控制是兩大關鍵問題[2]。基于ADAMS軟件的虛擬樣機技術,可把汽車視為一個由多個相互連接的、彼此能夠相對運動的多體系統,其運動學及動力學仿真與以往通常用幾個自由度的質量—阻尼剛體（振動）數學模型相比,計算描述能夠更加真實地反映整車結構和整車性能,也比其他方法更為直接方便[3]。 由于EPS控制運算法則的復雜性和整車模型的自由度過多這兩個原因,造成僅僅使用一種軟件進行基于整車的EPS系統性能分析是比較困難的。本文以某多功能商務車為對象,采用ADAMS/Car建立整車系統多體動力學模型,在Matlab中建立EPS控制系統,應用MATLAB與ADAMS軟件相聯合,將電動助力轉向控制系統與整車模型相結合,采ADAMS/Controls提供的接口使機械子系統和控制子系統之間形成一個閉合控制回路,進行機電一體化的復雜實時仿真。利用兩種軟件各自的優點,解決了整車模型自由度過多和EPS控制系統運算法則過于復雜,兩者共處的問題,應用于實際,可以大大減少車輛控制系統的開發周期和成本。 一、整車多體模型 合適的車輛動力學模型是進行聯合仿真的前提,建立的多體模型應能反映實車結構,為此在ADAMS/Car中建立車輛整體動力學系統模型,需遵循以下原則: （1）在建立動力學模型時盡量減少對重要部分的簡化,在不影響系統精確程度的前提下對次要部分進行簡化,盡量減少自由度數,提高求解效率。 （2）除了輪胎、阻尼元件、彈性元件、橡膠元件以外,其余零件認為是剛體,在仿真分析過程中不考慮它們的變形;簧載質量看作一個具有六個自由度的剛體。 （3）對于剛體之間的連接柔性作適當的簡化,用線性彈性橡膠襯套（bushing）來模擬實際工況下的動力學特性;各運動副內的摩擦力忽略不計。 （4）由于發動機模塊及制動系模塊僅用于控制車速,本文采用了ADAMS/Car數據庫中內置的發動機及制動系模塊;同時動力傳遞系統進行相應簡化,只考慮半軸以后的動力傳遞,即驅動力矩直接加在驅動半軸上。 使用ADAMS/Car創建的某商務車整車多體動力學模型如圖1所示,由懸架、車身、轉向、穩定桿、制動、傳動、輪胎、動力總成等8個子系統組成。 （1）轉向系主要包括方向盤、轉向軸、轉向管柱、轉向傳動軸、橫拉桿、齒輪齒條轉向器等。在ADAMS中按照相應的連接關系,加上相應的約束副即可構建完成。建立轉向系模型時,應將轉向柱斷開為兩部分,加一旋轉副,保證它們之間可繞其軸向相對轉動,并在斷開處再加一扭簧（torsion）,輸入扭簧的剛度即可達到扭桿彈簧的效果,以便準確地測量出仿真過程中轉向盤施加的轉矩;在轉向齒條上加一力元素,表示助力的大小,助力函數初始值設置為0,利用VARVAL函數實時讀入MATLAB環境中EPS控制系統的計算值。 （2）車身系統:為簡化建模,將車輛乘員同車身集成為一個模型,采用離散的質點代替連續體。車身模型由五部分組成:空載車輛質點、駕駛員質點、副駕駛員質點、乘員質點（4人）。通過定義副駕駛員質點和乘員質點的質量可以分別模擬1～6個乘員時的承載工況,通過定義各質點質心的位置可以模擬不同的質量分布。 （3）前橋及前懸架總成:前懸架為麥弗遜獨立懸架,前橋為轉向橋,前橋及前懸架總成主要由副車架、控制臂、車輪軸承、減振器、螺旋彈簧、傳動軸、限位塊和等轉速萬向節組成。 （4）后橋及后懸架總成:后橋為扭力梁式支持橋,采用非獨立懸架,后橋及后懸架總成主要由后橋V形橫梁、后滑柱總成、螺旋彈簧、雙向作用筒式減振器、后軸縱臂、輪轂軸座和限位塊組成。 （5）輪胎:研究分析的車輛輪胎型號為215/175R15,輪胎繞中心軸的轉動慣量由三線擺實驗測得為0.87kg·m2,輪胎模型采用UA模型,該模型所需參數較少,主要有:側偏剛度、外傾剛度、垂直剛度、縱向剛度、滾動阻力系數和垂向阻尼系數等,這種輪胎模型比較適合進行理論分析。 二、EPS控制系統設計 電動助力轉向系統的基本組成包括轉矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元（ECU）、電動機和減速機構等。它是一種直接依靠電動機提供輔助轉矩的助力轉向系統,轉矩傳感器與轉向軸（小齒輪軸）連接在一起。當駕駛員轉動轉向盤時,轉向盤轉過一個角度,與此同時,位于轉向盤和電動機之間的轉矩傳感器檢測到轉向轉矩。轉矩傳感器的電信號與車速傳感器的電信號共同傳給控制單元ECU,ECU根據助力特性確定出助力電流的大小和電動機的旋轉方向,而后由電動機提供相應的轉矩,即助力矩。助力矩的方向同輪胎、轉向機構的摩擦產生的轉矩方向相反,減輕了駕駛員施加在轉向盤上的力矩

回答者：wangbo855676592016-02-26 00:00