一种多模式线控助力转向系统的变传动比优化设计方法及其专用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多模式线控助力转向系统的变传动比优化设计方法及其专用系统，包括：步骤1)建立线控助力转向系统动力学模型；步骤2)建立线控转向系统路感、灵敏度评价指标；步骤3)以25km/h开始递增，设定10组车速；步骤4)，以转向传动比作为优化变量，根据汽车参数，车速确定固定横摆角速度增益与固定侧向加速度增益下的传动比大小，并以此作为传动比的设计空间，以转向路感以及转向灵敏度作为优化目标，建立多目标优化模型；步骤5)根据传动比优化结果，用光滑曲线进行拟合，获得优化设计结果；本发明专利技术通过对转向系统传动比进一步的优化设计，考虑汽车转向的路感与灵敏度，能够有效提高转向系统的综合性能，改善驾驶员的驾驶体验。

An Optimum Design Method of Variable Transmission Ratio for Multi-mode Wire-controlled Power Steering System and Its Special System

【技术实现步骤摘要】
一种多模式线控助力转向系统的变传动比优化设计方法及其专用系统
本专利技术涉及线控助力转向领域，特别是一种基于线控转向的多模式助力转向系统变传动比优化设计方法及其专用系统。
技术介绍
转向系统是汽车的关键部件之一，驾驶员通过转向系统来控制汽车的运动方向，因此，转向系统设计的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶的舒适性。线控转向系统是新一代的转向系统，因取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，故也称柔性转向系统。线控助力转向系统完全摆脱了传统转向系统的各种限制，驾驶员的转向操纵仅仅是向车辆输入转向盘的转角信号指令，由控制器根据转向盘转角信号、当前车辆行驶状态等信息，通过执行器控制前轮转向，结构简单，布置方便，也减少了路面干扰对驾驶员的影响。但是，目前市场上的线控助力转向系统主要应用于小轿车，对于前轴载荷较大的商用车，鲜有线控助力转向的相关报道。其次，单一的驾驶模式很难满足驾驶者的不同要求，线控转向取消了机械连接，方便了机械结构的布置，但是驾驶员与真实的路感也被隔离；再次，目前多模式转向系统对汽车变传动比的设计较少涉及，现有的变传动比设计主要是根据汽车的横摆角速度增益不变或者侧向加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多模式线控助力转向系统的变传动比优化设计方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1)，建立线控助力转向系统动力学模型1.1)整车三自由度模型取如下坐标系oxyz：以汽车静止时通过质心的铅垂线和侧倾轴)的交点为原点o，汽车纵向水平轴为x轴，以前进方向为正；在x轴所在的水平面上，过原点与x轴垂直的方向为y轴，以汽车左侧方向为正；过原点与x、y轴垂直的方向为z轴，以向上为正；水平面上的角度及对应的角速度和角加速度都取左转为正，侧倾角与角速度以右倾为正；得到整车三自由度运动微分方程：

【技术特征摘要】
1.一种多模式线控助力转向系统的变传动比优化设计方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1)，建立线控助力转向系统动力学模型1.1)整车三自由度模型取如下坐标系oxyz：以汽车静止时通过质心的铅垂线和侧倾轴)的交点为原点o，汽车纵向水平轴为x轴，以前进方向为正；在x轴所在的水平面上，过原点与x轴垂直的方向为y轴，以汽车左侧方向为正；过原点与x、y轴垂直的方向为z轴，以向上为正；水平面上的角度及对应的角速度和角加速度都取左转为正，侧倾角与角速度以右倾为正；得到整车三自由度运动微分方程：其中，式中：g为重力加速度，u为车速，ωr为横摆角速度，φ为车身侧倾角，β为质心侧偏角，δ为前轮转向角，α1为前轮侧偏角，α2为后轮侧偏角，a为汽车质心至前轴的距离，b为汽车质心至后轴的距离，h为侧倾力臂，m为整车质量，ms为簧载质量，Ix为悬挂质量对x轴的转动惯量，Iz为汽车质量对z轴的转动惯量，Ixz为悬挂质量对x、z轴的惯性积，k1为前轮侧偏刚度，k2为后轮侧偏刚度，E1为前侧倾转向系数；E2为后侧倾转向系数；Cφ1为前悬架侧倾角刚度，Cφ2为后悬架侧倾角刚度，D1为前悬架侧倾角阻尼，D2为后悬架侧倾角阻尼；1.2)转向系统机械结构动力学模型转向系统机械结构动力学模型可以表示为：其中，θs1＝G1θs2，Tm1＝Ka1I1，θm1＝Gamθr2，Ta1＝Tr2/Gam＝αTs1/Gam，式中，Js为转向柱转动惯量，θsw为转向盘转角，Bs为转向阻尼系数，Th为转向盘输入力矩，Ks为转向柱刚度，θs1为双行星齿轮上层太阳轮转角，Ts1为行星排输入力矩，θs2为双行星排齿轮下层太阳轮转角，θr2双行星齿轮下层太阳轮齿圈转角，α为行星齿轮齿圈与太阳轮齿数比，mr为齿轮齿条等效质量，xr为齿条位移，Br为齿轮齿条阻尼，Ts2为行星排输出力矩，rp为齿轮半径，Fa为液压助力，Tr为转向阻力矩，G1为行星排等效传动比，Tm1为转角电机转矩，Ka1为转角电机转矩系数，I1为转角电机电流，Ta1为转角电机转向阻力矩，Jm1为转角电机转动惯量，Bm1为转角电机阻尼，Gam为蜗轮蜗杆传动比，Tr2为行星排齿圈转动阻力矩，d1为轮胎拖距，d2为主销后倾矩，G2为齿轮到前轮转角的传动比；1.3)转向系统液压结构动力学模型转向系统液压机构动力学模型为：其中，Tm2＝Ka2I2，(7)Q＝nqnv；(8)式中(4)-(8)中，Tm2为助力电机助力力矩，ω为助力电机转动角速度，Ta2为助力电机阻力力矩，Jm2为助力电机转动惯量，Bm2为助力电机转动阻尼，Ka2为转角电机转矩系数，I2为转角电机电流，q为液压泵排量，B为定子厚度，R2为定子长轴半径，R1为定子短轴半径，Z为叶片泵叶片数，t为叶片厚度，kp为液压泵转矩系数，Ps为液压泵工作压力,Δp为液压缸两侧压差，Q为液压泵流量，Cd为流量系数，N为转阀阀口数，Af为转阀开口面积，n为电机转速，W1为短切口长度，L1短切口长度，W2为预开间隙长度，L2为预开间隙宽度，R阀芯半径，Δθ为转阀转角，kc为扭杆刚度，nv为液压泵容积效率；步骤2)，建立线控转向系统路感、灵敏度评价指标2.1)转向路感评价指标转向路感定义为从作用于转向柱输出轴的阻力转矩到转向盘输入转矩的传递函数，其数学表达式为：其中，采用转向路感的频域能量评价路感强弱，其表达式为：式中，ω为路面信息的频率，ω0为有效路面信息的最大频率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔滔文，赵万忠，王春燕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32