研究主动转向系统的性能

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1、KSME国际期刊 ,17 号 9 卷,1261 - 1267 年,1261 页键入文字 1261 研究主动转向系统的性能Y. H . XU1), 2)* and M. AHMADIAN2) 1） 汽车工程，西华大学，成都610039，中国 2）弗吉尼亚理工学院和州立大学，VA24060， USA学院(2012 年 4 月收到， 2012 年 7 月 25 日修订 ;2012 年 12 月 16 日接受 ) ABSTRACT-The 配备了主动前轮转向(AFS) 设备转向系统性能，考虑AFS 干预和拟议的动态模型。首先，基于AFS 与行星齿轮组和详细的动态模型的机制说明了运动学和动力学分析原子荧

2、光光谱法。此外，提出了对电压的直流电机在 AFS 致动器的基本控制。它是由比例控制器实现的输入是理想转向传动比与传统的齿轮比的区别。 最后，两个数值模拟进行， 其中一个是中心处理考试来证明原子荧光光谱法的基本特征， 另一个模拟是显示车速、转向输入和AFS 干预转向系统的性能对频率的影响。 “AFS 干预”对方向盘转向和转动的舒适性有一定程度的影响。关键词： AFS ，动力，性能 AFS ，控制策略，仿真1. 引言车辆转向系统由主动转向对车辆驱动性能和稳定车辆等起到一定重要的作用。主动转向系统是新开发的转向系统，变速齿轮比(VGR) 技术。这是通过使用方向盘角的电控制的叠加由驾驶员的意图来实现。

3、齿轮比率或传统转向系统转向比例是恒定的。在此基础，路方向盘的旋转角度与方向盘输入增益不会发生变化。但转向比应是汽车行驶速度的功能。在低转速，舒适是比稳定更重要。 所以增益高价值需要和允许机动小转向输入，省去了在手臂转动手臂对车辆的驱动程序。 但高增益的价值是不可取的高速驾驶因为轻微方向盘扰动可以诱导大侧方运动时的车辆。在这种情况， 应该减少的增益值来避免这些问题和稳定车辆。虽然利用原子荧光光谱法在车辆转向系统有许多优点，应重点原子荧光光谱法研究的转向系统性能的影响。 车辆转向系统的评价可能归类在转向灵敏度、稳KSME国际期刊 ,17 号 9 卷,1261 - 1267 年,1261 页键入文字

4、 1261 定性、 准确性和舒适性。原子荧光光谱法是有能力的可变齿轮比，因为它将可取获得转向路感无论在性能的原子荧光光谱法研究齿轮比的变化。即使利用原子荧光光谱法提高车辆的稳定性有很多文献，美国战地服务团的性能不分析， 或进行了详细分析。 本文的动机集中在两个点。 一是研究的转向通过拟议的动态模型的转向系统与原子荧光光谱法的AFS系统的动态性能。其二，说明原子荧光光谱法对由于AFS 干预转向路感的影响。本文由以下组织。第2 节中，提出了一种简要综述了原子荧光光谱法和转向系统的评价。第3 节中，分析了原子荧光光谱法与行星齿轮组的应用机理。然后，拟为第4 节中的 AFS 的性能进一步研究AFS 运

5、动学和转向系统与原子荧光光谱法的动态模型。 在此基础， 比例控制策略是第5 节中给出了在AFS 干预提供了额外的角度。 最后，进行数值模拟验证动态模型的转向系统与原子荧光光谱法和获得美国战地服务团干预影响转向感觉第6 条。2.文献综述AFS的主要特征是能够沿车辆速度可变传动比的。在此基础上，许多研究人员支付他们的注意AFS对改善车辆的操控性和稳定性的应用。有对于使用的AFS的开发了各种控制策略。在这方面，许多研究人员已经考虑主动转向系统和主动制动控制器的集成， 以提高车辆的操控 （Nagai等人，2002 年，Balamili 等，2011 年） 。 在严重的机动，车辆的横向稳定性是紧密结合的

6、横摆率和侧滑角相连。两个动态参数通常被选择作为将被提供控制策略和矫正力矩的输入（Zhang等，2008 年 a） 。在紧急机动，直接横摆力矩控制（ DYC ）被认为是改善车辆稳定性有希望的工具。然而， DYC将是难以有效在某些情况下，因为车辆的轮胎不能提供的纵向力或制动力尽可能（丁和塔赫里，2010） 。当使用主动转向，附加转向将适用于产生所需的横摆力矩。这是通过附加的转向角的主动调整来实现。因此，一体化底盘控制或统一底盘控制是基于AFS的发展。结果表明，这些提出的集成控制逻辑可以提高车辆的性能（Hwang等，2008; Yim等，2010） 。转向感觉研究是转向系统的发展是非常重要的，无论A

