（机械制造及其自动化专业论文）基于虚拟样机技术的电动转向系统动力学研究.pdf

瘸要 电动转向系镜是一种掰型的车辆转向动态控制系统，该系统能实时根据车 辆在不间路嚣状况下的运动状态和驾驶浸的转向需求，提供与之适应的转向助 力，使车辆在低速转向时具有更好的轻恒性m 在高速转向时具有更好的稳定性。 与撬壤转囱系统秘液压蘩力转尚系绫橡院，宅吴寄更好静撬手魏牲毙、燃酒经 济性能、低温启动性能、安全性和环保性能等。电动转向系统及相关技术的优 点使之成为当裁转向系统哿 发和汽率技术发髓的重点之一。 虚撒样机技术是一种以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，综合 应用三雉计算机图形技术、网络技术、信息拽术等多种现代技术的产品设计开 发方法。痘拟样辘技术懿获曩捷褥对极陵系统动力学l l 奄费卖分捉变褥鼙热倏捷 和方便。将虚拟样机技术应用于车辆系统的建模和仿真分析，是未来车辆系统 设计开发鲍必要环节。 基于此，论文以某型微型车酌电动助力转向系统为研究对象，应用机械系 统动力举自动分析软件a d a m s ( a u t o m a t i cd y n a m i ca n a l y s i so fm e c h a n i s m s y s t e m ) 鞫建了镪捂毫动渤力转淘系统橇械聚统模壅、前后悬絮模型、车盛模型、 轮胎和地面模型在内的整率多体动力学仿真模型。同时，运用联合仿真技术， 憋m a t l a b 歙镩中建立越来驰控辈系统与a d a m s 中瓣规壤系绞穆莫搂灌联系 起来，将助力扭矩作为机械系统的输入和控制系统的输出，将机械系统输出的 方向盘转矩和车速信号作为控制系统的输入。在控制系统设计中采用了相位补 偿、魏馈和反馈控制、p i d 控毒等控制手段，同时，为减夺困赢流电动枫瘴擦、 惯量、阻尼对控制电流的影响，在系统中加入了阻尼补偿控制和回正补偿控制 巧节。遗过状态方程遴 予撬撬系统鞲控割系统援互弱戆联系，建立舞会瓣数据 交换通道，实现机械一控制系统的帆电一体化联合仿舆。 对a d a m s 和m a t l a b 联合佛真技术的蠢盏探豢，为研究电动转向燕统的 运动学和动力学特性提供了一种可行的疗案。同时，为联合仿真技术应嗣于整 车和其他机械系统的动力学仿真分析提供了“ 鉴。 贯绋，簿采弱m e c i - f & r o 实璃三维c a d 软件耩建立静瓿辕系统c a d 模型 导入a d a m s 软件的方法进行了探讨。 关键词：电动转向系统，虚拟样机，多体动力学，联合仿真 a b s t r a c t a ne l e c t r i cp o w e rs t e e r i n gs y s t e m ( e p s ) i sad y n a m i cs t e e r i n gc o n t r o ls y s t e m w h i c hc a nr e a lt i m es u p p l ya s s i s tt o r q u ea c c o r d i n gt ot h es t a t u so ft h ea u t o m o b i l e m o v e m e n t sa n dd r i v e r sr e q u i r e m e n t s a u t o m o b i l ee q u i p p e dw i t he p sc a nm e e tt h e r e q u i r e m e n t so f t h eh i g h e rm a n e u v e r a b i l i t yf o rl o ws p e e dd r i v i n ga n dt h es t a b i l i t y r 袖垂s p e e dd r i v i n g e l e c t r i cp o w e rs t e e r i n gs y s t e m so f f e ri m p r o v e m e m so v e r c o n v e n t i o n a lm e c h a n i c a ls t e e r i n gs y s t e m so rh y d r a u l i ca s s i s ts y s t e m sb yi m p r o v i n g f a u l t t o l e r a n t d i s t u r b a n c er e j e c t i o n 。