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汽车主动转向系统研究

原健钟  
【摘要】: 主动前轮转向系统(AFS-Active Front Steering)可以通过在驾驶员转向角输入的基础上叠加附加的转向角,实现独立于驾驶员的转向干预,优化车辆对驾驶员输入的响应或在紧急情况下提高车辆的稳定性。中低速时,减小转向传动比,以达到低速转向轻便灵活的要求;高速时,增大转向传动比,以提高高速转向稳定性。因此,从安全性和路感的角度而言,主动前轮转向是当前转向系统发展的一个主要趋势。 本文设计的主动前轮转向系统是在原电动助力转向系统的基础上,通过附加一套双行星齿轮机构与主动转向电机来实现的。助力电机通过控制器,参考转向盘转矩和车辆的行驶状况,对驾驶员实施助力;主动转向电机根据车速及转向盘的转角对前轮转角进行调节,实现主动转向。通过与现有的主动转向传动装置的对比分析,得出新型传动装置的优势,为控制系统的建模与仿真奠定了基础。 基于双行星齿轮机构建立了主动转向系统的运动学和静力学模型,并通过仿真验证了模型的正确性;基于主动前轮转向的一些特性并参考电动助力转向的相关设计,设计了两种较为理想的变传动比特性曲线,认真分析了方向盘转角和转矩、转向传动比、主动转向电机叠加转角以及车速之间的相互关系,并给出了实际的仿真结果。 控制系统的设计是整个主动前轮转向系统的核心,控制策略的制定是实施主动转向控制的关键。本文建立了主动转向电机及其负载系统的数学模型,设计了串级PID控制策略及具体参数,对比了传统PID与FUZZY-PID的性能,并在MATLAB/SIMULINK平台上建立了仿真模型,仿真结果表明该策略能够满足系统的各项要求。 对主动前轮转向系统实验进行研究,包括整个主动转向系统的硬件和软件系统。


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