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汽车电控电动助力转向系统的动态仿真分析

归档日期:04-23       文本归类:动态仿真      文章编辑:爱尚语录

  内容摘要:汽车EPS系统的关键技术之一就是具有良好的跟随性,即转向盘有转向输入时,系统中的各个元件(如电机等)及其他相关元件(如车轮等)均具有快速、协调和准确的响应性或随动性。对所要建立的实体进行结构分析后,利用SolidWorks进行几何建模,并利用宏录制其过程,建立宏文件。

  汽车EPS系统的关键技术之一就是具有良好的跟随性,即转向盘有转向输入时,系统中的各个元件(如电机等)及其他相关元件(如车轮等)均具有快速、协调和准确的响应性或随动性。其设计原则必须保证当在方向盘上输入一个偏转角位移时,下部输出轴要在直流电机的带动下,按照给定的输入角位移稳定、准确、快速地跟踪输入偏转角的位移。汽车EPS系统运动仿真面临着如何从该实物系统构造、简化物理模型,如何建立运动仿真数学模型以及图像处理和人机交互技术的实现。汽车EPS系统实物建模必须组织好所需数据及数据结构并与所需目标结合起来,为人机交互提供接口,从而实现由数据驱动的动画;人机交互技术通过实物建模和图像技术向用户提供控制输出画面的手段。传统的汽车EPS系统转向过程的显示,主要是通过转向系统进行理论分析计算,再将各主要参数以列表、曲线的方式显示;其缺点是转向系统的多种参数状态无法得到全面、直观地反映,增加了数据判读、确认的难度。如何自主开发出具有准确、形象、直观等优点的汽车转向过程可视化软件,已经是一个迫切需要解决的现实问题。

  由图1可知,EPS系统主要包括机械式转向机构、转向助力装置和电子控制系统三大部分。其工作原理是:驾驶员在操纵方向盘进行转向时,转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小,将电压信号输送到电子控制单元,电子控制单元根据转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等,向电动机控制器发出指令,使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩,从而产生辅助动力;汽车不转向时,电子控制单元不向电动机控制器发出指令,电动机不工作。

  在系统动态仿真过程中,当用户输入不同的条件时,系统都要重新进行数据的计算与集成,并生成新的模型。为了最大限度地实现对模型重用的支持,将系统实时动态仿线个互相关联的一级模块:①动态控制模块;②数据库管理模块;③系统仿线个模块组成的集成仿真环境能够较完整地描述EPS转向系统运动学和动力学特性。每一个子模块都集中反映了系统的某个方面或某种属性,针对任一个子模块进行的分析和计算的结果都会以某种形式映射到仿真结果中。仿线 汽车EPS系统动态仿线 动态控制模块

  目前,对于复杂三维实体的建模方法主要包括参数化实体建模技术、CAD实体建模技术、特征建模技术。为了使模型便于修改和重新生成,采用特征建模技术。特征建模技术是基于一组预定义特征,在系统内部预先形成特征库和特征分类,并组织成层次化的结构。先分块,再根据每一分块的几何控制参数建立起特征几何模型库,并编写相应的建模子程序,这样就可以建立整个系统的三维模型。====分页符====

  应用程序接口(API)是SolidWorks的对象的链接和嵌入(OLE)应用程序开发接口。用户可以通过SolidWorks API,并利用支持OLE编程的开发平台,如Viaual Basic、Delphi、VBA、C、Visual C++等对SolidWorks进行二次开发,建立起适用的、专用的SolidWork8功能模块,如生成和编辑草图、构造实体、检测曲面、实体表面相关参数等所需要的功能。

  Visual Basic 6.0是Microsoft公司推出的基于Windows环境的一种面向对象的可视化编程环境,自从面世以来一直以易学易懂、功能强大的特点得到广泛的应用。其强大的可视化用户界面设计,使程序员从复杂的界面设计中解脱出来。在VB中,可以像调用普通过程一样调用API函数,进而实现需要的功能。

  动态控制系统以数据库为中心,实现了仿真过程中不同模块之间的数据信息共享。它通过数据库中的数据交换,进行数据采集、存储或绘图,为用户提供了友好的仿真试验环境。仿真数据库的功能是存储和管理仿真所需要的各种格式的数据,包括机构参数数据、特征数据、仿真结果数据和其他数据,并建立相应的映射关系,无论对哪一类信息数据的操作都应该影响到模型对应的数据并能更新仿真模型。为了使整个数据系统便于保存和管理,数据库的管理活动除了常规的库操作以外,还支持数据到模型参数的检索,即保存数据和模型与其相关执行环境的关联信息,并提供检索支持。此外,数据库与结果分析和显示工具相结合,构成较完善的结果分析和显示支持环境,为用户提供了强有力的结果数据分析及显示的处理功能。

  汽车EPS系统实物建模需将所需数据与所需目标结合起来,为人机交互提供接口,从而实现计算数据结果驱动的动态仿真;采用图像处理技术对汽车EPS系统实物模型进行真实再现;交互技术通过实物建模和图像技术向用户提供控制输出画面的手段。为了实现图形的交互性,需要在对零件进行拓扑结构归类的基础上建立参数化模型,保证设计过程中几何拓扑关系一致;同时提取几何特征参数并进行用户化命名,建立几何信息和参数的对应机制,通过编辑参数直接修改几何实体,实现参数化设计。

  对所要建立的实体进行结构分析后,利用SolidWorks进行几何建模,并利用宏录制其过程,建立宏文件。具体步骤为:启动SolidWorks,新建零件;单击菜单[工具][宏][录制]命令;执行要录制的操作;操作结束后,保存。在SolidWorks中加载VB程序的具体步骤为:在工程主菜单中单击[文件]生成[*. exe],生成可执行文件,在弹出的对话框中,输入文件名后,单击[确定]按钮;打开SolidWorks,在[工具][宏]菜单下选择[新建]命令,输入宏文件名后,单击[保存]按钮。输入如下代码后,保存此宏。

  随着对仿真的要求越来越高,传统的静态模型已经不能适应多任务多目标的仿真目的。本文通过VB、SolidWorks混合编程思想实现了汽车EPS系统动态仿真,讨论了EPS系统动态仿真策略和数据库管理运行方式,通过图形交互手段方便快速地改变设计的原始数据和条件,实现对计算过程的引导和控制,方便分析原始数据的改变对系统基本特性的影响;同时,实现EPS系统运动学和动力学仿真,将转向过程可视化,以便判断EPS系统的运动规律、运动特性是否满足给定要求。

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