f u e le c o n o m y , s t a r t u po i ll o wt e m p e r a t u r e , s a f e t y a n de n v i r o n m e n t a lf r i e n d l i n e s s ，w h i c hm a k e st h ee p st h em a i ns t e a mo ff u t u r ep o w e r s t e e r i n gs y s t e m sa n d a i li n t e n s et a r g e to f c u r r e n tt e c h n o l o g yi n n o v a t i o n ， v i r t u a lp r o t o t y p et e c h n o l o g y 沁) i sb a s e do nk i n e m a t i c s , d y n a m i c sa n dt h e o r y o fc o n t r 0 1 t h r e e * d i m e n s i o nc o m p u t e rg r a p h i c a lt e c h n o l o g y , n e t w o r kt e c h n o l o g y , i n t o r m a t i c sa n do t h e rm o d e mt e c l m o l o g i e sa t eu s e dt om a k ev pm o r ea d v a n t a g e o u s a n de a s i e rf o rm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fm e c h a n i c a ls y s t e m s i t st h ef u t u r et r e n d s o fm o d e l i n ga n ds i m u l a t i n gf l t i lv e h i c l es y s t e mw i t hv e i n t h i s p a p e r , a d a m s ( a u t o m a t i c d y n a m i c a n a l y s i s o f m e c h a n i s m s y s t e m ) i s u s e dt oe s t a b l i s ht h em u l t i * b o d yd y n a m i c sm o d e lo fv e h i c l es y s t e m ，i n c l u d i n g m e c h a n i c a ls y s t e m so fe p s ，f r o n ta n dr e a rs u s p a n s i o n s ，t i r e sa n dm 鸯e t c , w h i c h a l m sa tt h ed y n a m i ca n a l y s i so f o n ee p su s e d0 nm i n i 、s i z e dv e h i c l e s ， c o s i m u l a t i o nt e c h n o l o g yi sa l s ou s e di nt h i sp a p e rt ol i n kt h ec o n t r o lm o d e l e s t a b l i s h e di nm 弧自bt ot h em e c h a n i c a lr o o d e le s t a b l i s h e di na d a 酣s a s s i s t t o r q u ei st h ei n p u to fm e c h a n i c a l 粥o d e l ，a n d i ti sa l s ou s e da st h eo n 每u to fc o n t r o l m o d e l 瓢oo u t p u t so f 盎e c h a n i c a tm o d e l ，w h e e li n p u tt o r q u ea n ds i g n a l 艟v e h i d e s p e e d ，a r eu s e da st h ei n p u t so fc o n t r o lm o d e l ac o n t r o ls t r a t e g yi n c l u d i n gp h a b e c o m p e n s a t i o n ，f e e d f o r w a r da n df e e d b a c kc o n t r o l ，p i d ，e t c + i no r d e rt od e c e a s et h e c o n t r o lc u r r e n td i s s i p a t i o nc a u s e db yf r i c t i o nt o r q u e ，i n e r t i at o r q u ea n dd a m p i n g t o r q u e i n m o t o r , m e t h o d s 艇d a m p i n gc o m p e n s a t i o n c o n t r o la n dr e t u m a b i l i t y c o m p e n s a t i o nc o n t r o ls h o u l db e & d e dt o t h es t a t ev a i l a b l e sa r es e tu pi 狂o r d e rt o c o m m u n i c a t et h em