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汽车电控液压助力转向系统设计说明书论文,汽车,液压,助力,转向,系统,设计,说明书,仿单,论文
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毕 业 设 计（论 文）题 目： 电控液压助力转向系统设计 学生姓名 沈飞 指导教师 陈乾伟 二级学院 机电工程学院 专 业 车辆工程 班 级 12 车辆（单） 学 号 1204202039 提交日期 2016 年 5 月 20 日 答辩日期 2016 年 5 月 14 日 金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘 要.IIAbstract.III第一章 引 言.11.1 课题的研究意义 .11.2 工作原理.11.3 转向轻便型和转向路感.21.4 电液伺服系统类型及特点.21.5 液压传动系统的组成.3第二章 系统元件的数学模型 .42.1 液压缸数学型 .42.2 电液伺服阀数学型.72.3 位移传感器和放大器数学型.82.4 PID 数学模型.8第三章 液压系统设计.93.1 液压伺服系统控制方案.93.2 系统动力元件的选用方法及标准.93.3 系统静态设计.113.4 系统动态设计.133.5 系统性能分析及改进 .15第四章 电液伺服系统的仿真 .214.1 仿真软件简介.214.2 系统 SIMULINK 模型.224.3 系统的仿真结果分析.24第 5 章 结论和展望 .30第 6 章 参 考 文 献 .31金陵科技学院学士学位论文 摘要 II汽车电控液压助力转向系统设计摘 要对于汽车操纵稳定性、行驶安全性和驾驶舒适性受汽车转向系统影响。汽车转向系统这是一关键部件，现在的生活中我们会去追求较高的舒适性、以及高效节能和高安全性，电控液压压助力转向系统即（EHPS）作为一种新型的汽车动力转向系统，其正在成为动力转向技术研究的主流方向，这是由于它所具有的良好的操纵特性和准确性。本文结合电控液压助力转向系统结构、工作原理对系统进行了分析，为了实现汽车助力转向我们采用电控液压伺服控制系统。文中我先是对液压动力元件及电液伺服机构进行计算分析，首先根据确定的供油压力来选取伺服阀，然后求取各个元件的传递函数，绘制系统方块图，取得了系统各个参数。还要对系统进行校正，优化参数，使系统更加完善。为了使系统在工作中更加精准我们对系统采用 PID 控制策略。最后利用SIMULINK 软件对所做的系统进行仿真，通过对系统的仿真分析、比较，得出系统的响应特性。关键词：电控液压助力转向，EHPS,SIMULINK,仿真，建模，PID金陵科技学院学士学位论文 Abstact1金陵科技学院学士学位论文 AbstactElectro-Hydraulic Power Steering System DesignAbstactAutomobile steering systen is the key components that affect vehicle operational stability,traffic safety and driving comfort.In the pursuit of efficiency,energy saving,high comfort and high-security today, Electo-Hydraulic Power Steering System(EHPS)as a new automotive power steering system,for its good features and features and accuracy,became the mainstream of the direction of technological research.In this paper,itscombine the work principle of Electro-Hydraulic Power Steering System and analysis the system ,use the electronically controlled hydraulic fluid servo control system to achieve wheel steering.First,analysis and calculate the electro-hydraulic servo hydraulic power components and get the mathematical model,and analyzes its characteristics.Then the systen has got a static and dynamic calculation and analysia,to detemine the oil pressure,select a servo value,and to select the various components of the transfer function,draw the system block diagram,get the various parameters ,allowing the system to be better .The system use PID control strategy that more accurate in their work place .Finally,use the SIMULINK software simulation system done through the simulation analysis,form the comparison,thus can be drawn from the response characteristics of the system.Keywords: Electro-Hydraulic Power Steering,EHPS,SIMULINK ,Simulation,Modeling,PID金陵科技学院学士学位论文 第一章 引言10第一章 引 言1.1 课题研究意义 当今社会随着汽车电子事业的发展与提高，为了解决汽车转向轻便性及转向灵敏之间的矛盾，使得汽车转向助力更轻便、更节能、更安全，我们对有关于汽车转向系统的各类电子产品进行了研究，于是在本课题中也是沿着这个方向对汽车的转向系统进行研究。