7、FS或传统的转向系统。描述有关如何评估，并获得合适的转向感觉的方法（Zhang 等人， 2008年 b） 。客观指标和主观评分之间的链接定性和定量鉴定。研究调查伺服马达基KSME国际期刊 ,17 号 9 卷,1261 - 1267 年,1261 页键入文字 1261 于转向系统用于改善车辆横向的响应，以及减少驾驶员转向力（Ancha 等人，2007） 。为了量化方向盘扭矩，一个弹簧质量阻尼系统呈现（金，2011 年） 。通过使用该系统，方向盘扭矩和车辆响应的特性，可以很容易地与参数，如那些用于弹簧和阻尼客体。另一方面，许多研究注意的人机界面，因为它是对车辆安全的主要因素。 由 ARM 模式的应

8、用， 手臂的运动方向盘柱角度的转向操作过程中的影响进行了研究（德，2005 年） 。在每个关节的扭矩使用手臂动态模型计算来评估驾驶者的转向力度。仿真模型用于研究的转向反应和方向盘扭矩与改变一些车辆和转向系统参数上显示方向盘扭矩和转向感觉的影响（普费弗等人，2008） 。提出了一种方法，通过使用转向行为和车辆运动测量时间历程车道改变期间评估基于转向特性车辆操纵质量（2008） 。由 HIL的应用程序和 SIL仿真建议改进 AFS系统的进行了（ 2009） 。在这项研究中， SIL和 HIL 仿真为 AFS详细的概念提出。转向系统的性能不仅受转向系统的基本参数，而且还通过转向连杆的几何形状。转向连

9、杆是乘用车所使用的最常见的转向系统。一种用于与一个四杆连杆优化转向系统的机制的方法被显影（2005） 。尝试已取得调查最佳尺寸的相对于基于转向期间最小化最大转向误差链路长度的变化的灵敏度（Hanzaki等人，2009） 。虽然积极的研究，已经为开发先进的转向系统进行，许多努力都集中在控制策略的发展。还有一点强调的AFS的性能。因此，有左为当前研究了许多挑战。第一个是短详细AFS的运动学和动力学。与AFS转向系统的动力学模型应该考虑转向系统的基本物理参数。由于AFS是手握方向盘和道路方向盘之间的机械连接的机械式转向系统，势必造成转向干涉时，AFS 转向过程中强烈干预。转向干预对转向的影响感觉或转

10、弯的努力是非常重要的，以评估舒适性和需要研究。最后， AFS是当与 DYC组合以稳定车辆的有效技术。然而，额外的转向角是通常基于在许多文献横摆率或侧滑角作为输入的控制策略的输出。实际上，它是由AFS执行器产生，它需要太多的关注AFS执行器或执行器对AFS的性能的影响。2. AFS机制图 1 给出了转向系统与AFS的图。它包括一个传统的机械模块和AFS的结KSME国际期刊 ,17 号 9 卷,1261 - 1267 年,1261 页键入文字 1261 构。传统的机械模块包括手握方向盘，转向柱，转向轴，齿条齿轮转向器和转向联动。在主动转向系统的主要结构是安装在转向柱的行星齿轮组。它包括两个太阳齿轮

11、，双端行星齿轮，行星齿轮架，一组蜗轮及其驱动装置和电动马达。转向输入栏的一端与太阳齿轮口相连，另一端与手方向盘相连。太阳齿轮二的法兰上的齿条和小齿轮转向齿轮。手握方向盘转向太阳轮我认为有三个双头行星齿轮的还搞太阳轮II 驱动转向齿条啮合。行星齿轮骑在其中可以由电动机通过一组蜗轮的驱动行星齿轮架。如果电动机不工作，行星载体将不被驱动，而不是沿其轴线旋转。因此，在手方向盘由驾驶员施加的扭矩将导致旋转和手方向盘角。在该转矩的作用下，旋转将引起恒星齿轮I，行星齿轮，太阳齿轮 II 和小齿轮沿着它们的轴线分别旋转。然后，沿其主销道路方向盘的旋转。主动转向系统可以通过控制电机的旋转来实现发挥了驾驶员的转向