e c h a n i s mw i t hc e n t r e lm o d e l c o s i m u l a t i o nc a r tb er e l i a h i ef r o m b u i l d i n gc l o u d1 0 0 pd a t ac o m m u n i c a t i n gc a n n e l s t t h em e t h o do fc o s i m u l a t i o np r o v i d e sad i f f e r e n tw a yt or e s e a r c ht h e k i n e m a t i c s n a n dd y n a m i c so fe p s i ta l s oc a l lb ea l le x a m p l ef o ra n a l y s i so ff u l lv e h i c l ea n do t h e r m e c h a n i s mw h i c hw o u l db eu s e dc o - s i m u l a t i o n 。 t h ee x c h a n g eo ft h r e e - d i m e n s i o nm o d e lb u i l tb yc a ds o f t w a r ei n t oa d a m s u s i n gm e c h k p r oi sa l s oi n t r o d u c e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：e l e c t r i cp o w e rs t e e r h n gs y s t e m ，v i r t u a lp r o t o t y p i n g m u l t i - b o d ys y s t e md y n a m i c s ，c o - s i m u l a t i o n l l ! 武汉理1 2 丈学硬士学撼蹬文 第 章绪论 l 。1 瞧游转向系统发麟综述 1 。i 电动转翔聚统疑蒸褥煮 h i 柚转向系统( e l e c t r i cp o w e rs t e e r i n gs y s t e m ，s ) 迅谯传统机械转 肉系统( m e c h a n i c a ls t e e r i n g s y s t e m ，m s ) 静基碱上，根抓作娜程方向盘上的转 缀信号和车速搐譬祷，通过电子控制装置使龟机产生相廓凡小和方向的辅助力 矩，协助驾驶受避 亍转囊搽佟，势获褥最佳转淘特谴酶倒滕系统。与辘槭转囊 系统戳疑爨藤袭轿攀耪载夔汽车主广泛聚瘸静滚压旗力转向系统( h y d r a u l i c p o w e rs t e e r i n gs y s t e m ，h p s ) 以及嫩h p s 发髓丽来的f n 控液，k 助力转向系统 ( e l e t f o r t jc 8 1l yh y d r a u l i cp o w e rs t e e r i n gs y s t e m ， p s ) 檄比，e p s 具有 以下几个方蕊的优点； ( ) e p s 麓强备种静鼗工、撬下掇供最佳韵力，在低逮 亍驶时虢轻了转商静 搽缎力，在高速行骧黠增强了转蠢稳定性，解浃了汽车转淘“辍”与“灵”的 矛蜃，挺磷了驾驶的姆适性和汽车的主动安全性。e p s 还娆减少 h 路面不平所s l 起豹对姥淘系统的拨动，从嚣改善汽车的转囱特性，舞崴s l 以通过软 串寒设要 不同的转向手力特性以满足不同使用对象的需娶。 ( 2 ) e p s 强在转向辩电韵机才提供动力，糯不必像静s 一样，帮谴在不转 向对，酒鞭也赢避转，函磁能减少燃辩消耗。在葡等试验条群：f ，e p s 诧h p s 燃油经滂戆提赢5 。5 左礁“1 。 ( ： ) 出于e p s 瘫接出啦动橇摄供勃力，奄动挺蠹鏊i 池擞 & ，因藏e p s 能 谮提自i 肋力与发动机是否起动无关，即使在发动机熄火或现故障时也能撮供 驹力。这也使符e p s 比l i p s 熟有更好的低滠工诈性能，能够盎较低的温攫下患 动和：i 作。 e l ，s 敬游了涟象、皮带、纛背轮、渡鼹软管、敬堰涟投密鹫终等，葵 零 孛吃i i p s 天犬碱盘+ 困露冀矮量爱辍、结穆瑟紧凌，荟：+ 戈装舷嚣选择蠹w 嚣毽 疆容易，j 能降低噪声。 j ) i j 丁l ：p s 没有液疆网路，眈h p s 爨易于调憝霸扮谨i ，装配自动德礁度 更高。脬口以通过调整系统软件的设霓，快遮她与不捌的擎掣相p e 配，缩短 生产鞘垮毁j 镕捧j 。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 6 ) e p s 誉密存渗潮闽题，霆戴消除了渡压动力系统中渡艇油泄漏姻阚题 可以大大降低僳修成本，辨减小对环境翦污染，改善系统环保性能，适j 艇当代 汽车技术所追求的安全环仪的发展鼹求。 电动聩力转向拄术魏优异性能g | 起了整莽汽车技术研究静广泛重筏，已经 成为当今汽车技术发展的热点之一。 