基于前后轮侧偏角的汽车自动转向头灯转角计算及联合仿真研究

基于前后轮侧偏角的汽车自动转向头灯转角计算及联合仿真研究 基于前后轮侧偏角的汽车自动转向头灯转 角计算及联合仿真研究 ? 26?价值工程 基于前后轮侧偏角的汽车自动转向头灯转角计算 及联合仿真研究 TheCalculationandCo—-simulationofVehicleAdaptiveFront-lightingSystemBased ontheFront-rearWheelSlipAngle 潘斌PanBin;李雄铭LiXiongming f华南理工大学机械与汽车T程学院,广州510640) (CollegeofMechanicalandAutomotiveEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640IChina) 摘要:由于汽车前照灯转角和汽车的运动状态有关,而汽车的运动状态又受轮胎侧 偏特性的影响,因此本文利用前后轮侧偏角的绝对值之 差来修正前照灯理论转角;然后,我们在sim~ink中建立步进电机仿真模型,在 ADAMS中建立前照灯减速机构虚拟样机模型,再通过两者组合 成前照灯转角开环控制系统,并把前照灯理论转角输给该开环控制系统,得出了前 照灯的实际输出转角对需求理论转角的跟随曲线. Abstract:Theangle0fAdaptiveFront— lightingsvstemisrelevanttothemotionstateofthevehicle.However,themotionstateoftheve hicleis affectedbvthetirecorneringprope~y.Therefore.weamendtheheadlamptheoryanglebythe differencebetweenvaluesofthesideslipanglesofthe frontandrearwheels.Andthen,webuildasimulationmodelofsteppermotorinSimulinksoft wareandavirtualprototypemodelofAFSinADAMS software.Afterthat,wecombinethetwomodelsintoaheadlampangleopen, loopcontrolsystem.Weimpo~theheadlamptheoryangleintothesystem andgetthefollowingresultbetweentheactualoutputangleandthetheoryangleoftheheadlam p. 关键词:汽车自适应前照灯;AFS轮胎侧偏特性;步进电机;联合仿真 Keywords:VehicleAdaptiveFront—lightingSystem;AFStirecorneringprope~y;steppermotor;co—simulation 中图分类号:U461.6文献标识码:A文章编号:1006—4311(2012)02—0026—02 O引言 汽车自适应前照灯(简称AFS)能根据驾驶员的操作信息和车 辆的运动状态自动计算并调节前照灯转角.车辆的运动状态与轮胎 的侧偏特性有关,因此计算前照灯转角大小时需要考虑前后轮胎侧 偏角.目前有文献把前轮转角,前后轮侧偏角和质心侧偏角进行简 单的线性叠加得到前照灯转角,但是汽车质心侧偏角的实际值通常 很难测量,需要先测得轮胎侧偏角,再结合复杂的算法来近似获得. 为此,本文提出更为简洁的前照灯转角计算方法——利用前后轮侧 偏角的绝对值之差来修正前照灯转角. 在得到经过修正的前照灯理论转角后,为了验证前照灯是否能 按该预期转角进行转动.本文建立了前照灯转角开环控制系统的联 合仿真模型,把需求的前照灯理论转角输给该模型,得出了实际的 前照灯转角跟随曲线. 1基于轮胎侧偏特性的前照灯转角计算模型 1.1汽车前照灯理论转角数学模型根据文献f11可知,前照灯 理论转角0和车速v,转弯半径R存在如下关系:0=90V/(IrR) (1) 由汽车理论翻可知,转弯半径R和前轮转角8及前后轮胎侧偏 角的绝对值仪】,2有如下关系:R=T1(2) 0一l0l广0【2) 前轮转角8可以由方向盘转角和转向系传动比i得出【引: 8=~/i(3) 综合(1),(2)和(3)式可得基于轮胎侧偏特性的前照灯理论 转角数学模型:0:f一((XI--gX)1(4)LL1J 1.2汽车前照灯理论转角仿真为了验证上述的前照灯转 角修正方法的正确性,本文在整车动力学仿真软件I'ESIS,veDYNA 搭建了利用轮胎侧偏特性修正前照灯转角的仿真模型,并选用方向 盘正弦输入工况进行仿真,仿真工况参数如下表: 表1方向盘正弦输入工况参数表 参数工况 y=0(0-<t<20J方向盘转角(.) y=0.695sin[0.35(t一2O)](t_>20) 车速(km/h)50 从仿真得到的前照灯理论转角曲线来看,用前后轮侧偏角的绝 作者简介:潘斌(1986一),男,广东梅州人,硕士研究生,研究方向为汽车电子控 制李雄铭(1986--),男,湖北威宁人,硕士研究生,研究方向为汽车 电子控制和新能源汽车. 方向盘正弦输入工况的AFS转角对比 _.,卜?未考虑轮胎侧偏特性的A转角 ,一 老康日厶倒伯特+唪J蓠的AFs搪有 f }l |{{ }i {|/ / , 一 05ooO1000o 时间(ms' 图1方向盘正弦输入工况的前照灯转角对比 对值之差修正后的前照灯理论转角比修正前的要小,尤其是在方向 盘转动方向突然改变时,两者的差值达到最大.这说明汽车在连续 转弯时,轮胎的侧偏角对前照灯理论转角有显着的影响.因此,考虑 轮胎侧偏特性后,可提高前照灯理论转角的计算精度. 2前照灯转角开环控制系统建模 利用轮胎侧偏特性对前照灯理论转角进行修正后,接下来需要 验证前照灯是否能按照该需求转角进行转动.因此,我们开始对前 照灯转角开环控制系统进行建模——也就是在simulink中建立步 进电机仿真模型,在ADAMS中建立减速机构虚拟样机模型.然后 将两者联合起来,建立前照灯转角开环控制系统的仿真模型. 2,1步进电机模型我们采用simulink中的永磁式两相步进电 机仿真模型来模拟前照灯转角开环控制系统中的步进电机,该模型 内嵌步进电机开环控制器,步进驱动器和步进电机物理模型. 输入脉)电压转矩 步进电机步进电机步进电机L孽速I 开环控制嚣JJ驱动器JI物理模型I 图2simulink电机模型 如图所示,把经过修正的前照灯转角作为输入信号输给开环控 制器,该模块根据转角的幅值和斜率调制出不同幅值和频率的脉冲 信号,脉冲信号经驱动器转化成电压电流信号,驱动步进电机转动. 2-2AFS减速机构的虚拟样机模型建立好步进电机的仿真模 型后,接着建立减速机构虚拟样机模型.虚拟样机模型能体现减速 机构的碰撞,冲击和阻尼等特性,比数学模型更真实. 加mO如 一名一般蟓《