基于虚拟样机的汽车冗余转向系统联合仿真

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.11.013

摘要/Abstract

摘要：

针对冗余转向系统设计周期长、成本高的问题，提出了利用多体动力学软件ADAMS和控制仿真软件Simulink联合建立冗余转向系统虚拟样机系统的方法。在分析齿轮齿条动力学的基础上建立了转向系统动力学模型，基于Simulink建立冗余转向系统的控制模型，并在Simulink中搭建了联合仿真模型，利用该虚拟样机系统对设计的冗余转向系统进行助力性能仿真。通过仿真和试验验证，设计的冗余转向系统具有良好的助力性能且具有一定容错性，满足转向系统的使用要求；联合仿真所得数据和试验误差在5%以内，联合仿真的方法可行。

关键词: 冗余转向, 虚拟样机, 助力特性, 联合仿真

Abstract:

For the problem of long design cycle and high cost of redundant steering system， a method of virtual prototype system of redundant steering system is proposed by using multi-body dynamics software ADAMS and control simulation software Simulink. The dynamics model of steering system is established based on the analysis of rack and pinion dynamics. The control model of redundant steering system is established based on Simulink， and the co-simulation model is built by Simulink. The virtual prototype system is used to simulate the power assist performance of the redundant steering system. Through simulation and experiment， the designed redundant steering system has good power performance and fault tolerance， and meets the requirements of the steering system. The error of the co-simulation data and the test is within 5%， which proves the method of co-simulation is feasible.

Key words: redundant steering, virtual prototype, assist characteristics, co-simulation

张博,杨文志,芦勇. 基于虚拟样机的汽车冗余转向系统联合仿真[J]. 汽车工程, 2022, 44(11): 1755-1762.

Bo Zhang,Wenzhi Yang,Yong Lu. Co-simulation of Vehicle Redundant Steering System Based on Virtual Prototype[J]. Automotive Engineering, 2022, 44(11): 1755-1762.

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参考文献 14

1	赵万忠，徐晓宏，赵婷，等. 新型汽车动力转向技术发展综述［J］. 汽车工程学报， 2012，2（6）：393-399.
	ZHAO W Z， XU X H， ZHAO T， et al. Review on theory and development of current automotive power steering system［J］. Chinese of Journal Automotive Engineering， 2012，2（6）：393-399.
2	邓召文，余思家，高亮，等. 基于虚拟样机的赛车操纵稳定性分析［J］. 机械设计， 2021，38（9）：87-92.
	DENG Z W， YU S J， GAO L， et al. Analysis on handling stability of racing cars based on the virtual prototype［J］. Journal of Machine Design， 2021，38（9）：87-92.
3	ZOU S C， ZHAO W Z. Synchronization and stability control of dual-motor intelligent steer-by-wire vehicle science direct［J］. Mechanical Systems and Signal Processing， 145.
4	路怀华，于德介，吕辉. 基于响应面法的汽车转向系统可靠性优化［J］. 汽车工程， 2015，37（1）：102-106.
	LU H H， YU D J， LV H. Reliability optimization of vehicle steering system based on response surface method［J］. Automotive Engineering， 2015，37（1）：102-106.
5	刘芳，韩杰，曹娇娇，等. 电动助力转向系统精细化建模与验证［J］. 机械设计与研究， 2021，37（5）：173-179.
	LIU F， HAN J， CAO J J， et al. Fine modeling and verification of electric power steering system［J］.Machine Design & Research， 2021， 37（5）：173-179.
6	刘亚辉，季学武. 汽车动力转向系统可变助力特性的设计［J］. 汽车工程， 2010，32（3）：238-243.
	LIU Y H， JI X W. Design of variable assist characteristic of automotive power steering system［J］. Automotive Engineering，2010，32（3）：238-243.
7	HUANG Y， WANG H. Torque balance of dual-motor driven system based on equivalent switching variable structure sliding mode control［C］. 2020 23rd International Conference on Electrical Machines and Systems， 2020.
8	商显赫，林幕义，童亮，等. 基于Dspace轻型货车EPS系统控制策略研究［J］. 机械设计与制造，2022，372（2）：139-142.
	SHANG X H， LIN M Y， TONG L， et al. Research on control strategy of EPS system for light truck based on Dspace［J］. Machinery Design & Manufacture， 2022，372（2）：139-142.
9	雷娜，常玉连，边城，等. 齿轮齿条钻机起升系统啮合特性分析［J］. 机械传动， 2015，39（11）：106-109.
	LEI N， CHANG Y L， BIAN C， et al. Meshing characteristic analysis of the gear rack drilling rig hoisting system［J］. Journal of Mechanical Transmission， 2015，39（11）：106-109.
10	李耀华，冯乾隆，张洋森，等. 商用车全车质量EPS系统助力特性仿真分析［J］. 汽车工程， 2019， 41（4）： 432-439.
	LI Y H， FENG Q L， ZHANG Y S， et al. A simulation study on power assisting characteristics of full range vehicel mass EPS system for commercial vehuicles［J］. Automotive Engineering， 2019， 41（4）： 432-439.
11	李伟健，陈吉清，兰凤崇，等. 汽车电动助力转向的机电耦合系统开发［J］. 机械设计， 2020，37（5）：8-14.
	LI W J， CHEN J Q， LAN F C， et al. Exploitation of the el-ectromechanical coupling system for automobile electric power-assisted steering［J］. Journal of Machine Design， 2020，37（5）：8-14.
12	郑建荣. ADAMS虚拟样机技术入门与提高［Ｍ］. 北京：机械工业出版社， 2002.
	ZHENG J R. Introduction and improvement of virtual prototype technology based on ADAMS［M］. Beijing：Mechanical Industry Press， 2002.
13	徐广飞，逄焕晓，陈美舟，等. 拖拉机电液耦合转向试验平台设计与硬件在环试验［J］. 农业机械学报， 2020， 51（S1）： 525-534， 549.
	XU G F， PANG H X， CHEN M Z， et al. Design of hardware in loop tractor electro-hydraulic coupling steering test platform［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2020， 51（S1）： 525-534， 549.
14	陈国迎，何磊，宗长富，等. 基于电动伺服系统的转向试验台阻力加载策略的研究［J］. 汽车工程， 2018， 40（2）.
	CHEN G Y， HE L， ZONG C F， et al. A research on the resistance loading strategy for steering test bench based on motor servo system［J］. Automotive Engineering， 2018， 40（2）.