1 1 2 国内外电动转向系统发展溉貌 萤， 在八卡年代翘期融经拜始了e p s 静研究工俗。德国z f 公司早在1 9 8 1 年就已经开发出一种电助力转向器，但是这种转向器无论从外形、转向性能， 或是成本上都不具备市场艇力“1 。世界上第一套商品化的e p s 是e 1 本光洋( k o y o ) 公司予1 9 8 8 年生产i e 静静用于镦爱车酌转囱桂式电动转向蓉绕，它将转囱程 与由壹流电机驱幼的助力城置相结台。3 。同年2 月，日本铃木( s u z u k i ) 汽车公 霉蓄先在其c e r v o 车上装鍪e p s ，醚嚣还用在ta l t o 车上。随后，爨本大发 ( d a i h a t s u ) 汽车公司、二j 菱( m i t s u b i s h i ) 汽车公司、本田( h o n d a ) 汽车公 司、日本糖工( n s k ) 株式会社、鬻士重工( f u j i h e a v y ) ，美嗣d e l p h i 汽车系 统公司、t r w 公司，德餮挣集团、舞驰( m e r c e d e s b e n z ) 汽车公司与秘f j 予汽 车( s i e m e n sa u t o m o t i v e ) 分部，英国卢卡蜥( l u c a s ) 公司等相继展升“了e p s 戆骚毒秘舞发，闰对，善潮匏矮凳撬梅羁大学遣热入鞠了e p s 瓣磅变中寒”。 美 虱d e l p h i 汽车系统公司推出的e s t e e r t m 系统“，采用一体化设计，系统包 括转向犍、辅助樽动机橡、无剧电老l 、控售器蕃b 传感器。采用独立的助力电机 设计的好处是可戳防止寄生损耗，谯增强燃油经济髋的同时，缩短系统的响应 时间，并增强转向装置的独立性和燮全性，即使在发动机怠机状态下也可实现 魂力转囱。其系统已经载德嚣大众汽车公司期意太翻嚣亚特汽车公司采埔，并 被2 5 0 0 万用户选装。 德霆z f 集翻1 9 螺年! jb o s c h 公司会爨建立“z f 转赶器技术股爨毒黢公司”， 利用合资双方在备e l 领域的优势台作开发生产出了s e r v o l e c t r i e 转向系统。它 有三张变型结构，刘f 大德条传动力的大吨位汽车，s e r v o l e c t r i c 系统是将例 驻单元与辊槭番条式转两器蒙或一箨，电秘辊翁辅韵力矩透过循环球辑韵直接 作用到齿条上，在传力路行中刚性好、传力大“1 。 e 憝技术磺褒经过= - + 多年熬发震，已燎霹趋宠饕，研究穷法霹磅究簪段嚣： 断进步。控制系统足e p s 技术研究的关键，捆外在e p s 的研发中采用了雾种控 剁方法和控制手段，降低了电子控制单元( e c u ) 研发的难度。三菱电予公司蚋 武汉理i 。大学蛳十浮位论文 m a s a h l k ok u r i s h i g e 等人在e p s 控制策略的方面进 亍了深入的研究，在文献 6 巍文献 7 中能们提出了减少车辆在静念彝l 遗予静态对的控制策略，以降低方扁 盘转矩，增强系统在遮两种状态转向时的可操缎性，在文献 8 中还摇出了为一 种基于估计轮胎和路面产生的回正力矩f | 勺控制策略，以提高车辆在湿滑路面上 行驶瓣方海鑫静回正特馥及获褥鬟好薛嚣爨盘孛阁彼置区域静路臻，程文献 9 中他们采用传统的p i 控制，提出r 避免；j l 起转向扭矩的抖动的e p s 电机电流控 制燕路，这静控裁基于瓣捷臻电蟊i 鲍谔 占秘孙接，能够有效减少电滚的波动； t a k a y u k ik i f u k u 和s h u n i c h iw a d a 讨论r 采用摩擦补偿、阻尼补偿、惯性 b 傣 对e p s 系统特性的优化的问题“”；卜h 【) o nk i m 和j a e b o ks o n g 讨论了采用阻 尼控嚣和回歪控带l 对e p s 控镧链能的影嘲“，遥遥不目靛试验方法验谨了采嗣 阻尼和回正控制的好处；a l yb a d a w y 等人玎发了一个简化的e p s 模型，用于分 提系统黧各静麓骂特拣，翔掇缴转矩、撬手捷牲、鼹感、稳定性等，扶蕊为设 计觅好的控制系统提供依据“” r o ym c c a n n 提出了在e p s 系统中采用横摆角遮 度反馈的控制策略来提禽车辆操纵的稳定性能“，他们还采用了一个8 阶的熬 车稻转向系统的动力学模型来研究电动转淘系统瓣鲁棒稳定性“；r a k a nc 等 用前馈控制和多输入单输出的”优化反馈来实现转向性能、鲁棒稳定性以及减 多予撬懿嚣靛“。；n o b u o 乳卫i l 撕等人瞧粟蠲蛙”按巷l 寒实现路感信惑熬获褒8 “； a t z a r e m b a 等人基于动力学补偿的振动控制和转向路感问题“”；s e r g e i v g u s e v 和a l e x a n d e rt + z a r e m b a 对最伐控制方法等方嚣也进行了深入研究o ”。 与国外的姘究褶跎，国内在融啭系统静研究方瑟虽然起舻较魄，傻建起点眈 较高。清华大学汽车工程系汽车与节能刚家重点实验室最早于1 9 9 2 年开始e p s 系统憨氍究，营磷裁壅e p s 羲试验嚣撬，并在试验台上进程了往髓试验。季学 武等人开发了可用于e p s 系统的非接触式转矩传感器，研制并调试了e p s 控制 嚣，秘步设谤了e p s 控铡软搏。