12、角一个额外的角度。附加角是通过控制AFS马达来实现。简单，太阳齿轮的转动第二结果在太阳齿轮的旋转我引起手方向盘的运动，并且通过受控马达从动行星齿轮架中的AFS机制方面的旋转。图 1 3. AFS运动学和转向系统动力学4.1 AFS 的运动学由于在两个齿轮的啮合点的切向速度相对于载体是彼此相等，一个基本电路方程可以写为其中 i 和 j 是一齿轮对， k 是载体。链接 I，J和 k 构成的齿轮系。变速比的符号是正对的内齿轮对，负为外齿轮对。NJ ，i 是变速比，其等于齿轮齿的数量对KSME国际期刊 ,17 号 9 卷,1261 - 1267 年,1261 页键入文字 1261 于 j 到齿轮齿的对

13、于 i 的数目的比率。在图 1 中所示的行星齿轮组机构，太阳齿轮我作为输入链路，并与行星齿轮的一端啮合。行星齿轮由载体支撑并与恒星齿轮我在一端并在另一端太阳齿轮二啮合。太阳轮II 作为其从事其一端也行星齿轮在输出环节。所述载体也可被视为其通过转动关节连接到行星齿轮另一个输入链路。它形成了一个行星齿轮系。基本电路方程可以写为其中，为 c，H，i 的和g 分别太阳齿轮我，载体，行星齿轮和啮合恒星齿轮 II，的角速度。的 Ni，C，镍， g 分别在啮合齿轮齿数的比率。在那里， ZC ，ZG ，ZI1和 zi2 是啮合齿轮的齿数，分别。通过重写上述等式中，可以得出然后，角速度可由角度被取代，它产生了以

14、下在那里， G，C 和H 是在电路齿轮的旋转角度。蜗轮组的电路方程，其中， M 是一个与电动机连接的蜗杆开始的旋转角。即时是蜗轮组的变速比。因此，方程可导致它可以从该转向轴的输出角度是由两个部分的上述方程可以看出。一个是从转向柱的转动，另一种是从电动马达的旋转。它也表明与AFS的可变传动比的能力。旋转角度将随着电动机的施加的旋转而改变。这意味着，输出旋转角度可通过电动马达的旋转进行控制。KSME国际期刊 ,17 号 9 卷,1261 - 1267 年,1261 页键入文字 1261 4.2 转向与 AFS系统动力学如图 1 中所示，动态公式可从图中可以得出。 当考虑等效扭转刚度和手方向盘和行星

15、齿轮组的输入端之间的阻尼，动态方程可通过描绘在那里，是 Jh表示的手握方向盘组件旋转惯性力矩。BH 和的 Kh 是等价的扭转阻尼和刚度系数。小时，C是移交方向盘输入和太阳齿轮我在行星齿轮组的角度。个是从驾驶员的转向动作的输入扭矩。并且表示手方向盘和太阳齿轮 I 的角速度表示手方向盘的角加速度。当考虑等效扭转刚度和太阳齿轮II 和小齿轮之间的阻尼，动力学方程可以通过描那里， JG表示输出轴的等效转动惯性力矩。BG和公斤的等效扭转阻尼和刚度系数。G 和P 是输出轴的角度，并在齿条- 小齿轮组的小齿轮。Tg为行星齿轮组的输出扭矩。和表示输出轴和小齿轮的角速度。表示行星齿轮组的输出轴的角加速度。另一个

16、动态特性与使用电动马达来产生附加的角度。假设直流电动机被用于产生额外的旋转，电动马达的动力可表示式中，JM 是电机电枢轴的等效转动惯量。Bm 为等效阻尼系数。 和分别是角速度和加速度。Tm 和表示电机转矩和输出转矩到蜗轮组。通过使用电机的电磁转矩系数 Ka和电动机电流 Im，电机转矩在这里， 先生是机架的质量。 Cr 是齿条转向系统的连接杆的等效阻尼系数。神父表示力从啮合齿轮施加到机架。FYI和 FYR是的力从左侧和右侧路转向车轮转向拉杆如轮胎对准时刻。年，并描述齿条的位移，速度和加速度，分别。机架的位移和太阳齿轮二的旋转角度进行约束 P=年/ RP 。如果考虑到机架的等效刚度氪和转向系统的连接杆，KSME国际期刊 ,17 号 9 卷,1261 - 1267 年,1261 页键入文字 1261 另一公式描述是必需的连接杆的变形。它是在本文中被忽视的。在系统中，从行星齿轮组到小齿轮的输出转矩的Tg可以从行星齿轮组为以下的机理可以得出在齿条齿轮行动力可以用小齿轮半径RP如下表示在那里， FX1与 FX2表示纵向力作用在左，