参数	数值
中心距a	18 mm
齿条行程l	160 mm
线角传动比i	57 mm·rev^-1
轴交错角∑	22°
压力角α_n	20°
法向模数m_n	2

转向状态	试验值/（N·m）	仿真值/（N·m）	误差/%
左转	2.58	2.462 5	4.55
右转	2.53	2.412 8	4.63

[1]	王庞伟,刘程,汪云峰,张名芳. 面向城市道路的智能网联汽车多车道轨迹优化方法[J]. 汽车工程, 2024, 46(2): 241-252.
[2]	孙晓强, 王玉麟, 胡伟伟, 蔡英凤, 陈龙, Wong Pak Kin. 基于轮胎分段仿射辨识模型的车辆行驶状态估计策略研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(7): 1212-1221.
[3]	胡耘浩,李克强,向云丰,石佳,罗禹贡. 智能网联汽车通用跨平台实时仿真系统架构及应用[J]. 汽车工程, 2023, 45(3): 372-381.
[4]	常九健,张煜帆. 基于EMB的纯电动汽车制动能量回收优化控制策略研究[J]. 汽车工程, 2022, 44(1): 64-72.
[5]	王宏朝, 单希壮, 杨志刚. 矩阵风扇冷却系统模糊控制的研究^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(3): 345-352.
[6]	刘志强, 刘广. 分布式驱动电动汽车稳定性控制仿真与试验[J]. 汽车工程, 2019, 41(7): 792-799.
[7]	李耀华, 冯乾隆, 张洋森, 南友飞, 欧鹏飞. 商用车全车质量EPS系统助力特性仿真分析^*[J]. 汽车工程, 2019, 41(4): 432-439.
[8]	袁侠义, 陈林, 黎帅, 王文源. 汽车侧风稳定性的仿真与评价^*[J]. 汽车工程, 2019, 41(11): 1286-1293.
[9]	郝胜强,罗培培,席军强. 基于稳态卡尔曼滤波的车辆质量与道路坡度估计^*[J]. 汽车工程, 2018, 40(9): 1062-1067.
[10]	王洪亮, 彭湃, 谷文豪. 基于逻辑门限控制的EPB坡道起步仿真与试验研究^*[J]. 汽车工程, 2018, 40(11): 1302-1307.