虽然目前传统的液压助力转向系统在市场上依旧处于主导的地位，这类传统的液压助力转向系统其实是有缺陷存在的，对其进行的研究更新也是比较的有意义。目前考虑经济成本和运行效果：EHPS 比起 EPS 来说，系统更加平滑，手感也更好；通过把以前的HPS 系统，经过简单的改装即可以改装成为 EHPS 系统：EHPS 系统能够较完美的继承了 HPS 系统的优点，也可以提供很足的助力，由此可见电控液压助力转向系统在转向助力系统中是最佳的选择，它能提供比 HPS 更安全、更舒适的转向操控性和节能效果。在可预见的将来，电控液压助力转向系统将会有一定的生存空间 1 。1.2 工作原理电控液压助力转向系统将传感器（车速传感器、位移传感器等）的信号传递给了电子元件及计算机系统，系统会根据车速行驶条件等对驾驶员转向的时手感作出调整，并且达到高操纵性及高稳定性的一种平衡。在高速时系统会给驾驶员稍重的手感，在低速或急转弯时手感则会轻一些。实现电控液压助力转向主要依靠在系统的油泵及转向器加装一些辅助元件电子元件等等。电控液压转向系统会根据收到的传感器信号方向盘转角信号、车速信号等，来控制油泵，达到助力转向目的。电控液压助力转向系统一般有机械部分和电气部分如图 1-1 所示：图 1-1金陵科技学院学士学位论文 第一章 引言11.3 转向的轻便性和转向路感众所周知汽车在转向时是需要克服阻力矩的，有时我们希望在驾驶时方向盘可以轻一些，这样可以节约我们在驾驶时的体力消耗，但有时太轻却又不可取，因太轻的话可能会影响到驾驶者的“路感”，所以说我们需要控制方向盘上的转向力不至于太小。然而方向盘的转向力过大，会使驾驶者太过于疲劳。即可以有效减轻驾驶员的疲劳又可以做到控制汽车反馈信息是我们对汽车转向力矩特性的要求，在设计时，必须保证驾驶员的操纵轻便性同时又能获得较好的路感。1999 年通用公司曾使用驾驶模拟器（VTI），依靠多名驾驶员，在不同速度条件下，对驾驶员所偏爱的方向力矩进行试验。国内的一些研究机构通过研究给出了我国驾驶员所偏爱的方向盘力矩随侧向加速度以及车速的变化关系曲线。我国驾驶员所偏爱的转向力矩逐渐增大，在各侧向加速度下的变化趋势基本相同 2。表 1-2我们可以从上表中看出，随着车速和加速度的变化，驾驶员所期望的转向盘力矩不同，这作为电控液压助力系统设计的一个依据。1.4 电液伺服系统的类型及特点数字伺服系统、模拟伺服系统这两类根据伺服系统的输入形式分类。输入、反馈、偏差信号以及放大、校正都是连续的模拟量。我们都知道电信号就是直流量或者交流量。分辨能力较低、重复精度高是模拟伺服系统的特点。检测装置的精度影响着伺服系统的精度，然而数字式的监测装置通常在精度上要高于模拟式的检测装置。所以数字伺服系统分辨率会较高。模拟伺服系统容易受影响，尤其是微小的信号会受到噪声及零漂影响。在数字伺服系统中全部信号或部分信号是离散参量。其拥有较高的分辨能力，可以得到较高的绝对精度。数字伺服系统可以利用计算机进行信息的储存、解算及控制。其可以在大系统当中实时的控制多个环路及各个参数。由于以上这些优势，数字伺服系统在当今拥有广阔的发展前景。金陵科技学院学士学位论文 第一章 引言21.5 液压系统的组成液压伺服控制系通常由输入元件、执行机构、反馈测量元件、比较元件、放大转换元件及控制对象组成。输入元件给出输入信号，其可以是机械的、电器的。执行元件将油液的压力能转化为机械能，实现规定的工作。反馈元件将输出的信号进行测量并转化为反馈信号，通常用各类型的传感器。偏差信号则由比较元件通过比较反馈及输入信号得出。放大元件放大偏差信号转换为液压信号，由伺服阀或伺服放大器等实现。而控制对象即为负载 3。金陵科技学院学士学位论文 第二章 系统元件的数据模型43第二章 系统元件的数学模型系统在零初始条件下线性系统响应（即输出）量的拉普拉斯变换与激励（即输入）量的拉普拉斯变换之比即为传递函数。记作 G(S)=Y(S)/U(S),其中 Y(S)、U(S)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换。线性系统动态特性由传递函数描述，传递函数也是经典控制理论的主要研究方法；在传递函数的基础之上建立了频率响应法和根轨迹法。描述系统运动规律的微分方程与系统的传递函数是对应的。可根据组成系统的动态特性，稳定性，或根据给定要求综合控制系统，设计满意的控制器。频域法是以传递函数为工具分析和综合控制系统的方法。它不仅仅是经典控制理论的主要研究方法，也是研究多变量控制系统的有力工具 4。2.1 液压缸数学模型液压放大原件和液压执行元件组成了液压动力元件。文中采用的液压缸作为执行元件，采用的是活塞双动液压缸。图 2.1 活塞式双动液压缸2.1.1 滑阀流量方程 5假定：保证供油压力 ps 恒定，再节流窗口对称的条件下会有压力 p0 为零。则滑阀的线性流量方程为（2-1）LcvqLpKx其中x v为阀芯位移，m；Kq 为流量增益，m 3/sPa；pL 为液压缸输入、输出压力差，Pa；qL 为液压缸输入、输出流量差，m 3/s。金陵科技学院学士学位论文 第二章 系统元件的数据模型54为了简单起见，它们从初始条件下的变化量仍用变量本身来表示，于是我们将上式进行拉式变换为(流量线性方程) （2-2) LCvqLPKXQ2.1.2 液压缸流量连续性方程假定：保证液压缸及阀的连接管道对称，忽略管道中压力损失和管道动态不计；液压缸油温和体积弹性模量为常数且液压缸每个工作腔内各处压力均相等；液压缸内泄露及外泄露均为层流流动。流入液压缸进油腔流量 q1 为(2-3)从液压缸回 油腔流出的流量 q2 为(2-4)式中 A p 为液压缸活塞有效面积，m 2；Xp 为活塞位移，m；Cip 为液压缸内泄漏系数，m 3/sPa；Ctp 为液压缸总泄漏系数，m 3/sPa；e 包括了油
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