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目前,重型商用车广泛使用液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering,HPS),其具有固定助力特性,导致高速转向路感不足、操控性能下降,且存在转向泵的溢流损耗,造成系统能耗高。因此,研究具有随速可变助力特性和低能耗的重型商用车转向系统,具有重要的现实意义。应用于乘用车和轻型商用车的电动液压助力转向系统和电动助力转向系统因电机功率不能满足助力需求,不适用于重型商用车。电控液压助力转向系统(Electronically Controlled Hydraulic Power Steering,ECHPS)是现阶段重型商用车HPS系统的改进方案,具有随速可变助力特性。近年来出现的电磁转差式ECHPS系统虽能够有效降低系统能耗,但电励磁方式需持续通以励磁电流,效率较低,不利于工程应用。因此,本文提出了基于绕组式永磁耦合器(Winding Type Permanent Magnet Coupling,WTPMC)的新型ECHPS系统(简称为W-ECHPS),从随速可变助力特性曲线设计、WTPMC设计与稳态性能仿真和台架试验、WTPMC输出转速的自适应动态面控制、车辆操纵稳定性仿真与能耗分析、操纵稳定性与能耗实车试验、紧急转向工况的响应敏捷性分析等方面开展研究,主要内容如下:建立了W-ECHPS机械与液压子系统的数学模型及仿真模型,用于助力特性曲线的仿真;为验证模型的准确性,进行了HPS系统助力特性曲线的仿真分析与试验对比;为保证驾驶员在不同车速下均获得良好的转向手感,提出了基于特征点的W-ECHPS系统随速可变助力特性曲线设计方法,采用不同的方法确定转向阻力矩,分别设计了W-ECHPS系统在原地转向工况和典型车速转向工况下的助力特性曲线,通过综合两种转向工况下的曲线,最终得到了W-ECHPS系统的随速可变助力特性曲线。对不同行驶工况下WTPMC的输入转速、输出转速和负载转矩等运行参数进行了仿真计算;针对原地转向工况下的运行极限点,进行了WTPMC的设计;采用Ansoft Maxwell软件对WTPMC进行了有限元仿真,以研究其稳态(恒定转差速度)性能,包括电磁性能、调速器性能和转差功率回收性能,仿真结果表明:WTPMC具有良好的电磁性能,能够满足运行极限点的要求,通过调节IGBT的占空比,WTPMC能够在不同行驶工况下运行,WTPMC具有良好的转差功率回收性能,在不同行驶工况下的转差功率回收效率在67.4-72.5%之间;试制了WTPMC样机并进行了台架试验;为验证有限元仿真结果的有效性,进行了空载时线反电动势、IGBT的占空比和超级电容端电压的仿真与试验对比。建立了WTPMC的数学模型,用于推导其状态方程;针对具有参数不确定性的WTPMC输出转速控制问题,提出了一种自适应动态面控制方案,建立了WTPMC的状态方程,设计了自适应动态面控制器,对不确定参数进行了自适应估计,应用李雅普诺夫第二法,进行了WTPMC闭环控制系统的稳定性分析;搭建了WTPMC闭环控制系统的仿真模型,进行了阶跃跟踪、抗负载扰动和综合行驶工况的仿真;构建了基于dSPACE的WTPMC快速控制原型系统,进行了阶跃跟踪、抗负载扰动和综合行驶工况的台架试验;仿真与试验结果表明:所提出的自适应动态面控制方案能够实现WTPMC输出转速的准确控制,其控制性能优于PI控制,验证了自适应动态面控制方案的有效性。建立了车辆动力学模型与转向阻力矩模型,搭建了车辆操纵稳定性仿真模型;为验证模型的准确性,进行了双移线试验工况和蛇行试验工况的仿真与试验对比;进行了转向轻便性试验工况和转向盘中心区操纵稳定性试验工况的仿真,仿真结果表明:W-ECHPS系统具有与HPS系统同样良好的低速转向轻便性,而W-ECHPS系统的高速转向路感明显优于HPS系统,改善了车辆操纵稳定性;分析了W-ECHPS系统相比于HPS系统的节能机理,进行了直行工况和转向工况的能耗计算,结果表明:在不同行驶工况下,W-ECHPS系统的能耗比HPS系统减少了10.2-54.9%,且能耗减少率随着车速的增加而增大,验证了W-ECHPS系统具有良好的节能效果。将WTPMC样机安装于试验车辆,进行了转向轻便性和转向盘中心区操纵稳定性的实车试验,试验结果表明:W-ECHPS系统具有与HPS系统同样良好的低速转向轻便性,而W-ECHPS系统的高速转向路感明显优于HPS系统,改善了车辆操纵稳定性;进行了直行工况和转向工况的能耗实车试验,试验结果表明:在不同行驶工况下,W-ECHPS系统的能耗比HPS系统减少了9.2-48.9%,且能耗减少率随着车速的增加而增大,验证了W-ECHPS系统具有良好的节能效果。针对紧急转向工况下W-ECHPS系统助力油压响应滞后问题,基于车辆操纵稳定性仿真模型,采用转向盘转矩阶跃输入模拟紧急转向工况,进行了助力油压响应的仿真;选择WTPMC转差率、WTPMC电流、WTPMC内转子转动惯量、扭杆刚度和转向泵排量等参数为影响因素,进行了助力油压响应的分析;建立了典型紧急转向工况的运动关系模型,分析了助力油压响应与避撞路径的关系,对不同车速下实现避撞的助力油压响应时间阈值进行了仿真,为进一步研究改善W-ECHPS系统响应敏捷性以实现紧急转向避撞的控制策略奠定基础。