从光好;刘彦琳;赵林峰
【摘 要】线控转向(steer-by-wire,SBW)系统由于取消了转向盘与转向轮之间的部分机械连接,需要对路感进行模拟设计.文章通过分析路感的影响因素,对路感进行了设计;基于LabVIEW PXI平台搭建了线控转向系统路感模拟硬件在环仿真平台,选取双纽线试验和中心区特性试验进行了硬件在环仿真试验.试验结果表明,该文提出的路感模拟方法能够给驾驶员提供良好的路感,满足汽车低速行驶时转向轻便和高速行驶时路感清晰的要求,搭建的硬件在环仿真平台可以方便地用于线控转向系统的研发. 【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(041)011
【总页数】5页(P1479-1483)
【关键词】线控转向(SBW);路感;硬件在环;仿真平台
【作 者】从光好;刘彦琳;赵林峰
【作者单位】合肥工业大学汽车与交通工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学汽车与交通工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学汽车与交通工程学院,安徽合肥 230009
【正文语种】中 文
【中图分类】U463.4
0 引 言
线控转向(steer-by-wire,SBW)系统是继电动助力转向系统之后出现的一种新型转向系统,它取消了转向盘与转向轮之间的部分机械连接,转向特性的设计更加自由,有利于进一步提升汽车的操纵性和稳定性[1-2]。但是也导致汽车转向阻力矩无法直接反馈给驾驶员,因此有必要对路感进行模拟设计,以提供驾驶员舒适的转向路感。 目前,路感模拟方法主要有以下2种:
(1) 动力学计算法。通过轮胎侧向力和拖距等参数计算轮胎回正力矩[3-4],或者在动力学模
型的基础上建立观测器[5-6]对路感进行模拟。但是因为整车结构非常复杂,并且汽车行驶过程中很难获得汽车动态参数,所以在路感模拟准确性方面存在研究难点。
(2) 函数拟合法。利用路感是模拟生成的特点,将转向盘力矩设计成包含车速、汽车运动状态或路面附着系数等信息的函数[7]。用这种方法设计的路感可以充分反映汽车运动状态和路面信息,发挥SBW系统的优势。
此外,在SBW系统研发的过程中需要进行大量的实车试验,导致开发周期过长,耗费大量的人力和财力。目前,国内外各大高校和科研机构正在积极投入对SBW系统硬件在环仿真平台的开发[8-9],以缩短开发周期,节约开发成本。
本文从线控转向汽车路感可以根据驾驶员的需求自由设计的角度出发,在分析路感影响因素的基础上提出了低速和中高速行驶工况下的转向盘力矩模型;并基于LabVIEW PXI平台搭建了SBW系统路感模拟硬件在环仿真平台,对路感电机进行闭环控制,从而实现路感模拟。 1 SBW系统建模
SBW系统的结构如图1所示,主要包括转向盘总成和转向执行总成2个部分。本节将根据其
结构,建立SBW系统的动力学模型。
图1 SBW系统结构
1.1 转向盘总成
膨胀水箱设计
(1) 转向盘至转矩传感器模型。模型如下:
(1)
其中,Tsw为驾驶员输入力矩大小;Jsw为转向盘转动惯量;Bsw为转向盘阻尼系数;θsw为转向盘转角；Kc为球向柱扭刚度；θm为路感电机转角;gm为路感电机减速器减速比;Tfric为转向盘总成等效摩擦力矩大小。
(2) 路感电机模型。模型如下：
(2)
路感电机采用直流有刷电机,其电学平衡方程为:
(3)
电机电磁力矩为:
Tm=ktIa
(4)
其中,Tm为路感电机电磁力矩大小;Jm为路感电机转动惯量;Bm为路感电机阻尼系数;Ua为路感电机电压;Ra为路感电机电阻;Ia为路感电机电流;La为路感电机电感;ke为路感电机反电动势系数;kt为路感电机电磁力矩系数。
1.2 转向执行总成
rs232 ttl(1) 转向电机模型。模型如下：
(5)
转向电机采用直流有刷电机,其电学平衡方程为:
(6)
室内天麻种植技术电机电磁力矩为：
Tfm=kftIfa
(7)
其中,Tfm为转向电机电磁力矩大小;Jfm为转向电机转动惯量;B为转向电机阻尼系数;θfm为转向电机转角;Kfc为转向执行总成扭转刚度;gfm为转向电机减速器减速比;xr为齿条位移;rp为小齿轮分度圆半径;Ufa为转向电机电压;Rfa为转向电机电阻;Ifa为转向电机电流;Lfa为转向电机电感;kfe为转向电机反电动势系数;kft为转向电机电磁力矩系数。
(2) 齿轮齿条转向器模型。模型如下：
(8)
(9)
葡萄酒电动开瓶器其中,mr为齿轮齿条质量;Br为齿轮齿条阻尼系数;Frack为等效到齿条上的阻力;Tfzl和Tfzr分别为左前轮和右前轮主销回正力矩大小;lfl和lfr分别为左前轮和右前轮转向摇臂长度。
2 SBW系统路感设计
路感,即汽车行驶过程中驾驶员感受到的来自转向盘上的力矩。在转向过程中，只有准确地掌握汽车的行驶状况,才能有把握地操纵汽车[10],因此良好的路感不仅需要改善驾驶员的转向舒适性,还需要反映汽车当前的行驶状况。
在相关标准和文献中[7,10-11],通常认为车速、转向盘转角、侧向加速度与路感之间存在密切联系。本文在路感设计时,做了如下考虑:
(1) 汽车在低速行驶工况下,侧向加速度的变化率较小,驾驶员对侧向加速度变化的感知比较模糊,而对转向盘转角变化的感知却很清晰,此时应重点考虑转向盘转角和车速对路感的影响。
(2) 汽车在中高速行驶工况下,较小的转向盘转角就能引起较大的侧向加速度,驾驶员对转向盘转角变化的感知比较模糊,而对侧向加速度变化的感知很清晰,此时应重点考虑侧向加速度
和车速对路感的影响。
(3) 摩擦力矩作为系统的固有特性不可忽略,在SBW系统中驾驶员能够直接感受到的摩擦力矩只来源于转向盘总成。
经上述分析,分别建立低速和中高速行驶工况下的转向盘力矩模型为:
Tdl=(a1v+b1)(1-e-c1θsw)+Tfric毛豆剥壳机
(10)
Tdh=(a2v+b2)(1-e-c2ay)+Tfric
(11)肉模
其中,Tdl为低速行驶工况下的转向盘力矩大小;Tdh为中高速行驶工况下的转向盘力矩大小;v为车速;θsw为转向盘转角;ay为侧向加速度;Tfric为转向盘总成的摩擦力矩大小;系数a1、b1、c1、a2、b2、c2均为大于0的常数,通过硬件在环仿真试验对其进行调整,以获取最佳的路感。
低速和中高速行驶工况下转向盘力矩Td的MAP图如图2所示。
图2 低速、中高速行驶工况下转向盘力矩MAP图
