基于carsim的线控转向仿真--Hwa机械建模和手力跟踪

最新推荐文章于 2025-05-20 09:45:32 发布

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一、Hwa机械建模

方向盘总成能够接收驾驶员转向指令和传递路感，其结构主要包括方向盘、路感模
拟电机及减速器、转角和转矩传感器等，简化结构如下图所示。

驾驶员通过方向盘施加驱动力矩，克服总成里的摩擦力，电机阻力，通过控制电机产生的阻力，便可以产生所谓的手感。因为线控转向里，方向盘跟路面没有直接关系，因此，驾驶员操纵方向盘的手感主要来源于电机产生的阻力矩。

根据牛顿第二定律对方向盘总成和电机进行建模

方向盘到转矩传感器部分模型：

$T_{sw}=J_{sw} \ddot{\theta}_{sw}+B_{sw}\dot{\theta }_{sw}+T_{mw}+T_{f}$

$T_{mw}=K_{c}(\theta_{sw}-\theta_{m}/g_{m})$

其中， $T_{sw}$ --驾驶员施加在方向盘总成上的力矩； $\theta _{sw}$ -- 方向盘转角； $\theta_{m}$ --路感电机转角； $g_{m}$ --路感电机减速器减速比，值为4； $T_{mw}$ --转矩传感器的力矩值，即方向盘阻力矩； $T_{f}$ --方向盘总成等效摩擦力矩，这里忽略不计； $J_{sw}$ --方向盘转动惯量,0.026kg.m2； $B_{sw}$ --方向盘阻尼系数,0.357N.m.s/rad；Kc--转向柱扭转刚度，128N.m/rad；

转矩传感器至路感电机部分模型：

$T_{m}=J_{m}\ddot{\theta}_{m}+B_{m}\dot{\theta}_{m}+T_{mw}/g_{m}$

其中， $T_{m}$ 为路感电机电磁力矩； $J_{m}$ $B_{m}$ 分别为路感电机的转动惯量和转动阻尼系数,值分别为0.00052kg .m2 , 0.00009N.m.s/rad。

其中， $\theta_{m}$ 和 $\theta_{sw}$ 又满足传动比倍数关系；路感电机参考扭矩Tref到电磁扭矩Tm的模型仍用一阶惯性环节来模拟。

二、根据微分方程建立Simulink模型

如下图所示，输入为Tsw,驾驶员操作扭矩，这部分只能视为干扰，不可测，未知，无规律；Tmref为给路感电机的请求力矩；输出为Tmw,转矩传感器的力矩值，theta_sw为方向盘转角。

手力跟踪想要实现的功能是：设计一个控制器，产生一个Tmref，使得输出Tmw能够跟随目标力矩Tref，同时，对于驾驶员的不规则干扰输入影响下，Tmw仍需跟随Tref。

驾驶员模块我们可以用一个不那么准确的pid系统模拟人打方向的过程，假想我们开车时，想打到一个目标角度，然后手左修右修的样子。

三、仿真

我们先设定一个目标手力规则，即与实际方向盘转角成反比。运行仿真如下：

四、参考论文

1、线控转向系统理想传动比和前轮转角控制策略研究 -- 方向盘建模

2、乘用车线控转向系统建模与控制策略研究 --目标力矩仿真模型

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