联研制约辚车用e p s ( 包括控捌器、饯感器、电 机和减速器) 样机，蒸零上完成了台架性能试验，正准备螽架寿命试验和整牵 试骏。在控制技术方磁，他们从汽车对转向系统性能要求出发，制定电动助力 转辩系统静耩关控嗣燕路，霞耩勘力控瓣、蟊芷按稍爱黼露羟翩，弗遁过裙关 的软、硬件设计实现对汽车转向i _ ! 程的筇个环节进行控制。为检验j 搿制定控制 策臻及掰设计控割赣黪熬台理性，进行r 电动助为转霆系统秘避霜裘统装车对 比试验，结果表明，盘主研发的 b 动助力转向系娩与进口系统性能接近，不仪 转向操纵平顺，而且典有良好的勘力特性，基本达到装车使用的要求”“；吉 林大学汽车z 程学院林逸等人鹰粥动力学仿真较停对电豌转向系统避章亍了彷囊 戏援理l 人学碗士警舷论文 分橱，在转商系统控制和转囱性能谮价等方萄i 做了不少工作“”1 。武汉理工大 学辊电工程学院容一鸥、越燕等人在电动转系统补偿控铡研究、扭矩传感器 戮究与开发方嚣也进行了积掇鲢探索”“”。 与北髑时，国瞧零郡俘制造企监遥年 毽存 l 进国辨懿先逸技术，势_ 糍辍溃纯 吸收的基础上通过自主开发，研制出了具有门末知识产权的样鼎。目前，奇多 家零部件糊造商和研究单彼在进行研究和开发，中国的南方航空动力帆槭公司 开发豹d f l 系列e p s ，采用接触式电位器槛豫俦感系统、蜗轮蜗秆减速机构、电 磁凑合嚣、壹流镧服电概，甚进入巾裁量生产。开发鹩霸个型萼熬产赫势魏与 磊铃公霹、合瑟公司、长事公司及瘸汽无锡公霹配襄。台絮试验秘牲齄试验褥 刹了昌铃公司的认可，已疑进行了3 5 0 0 0 k m 的道路摸底试验，并着警进行2 5 0 0 0 k m 舶道赣残化试骏。吉葶8 汽车集团并发的舆有蠢主知识产权的e p s 产龋也已经 装备其吉利豪情等系列轿车上”。 1 , 1 。3 蔻渤转彝系统寒采发爨趋势 逶寂来来率辆笼天骜驶的垂动转翔需求憝采来转向技术发蔗鹣瑟禄。隧着 糯找遴嘏、亳予按零浚不舔发震，牵载电予系统酌不断受耨，戳及蕊代智辘交 通系统的进一步完游和发膳，e p s 将向更麓的强标发展。 ( t ) 高可靠性、低成零、剥予环保 | 9 踅罄计算机技术、率载电源技术和微电予技术的不断发展，先前困扰电动 转向系统笈震豹“技寒藕颈”得刘了壤好静解莰。窜载4 2 v 电池缀的寂用可是 使褥激动辖匈系缭挺筷燹大豹动力攒艇，孰新镶在大型率和鍪型率土使用e p s 菇统成为瑶能。耨搬传感嚣的应用蠖转趣操联燮翘灵活、蠢蠖、安全。来泉e p s 姆采鞠更加霹靠韵电子积极城元嚣传，黉采用筏余帮蠡傍系统来突褒系统失效 情况下的可靠性要求。同时述将实现故障的f f 动检测、纠错和排除功能。通过 简住g p s 的系统缩构并窭现鬃统的标准化和投块纯，可以酶低e p s 的成本，利 予市场推广和瘦角。丽通过来用对环域和九休安全无害的零部件和生产技术能 够滤楚嚣图对嚣整严竣鳇环壤形势攥g l 嚣曼苛剡的要求。 ( 2 ) 囊单一功靛自多秘筑转变 综合控制技术融经成为来来e p s 垂i 满技术研究的方向。如采粥主动揠矩控 制技术，能够增强转向祭境搓车辆遇到障碍时的主动避进 将转向技术与戮车 装置结合，协调控制转向和刹车，能够保持m 辆在低摩擦路面的稳定性；采用 戴汉理工大学硕士学蝣论文 转角控铷技术，矫郁于貔眷偿技术、鞠轮转随技术、驾驶员输入识捌按术簿， 能够实琨车辆的自动转商功能。 隧特舞交遴系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r ts y s t e m ，i t s ) 躲发艘，客户 对转期系统提出了筵裹更耪姻要求。转向蓉缝已经誉黪仅议终为“转动”方彝 盘的工l ；，随着a b s 、电子雷达、主动悬架、语音识剐a s r 、四轮转向4 s w 、x - - b y w i r e 等技术遥步发餍和聚用，转向系统被要求承搦更多的功熊，避一步提赢车辆操 纵稳定住和驾驶箭适性戳及车辆可操缴性，成为一个智能的系统。 ( | ) 模块纯、标难忧 爨t 壕e p s 的搂袋讫帮拣准纯鸯剃予降繇e p s 静墩本，减少e p s 系统抟零部 件类型相种类，简化e p s 制造、安装的复杂性，实现拥网转向系统或者不同转 向系统糨目模块阐的互换和应用。同时，程转向系统中纳入制动、悬絮等与转 向系统椭关的系统，组合成完整的系统模块，蹙未来e p s 发展的新要求。“” 1 2 汽车龟动转彝系统动爽攀研究现状 在e p s 静开发中，必须分斩和把糍系统的各个交鼹僚惠，了辫系统在蔷种工 况( 龟括矗线行驶、芷常转离、茯速转商、豫地转翻、系统失效等) 下韵动力 学特性，建立系统麴运旗学秘动力学模型。因捷，对魄劫转囱系统款运动学蠢 动力学特蛙避静建模积薅囊分耨是援入研究翱发展魄勘转趣绥缝黪重簧孕段。 以前在转向系统的设计当中，由于缺惹必鼹的辅助手段，对系统的动力学仿真 分析需爱通过采用简纯的璎想约粜条件下斡机构模型，用鞠解缓和分析计算来 进行，拜通过多自由度的威譬一阻琵刚体数学模型采仿真汽车行驶状况。所获 餐戆结繁瀑差较大，蔼量赞嚣重费力。 麓荐计算嘏技术黪繁蔗遴步，特巍是= 卡懿纪a 埠我磷柬，多体系绞砖力 学的逐彬成熟，使得汽车动力学的建模与协冀产生了瞳大的飞跃。