關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向建模優(yōu)化設(shè)計(jì)

許棟鵬

摘 要：對(duì)于汽車(chē)的整體性能影響最大的就是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它對(duì)汽車(chē)的穩(wěn)定性和安全性都有著至關(guān)重要的作用。對(duì)此就需要我們能夠?qū)D(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)而找到相應(yīng)的措施進(jìn)行建模優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng);性能分析;優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，其電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是對(duì)其構(gòu)成以及原理進(jìn)行分析，并參照數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的構(gòu)建，并且在此基礎(chǔ)上對(duì)其系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、相關(guān)參數(shù)等等進(jìn)行分析，找出可能受到影響的因素，進(jìn)行對(duì)此來(lái)對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化，讓其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和整體的安全性能有大幅度的提高。

1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述

總的來(lái)看，如今電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)越來(lái)越受人們的歡迎，它不同于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。整體性能上都要比液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加高，比如：轉(zhuǎn)向特性;節(jié)能;環(huán)保;穩(wěn)定性以及安全性等等。并且它還在其基礎(chǔ)上采用了助力電動(dòng)機(jī)和減速結(jié)構(gòu)，能讓整體的轉(zhuǎn)向性能有了很大的提升。如今，助力電機(jī)的很多參數(shù)都對(duì)其汽車(chē)的性能都有一定的影響，需要我們能夠根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行分析研究，以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行多重考慮，進(jìn)而讓整體的系統(tǒng)能夠有更好的依據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。在模型的建立過(guò)程中，通常用的是Matlab模型、simulink模型等等進(jìn)行聯(lián)合構(gòu)建，這樣能夠更加有針對(duì)性的進(jìn)行相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)性能的影響分析。

2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模

2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和工作原理

在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中有很多種助力方式，比如：轉(zhuǎn)向軸助力式、齒條助力式、小齒輪助力式等等。而轉(zhuǎn)向軸助力式最為常見(jiàn)，該系統(tǒng)在組成上也比較經(jīng)典，主要有轉(zhuǎn)向盤(pán)、傳感器、減速機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器等等，其中傳感器里包括車(chē)速傳感器和扭矩傳感器。在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，需要轉(zhuǎn)矩傳感器能夠在信號(hào)的推動(dòng)下傳送到電子控制單元上，利用控制系統(tǒng)對(duì)其助力電機(jī)進(jìn)行力矩的輸出，這樣再與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器結(jié)合在一起最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

2.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模

在建模過(guò)程中，通常要對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行一定的計(jì)算分析，這樣才能保證整體的模塊能夠更加精準(zhǔn)。獨(dú)立模塊一般都是分成了若干個(gè)，利用之間的關(guān)系進(jìn)行有機(jī)的連接。而模塊在進(jìn)行分類時(shí)，主要是分成三個(gè)，即電機(jī)模塊、控制器模塊、機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模塊。這幾個(gè)模塊的數(shù)學(xué)模型的建立就需要利用上述的幾種方法來(lái)進(jìn)行，進(jìn)而得出較好的動(dòng)力學(xué)方程。

2.3 MATLAB與Carsim聯(lián)合仿真模型

模型的建立不僅僅需要大量的數(shù)據(jù)支持，還需要我們能夠利用好當(dāng)前的構(gòu)建模型的方法進(jìn)行仿真模型的建立。它能夠讓整體的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型變得更加生動(dòng)形象化，方便大家能夠更好的進(jìn)行系統(tǒng)的替換。利用Matlab/Simulink模型和CarSim整車(chē)模型進(jìn)行一定的有效結(jié)合，能夠讓整個(gè)系統(tǒng)在此過(guò)程中更好的進(jìn)行替換，所接收的信號(hào)都可以為聯(lián)合仿真模型提供有效的依據(jù)，進(jìn)而為其操作實(shí)施做好準(zhǔn)備。

