电子转向系统结构与特性研究

电子转向系统(Steering-by-Wire System，SBW)是指取消了转向系统的所有机械传动和连接，而将驾驶员的转向操作与转向车轮之间通过电线及控制器连接，由驾驶员发出转向指令，控制器根据驾驶员指令、车辆状态和路面状况确定前轮转角，从而实现转向过程智能控制的转向系统。它是目前汽车转向领域的新兴技术，世界上许多汽车生产厂商和设计公司均对SBW进行了积极的研究和开发。 本文在对SBW国内外发展状况进行调研的基础上，对SBW的硬件结构、性能特点、硬件选择要求与标准、支撑理论等进行了分析，认为：与传统转向系统相比，SBW在汽车总布置设计、车辆转向响应特性、车辆安全性、车辆操纵稳定性及燃油经济性等方面均具有更好的性能，是未来汽车转向系统的发展方向，具有较好的发展和应用前景。 本文建立了SBW的力特性模型，推导出力特性传递函数，对建立的力特性模型仿真分析后进行了性能优化，并设计了校正补偿器，仿真计算结果表明：校正后的SBW力特性传递模型与传统转向系统相比，SBW具有更好的快速响应特性和系统稳定性；SBW与传统转向系统的方向盘力矩阶跃响应具有较为相似的增益，由此可以认为两者具有较为接近的路面“路感”信息，SBW的振荡次数较少，比传统转向系统更加容易实现收敛。本文还对理想传动比的影响因素进行了研究，应用模糊控制方法建立了模糊控制的SBW理想传动比模型，建立的模糊控制理想传动比模型在转向运动时与车辆行驶速度及方向盘转角相关联，使模型的建立及考虑的因素更加合理，能较好的反映电子转向系统传动比与各影响因素之间的关系；建立的基于神经网络的车辆前轮转角辨识控制器的系统误差较小，具有较好的学习逼近能力。