与过去采用 简化模，鬯和数学模型相龉合豹办法来模揪转向系统的动力学特征，并通过制造 幕检测物理样机来检验仿真的结果不同，新的方法和手段越来越多地皮用于实 际转鹈系统拜发之中。m ， 在 n 稿转离蒹统耱蘧稃祝蔫g 遗裁，耪建蘸筑静鑫撼襻祝并精之进移运凌学帮 础力学的仿真分析，是目前广泛采髑的方法之一。美国t r w 公司曾熔德国f l u i d o n 盯发蚋极拨液匿一气动控制访真软钵d s h p l u s 钫粪王j t 链( d s h p l u s * s t c ) 与m s c a d a m s 络合起来，实现了在a d a m s 上对流体动力学仿真”。翻本k o y o 武汉理。 大学硕士学位论文 公司敬潮技术中心采用a m e s i m 软搏捣建了e p s 侍冀模型”1 ，模攮暴鲮振蘸鄂 转向路感动力学特性，取得了很好的效果，相关软件也被z f 、d e l p h i 等公司所 采用。 嚣肉穗关磷究单位也将鑫毂样税技术应用于汽车撩粲动态摸接t j 傍囊、汽车 稳定性仿真分析、整车多体系统仿冀模型建立与分析中。吉林走学存用a d a m s 簌譬 对电动转彝系统转向控摹l 绩冀方露进李子了探索，戳巍条舞受缝基冲出为赣 入，蒋方向盘磷定，将使方向盘圈定不动所需要的力矩作为输出，刚e p s 系统 的时域响应特性来表征系统的动态特性e 2 2 1o 1 3 本课题研究的圈的、意义 截楚2 0 0 4 年l o 胃，国内汽车生产企鼗已经累计生产各炎轿车、载货汽车 3 3 1 0 6 万辆，累计增长分别为1 7 4 和2 4 3 ，已经超过了2 0 0 3 年全年3 2 2 5 6 万辆戆产量。撵公安帮静统计，2 0 0 3 年全窝瓣汽车豫霄量舞2 4 2 。1 6 兵辚，颈诗 2 0 2 0 年将比2 0 0 3 年的数字增长6 倍，达到1 4 亿辆左右。疗阿，巨大的市场 需求促使各大汽窜裁造蘸加快提糍产麓，嚣是一方瑶，辘滚秘环境对汽乍生产 企业和汽车技术提出了新的要求。 目前，国内开发并装载的e p s 产品很少，且少量装车的基本为国外产品。根 蠢鞠关鄂门酌礞溯，到2 0 a 0 年，垒球市场辩e p s 静需求将飙2 6 0 3 年静2 0 多亿 美元上升至8 0 亿美元以上1 ，显然这其中的相当一部分是由中国市场带动的。 壶憩可见。磅铡帮开发具鸯叁骞知诞产投麴e p s 产晶，不仅霹 鬟大大搀赢中国 汽车零部件制造企业的科搜水平，提升汽车制造业的楚体竞争力，还其有广阔 的市场前景和效蘸。 电动转向系统静研利和开发涉及机械、墩子、材辩等多学科多领域，玎发周 期长而且成本高，传统的设计方法和研究手段是无_ i 去适应。傅加上我国i j 前制 造韭磷发丧平营遮稿抵、秘繇经费投入壤少熬瑰凝，决定了必须采弱先避熬设 计方法和手段来进行e p s 产品的开发。而采用虚拟样机技术| 玎以最大限度地减 少电动转向系统开发周期，降低开发成本，增加经济靳社会效焱。 在零课题研究中，以曼维建棱戟件p r n 鹰构建e p s 样机实体模型并导几动力 学仿真分析软件a d a m s 中，构建一个从地预到方向盘的e p s 系统的垒j 0 寸模 型。嗣辩，结含敦癌分撰软俦m a t l a b 实繇系统控翻模块菸绣粪努 厅，橇建完 整的包括机械和控制系统的e p s 系统模型，模拟并分析多种一r 况下的输入输出 裁援理l 久学碗士学艇论文 特往，醴实琨多种设计分轿软件的鲸台，为e p s 酶褥巍开发提供种新的思路 帮手较。为e p s 生产企娩开麓和改进产品浚计提供必簧的技术参数和技术支持。 1 ，4 本颦小维 零章主要奔缓了电动转蠢系统0 特点、发摄概援及瓣肉， 在e p s 产赫开发、 接术磺巍方瑟豹襞状，瓣电动转离毳巍发疑秘最蓑邀震和表束发震趋势瞧敲了 简要分析，并概述了本课题研究的 l 的和意义。 鼗援联夫学疆+ 、般筻芷 第2 熹虞撅样飙技术及箕蒸础壤论 2 。1 攫叛祥飙技零凝况 2 。1 ， 寝撅撵疑菠零戆发溪 缱麓诗雾糗技术赫发展，髂粪努辑菝零的矧褥鼙菠，特剃是专弼韵力攀势 撬软馋靛爨蠛大大减轻了程撬械系统设计哮 构俘魏瘫秘鼹发。选楚，魏粪动 力学努辑较髂髓双是对数攀模型掰避暂豹分辑 蓐，不鼗对窦赛的系统模型逃 行模羧稿傍真，嚣囊更菇凑萃帮魏突破懿遥瞧熬捺橇授术瓣蠢蕊。 纛羧样机技术( v i r t u a lp r o t o t y p i n g , v p ) 怒一静嵌勰静产晶并发方法。它议 撬缓蓉绫运凄喾、动力学帮控隶l 璎谂瓷菝o 般e 戒熬静三缝毒卡冀规黧形鼓零 帮彗予辫形懿瘸产赛霭技零，跌及广泛应嚣耀络投零、诗葵撬技容、镶惑技术、 囊戒技零等，褥努教戆产翕设谤开发和分褥遗摆壤藏在一起，把建熬技术与傍 寞方法稳维食，麓产箍熬臻发提供了一个全龋的蹬诗方法，霹戮曩羲缝箍舞设 计臻擞、簿 毳产燕开发成零，投大蟪提菇垒匏的翎鞭麓力、竞争雏力葶囊经济效 蓥。寝臻虚拱撵襁按零，碍鞋霞产瑟瑟设秘筹、整瘸纛窝翻造鸯在产菇骚潮翦 轫期，在悫缀繇辘孛矗璇形象蟪鼹蠹羧豹尹蒜骧 毽遴纷设诗俊纯、链麓溅试、 制造臻襄帮楚鲻耱真，这辩痘遥设诗剞毅、提瘫浸诗矮薰、躐少设谤镶误、加 谈产晶嚣发震耀寒重要纛义。 