3 汽車(chē)性能分析

3.1 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響

在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量方面，通常是在兩方面進(jìn)行分析的，即時(shí)域響應(yīng)和頻域響應(yīng)。它們結(jié)合當(dāng)前其減速機(jī)構(gòu)等因素和汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各項(xiàng)性能進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而對(duì)其汽車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行總結(jié)，確定其質(zhì)心側(cè)偏角、前輪轉(zhuǎn)角等等。其具體參數(shù)直接反應(yīng)了汽車(chē)的穩(wěn)定性和安全性，進(jìn)而對(duì)側(cè)偏以及側(cè)滑強(qiáng)度分析確定其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏性。進(jìn)而對(duì)其確保其因素結(jié)果分析出對(duì)其轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的影響。最后，在進(jìn)行仿真模型構(gòu)建時(shí)，其仿真結(jié)果也可以得出一定的結(jié)論。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大的時(shí)候，橫擺角速度以及對(duì)應(yīng)的超調(diào)量都會(huì)在一定程度上增大，進(jìn)而其穩(wěn)定性也會(huì)因此受到影響，相對(duì)變差。側(cè)偏情況相對(duì)會(huì)好一點(diǎn)，轉(zhuǎn)向靈敏性也會(huì)因?yàn)槠湔鹗幒拖鄳?yīng)延遲慢慢變差。

3.2 減速機(jī)構(gòu)減速比對(duì)汽車(chē)性能的影響

在減速機(jī)構(gòu)方面，助力電機(jī)和轉(zhuǎn)向軸就是通過(guò)減速機(jī)構(gòu)連接到一起的，減速比在一定程度上決定了助力力矩的大小，并且是成正比的。盡管它使轉(zhuǎn)向變得輕便，但是對(duì)汽車(chē)其他性能來(lái)說(shuō)卻有了一定的影響。我們需要采集多組減速比進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)行將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的對(duì)比，進(jìn)而得出相應(yīng)的響應(yīng)曲線，得出其汽車(chē)狀態(tài)受減速機(jī)構(gòu)減速比的影響情況。根據(jù)仿真模型情況來(lái)看，減速機(jī)構(gòu)減速比變大的話，就會(huì)使橫擺角速度隨之提前，相應(yīng)也因此加快，最終影響其轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。與此同時(shí)，質(zhì)心偏向角也因此導(dǎo)致側(cè)偏情況嚴(yán)重，在一定程度上使其危險(xiǎn)性大大增加。因此，為了讓汽車(chē)的相應(yīng)情況能有所改變，就需要對(duì)其相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行一定的優(yōu)化，進(jìn)而使汽車(chē)的整體性能有大幅度提升。

4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)上述內(nèi)容分析我們可以知道，要想讓電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠提供更好的安全性和穩(wěn)定性，就需要能夠根據(jù)其相關(guān)因素的影響來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化過(guò)程通常是在約束以及優(yōu)化函數(shù)上進(jìn)行優(yōu)化，一般利用開(kāi)環(huán)方差均方根來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性

根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)分析我們可以得出對(duì)應(yīng)的特征方程，這樣方程中就隱含了我們所需的系統(tǒng)穩(wěn)定所需要的條件。它在一定程度上為我們之后的系統(tǒng)優(yōu)化提供了極大地便利。

4.2 系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

要想讓系統(tǒng)參數(shù)能夠得以優(yōu)化，就需要我們相關(guān)的技術(shù)人員能夠利用合適的評(píng)價(jià)方法來(lái)對(duì)汽車(chē)相應(yīng)的好壞進(jìn)行全面的分析，目前我們使用的是開(kāi)環(huán)方差評(píng)價(jià)。它是由郭孔輝提出的，它所說(shuō)的就是在階躍輸入狀態(tài)下，對(duì)其響應(yīng)瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的分析。并且也能夠根據(jù)這些內(nèi)容產(chǎn)生一定的影響。要想讓汽車(chē)穩(wěn)定性能有所提高，就需要其評(píng)價(jià)的開(kāi)環(huán)方差足夠低。得出的開(kāi)環(huán)方差需要進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)其均方根值進(jìn)行一定的計(jì)算，讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為基礎(chǔ)，在確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性的前提下，進(jìn)行電力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化。主要利用遺傳算法來(lái)進(jìn)行，這樣能夠讓最終得出的數(shù)據(jù)更加精確，讓整體的優(yōu)化達(dá)到最佳。因此，我們可以得知，優(yōu)化的系統(tǒng)與之前相比很多參數(shù)都發(fā)生了一定的變化，比如：橫擺角速度在不同車(chē)速下對(duì)其汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的影響大大降低，其開(kāi)均方差數(shù)也隨之減小。

5 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，它們?cè)谝欢ǔ潭壬隙家馕吨?chē)的整體性能在大大提高，對(duì)其減速機(jī)構(gòu)減速比、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等等都有很大程度的提高。因此，對(duì)其電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化十分重要。

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