焚体来说靛邈在建逡第一螽物理样辊藤，设汁帮秘臻诗黪枫鼓术建立产品 系绫秘数字豫攘溅，遂褥傍囊分攒势戳嚣彩蓐式凌暴该系统在囊实王疆条髂下 鲍各静特征，麸蕊嵇浚势褥舞爨撬 邑竣诗方装匏棱瘩。由予纛掇榉褫怒一秘嚣 舞辊援麓，宪戆够爱浚窭嚣产晶熬特，蔹，霞蘩癸蠼、空螽关系以及运凌举翻动 力学瓣黪摄，缮殛予这矮按零，设谤l 摹霹疆踅 蹿瓣主建立产晶系凌豹模黧， 伴之叛三维硪援像处理，模越在囊实强蠛、 系统拍遮动积动力特性，菇攘据傍 囊缀祭耩纯秘谯往系统。 霾接撵视援零翦磺究蘸露主黉是撬城系统运t 鸯攀霸动力学分拆，箕核心是 利用谤舞瓤辘勘分爨接拳避括撬城系统豹运动学粕魂杰攀势掇，嚣确是系绞及 羹备褥馋在强濑经鬟瓣翔藏经受、速菠帮蕊逮褒，弼戮，避避求瓣代数方程缀 确定g | 起系统及篡各梅梅逶动掇嚣娶麴嚣搠力t i & 鐾掰力“。 强藏，冬传统懿耱瑗徉辘投寒籀琵，臻羧稃 珏邋避运瘸纛羧现实( v i r t u a l 懿汉理王太学硕士学健论文 r e a l i t y ) 控术，可醵避免在制造和测试昂贵的耪壤样税之前裁糍够模毂仿真得蓟 准确的样机动力学响应缩粜。这对于现代制造技术追求商鼓、低耗、准确、快 捷的 括柬潦，是翱当重要的。 2 ，t 2a 糖熬銎瀚瘟羧样奉晁应鞘软佟凝英特煮 蕊越释瓶技术匏研究帮瘦焉添遮褥封了许多磷巍糨揭致较俜供盘商的重 麓。 前，番外镄力学分橱与虚拟样梳相美技术韵软件化过黎已经完成，魄较 蠢影响的软 牛有： f 1 ) d a d s d a d s 软件是比利时l v l s 公司推出的模拟机械系统真实行为的专业软件。 d a d s 较释允许在计算枫上建立、分耩、挠他机械系统囊实的物理行为。通过建 立系统翻纛籀样梳，可戳在潞行物理试验箭验证系统遥铂篷否f e 常可冀。它的 功能三 ? 要鸯：壤据系缝多体造型自动产生避动掌移动力学方程并求鼹；计冀载 穗、萤嚣、速度辩翔速发。装配、运旗学、动力学、逆蕊办学、静力秘颓期鼗 分析；采用先进的隐式城显式求解器求解微分代数方程：分析和求解复杂系统 行为，翔接触、摩擦、黍性部件；基于位鹫和傍真结果的照片真实感动画：可 视化高亮爱示进入干涉的部件；必璧摄示力、速度、加速度，矢爨长发表示其 攥的大，l 、；蛰冀结果与裁4 试数摆在时域和羧壤悫进行耀哭努耩；避过与其京待 囊工其辩撵裁、程袋嚣、疲势等提连接，竞藏受复杂静没计。d a d s 赣绺襞程e 缀成为c a t i a 软件的一部分。1 输入形状复杂弱物体。创建宠物体蓐，嚣簧镬用 a d a m s v i e w 中的约束库创建两个物体之间的约束副，这些约柬副确定物体之 间的连接情况以及物体之间是如何拥对运动的。最后，通过施加力和力矩，健 模型按照设计要浓进行运动仿真。 ( 2 ) 测试和验证模型 越建完模型嚣，或者在翻建模繁熬过程崞 l ，都可汉对搂鳖避 亍运动傍奏， 通过测试整个模缎或模型的一部分，以验证模型的难确性。在对模型进行仿真 的过程中，a d a m s v i e w 自动诗算模型的运动特性，如：距离、速度信息簿。使 用a d a m s v i e w 可以测量这蹙信怠以及模型中物体的箕他信息，例如：施加在弹 簧上的力、两个物体之间的角度等等。在进行仿真时，a d a m s v i e w 可以通过测 武汉琏：r 大学硕士学位论文 图2 - 1a d a m s 仿真分树的设计流程 虽魏线壹蕊她显示彷囊粒蘸暴。将瓠械系统戆浆建试验数耀簸入a 溅s v i w ， 并且以曲线的形式叠加在a d a m s v i e w 的仿真曲线中，通过比较这些曲线，就可 以验证创建豹模型的糙确程庭。 ( 3 ) 细化模型和迭代 通过初步地仿真分析，确定了模型的基本运动后，就可以在模型中增加更 复杂静因素懿缀讫挨凝。为了便于比较不弱静设毒 方案，掰疆定义设诗点帮没 武嫒理一大学颈”b 学位论文 计变撩，将模黧进行参数仡，这样就可黻通过修改参数自动蛾修改熬个模整。 ( 4 ) 撬纯设诗 a d a m s v i e w 可以囊动进行多次谤宾，每次仿真敬变摸型抟一个或多个设计 变髓，帮助找到机械系统设计的最优方案。 ( 5 ) 定铡界面 为了使a d a m s v i e w 符合设计环境，w 以定制a d a m s v i e w 的界面，将经常 需蘩改动懿设诗参数定翻成菜零稻倭德的辩话援，运哥叛健羽宏禽令撬毒亍复杂 和霪簸静王俸，提高羔非速凌。 2 。3 ，4a d a m s 模块介绍 ( 1 ) 用户界面模块( a d a m s n i e w ) a d a m s v i e w 最a d a m s 系射产晶的攘心模块乏一，采掰以用户为中心静 交互式图形环蟪，将豳标操作、菜单操作、鼠标点敷操律与交互式鞫形建模、 嵇粪计冀、磅磷显承、蕊佬设计、x 一￥鼗线黉处毽、结果分橱帮数瓣打颦等璐能 集藏程一起。 a d a m s v i e w 采用麓单的分艨方式完成建摸工作。袋用p a r a s o l i d 内核邀行 实 摹建摸，并提供了率寓的零 牛几翅辫形瘁、约束璐和力力矩库，并晟支持布 尔运算、支持f o r t r a n 7 7 和f o r t r a n 9 0 中的函数。除此之外，还提供了丰 富的位移函数、速凄函数、热逮壤蠡数、搂融嚣毅、祥条灏数、力办矩露数、 台力力矩黼数、数据元函数、若干用产子程序豳数菇及常盈和变爨等。 在a d a m s v i e w 中，用户剥建t a b l e e d i t o r ，可像援e x c e l 一样方攫地 编辑摸型数据，固对还提供了p l o tb r o w s e r 秘f u n c t i o nb u i l d e r 工具 觎。d s ( 设计研究) 、d o e ( 实验设计) 及o 蹦m i z e ( 优化) 功能可使用户方便地进 行挠化工律。a d a m s v i e w 窬自氐的商缎编程谮篱，支持命令行输 命夸和e ” 语言，有率富的宏命令珏及快捷方便的闰栎、菜举嗣对话框刨建和修改工其包， 嚣强矮有在线帮韵功能。 a d a m s v ：i e # 耨舨聚耀了改进醵秘蕊熬线嚣露翻，靛够霞潮一嚣蜀痰可以舞 步显示模型的动画和艘线图；具有丰富的二维碰撞剁，用户可以对舆有摩擦的 二臻点一曲线、圆一曲线、平碰曲线、以及曲线一曲线、实伟一实体等碰撞 副自动定义接触力；具有新型数据库图形盥示功能，能够在同一阁膨窗口内馒 示模型薛掭挣结构，造撵菜一梅俘或约束( 运动黼黢力) 舞撬示与就瑗耀关麴垒 部数裾；爨番快速绘弱功齄，绘黼速度跫藤敝本的2 8 倍隘l ：；采鞠合理豹数攥 斌淡溪r 太学颈士学位论文 库簿向器，可甄在一次作业中稠用一个名称过滤器修改尉名称中多个对象豹 属性，便于修改菜一个数摆瘁瓣象的名拣及其落嘲疼窑；典鸯携确麓儿弼定位 功能，可班在到建搂避熬过程中竣入对象豹坐括、糖确熄控铡对象约位置；参 手中平台上采用统一的用户界面、提供合理的软件文档；支持i n t e lw i n d o w sn t 平台的快速黼形加速卡，确保a d a m s v i e w 的用户酉戳利用离健能o p e b g l 图形 卡提高软件的性能；命令行可以自动记漾备种操作命令，进行自动检查。 ( 2 ) 求解器模块( a a 漆s o l v e r ) a d a m s s o l v e r 怒a d a m s 系捌产晶熬棱心模块之一，怒a g a r s 产器系列巾处 予心脏地搜姻仿真器。该软件魍动形成机械系统模型的动力学方积，提供静力 学、运动学骊动力学的解算结柴。a d a m s s o l v e r 商套种建模和求辩选项，跌便 精确有效地解决各种工程应用问灏。 a d a m s s o l v e r 珂以辩目体霸洋萑体避行仿囊薪巍。为了避行裔羧嚣势橱鞫 控制系统研究，用户除要求软俘输出键移、速囊、翱速度帮鸯船，还筲要求镤 块瓣如用户囊爨定义豹数据。用户哥以通过运动副、运动激嫩，麓副接触、用 户定义鲍予摆膨等添加不同的约裘。躁户网时可求艇运动副之间鲍俸用力剿反 作用力，或施加单点外力。 a d a m s s o l v e r 新敝中对校正功能涟乎亍了改滋，使褥积分器稚穆壤禚模黧酾 复杂程度自动凋整参数，仿真计算速度提离了3 。9 6 ；采用新的s 1 2 禚积分器 ( s t a b i l i z e di n d e x2i n t e r g r a t o r ) ，恕够渊避袋鼹遴动方程缀豹经移和遽 凄，照著增强积分嚣的鲁捧瞧，援裹复絷系统的解箨速壤；采用遁翅子鬃髅尊 元( 粱、村鬻、力场、弹簧一阻尼器) 的新算法，可摁高s 1 2 型积分嚣的求解精度 瓤鲁棒性；w 以将样条数据存储成独立文件使之管理更加方便，并髓s p l i n e 语 句适用于番种样条数据文件，样祭数掇文件子程序还支持用户定义的数据格式； 蠡旃丰富的约束麟掾褥 堡功能，在t r a n s i a t i o n a l 。r e v o l u t e ，h o o k s ， c y l i n d r i c a l ，s p h e r i c a l ，u n i v e r s a l 簿约束串霹窀冀吾耪瘁擦特性。 ( 3 ) 艨处理模块( a d a m s p o s t p r o c e s s o r ) m d i 公司j 开发的盾处理模块a d a m s p o s t p r o c e s s o r ，用米处理仿粪结果数攒、 显示仿真动阐等。既可以在a d a m s v i e w 环境中翅行，也可脱离该环境独立运行。 a d a m s p o s t p r o c e s s o r 的主簧特点楚，采用姨遮葛质爨鹩动画箍示，便于鼠 可视化角度深入理解设计方案的有效性：使餍褥姨援索结构，屡次清晰，并珂 按遴检索对象；其蠢事寒豹数掇 乍图、数掇处理及文 牛辘如功能：黑有灵活多 变鹣潜日风按，支持多密日蕊蕊分割显示及多页甄存锉；多视窗动砸与曲线缔 武汉理上人学硕士学位论文 莱孺步显示，辩谮录制藏电影文件；其有完备的魏线数据统计功能：如均值、 均方摄、校萤、辩率等 蹙有丰富鹩数据姓遴动能，畿够进行馥线的代数运算、 反向、偏置、缩放、编嫒和生成波黪图等；为光港消隐的黍体动画提供了更优 的内存餐理模式：强化了鳆线编辑工具栏琏熊：能支持摸态形状动画，模态形 状动画可记录的标准图形文件格式肖： g i f ，$ j p g ，$ b m p ，$ x p m ，$ a v i 等； 在弱期、分析名称、页数等方面增潮了图袭动强功能；可进行几何属性的细节 的动态演示。 a d a m s p o s t p r