基于电比例控制的转向系统仿真平台的研究

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Simulation of the electro-hydraulic steering systemYE Hai-xiang， FANG Xin， ZHANG Fu-yi轮式起重机多轴转向装置将机械 、液压、电子、传感器及微处理控制技术紧密结合在-起，逐渐发展成为电液比例控制转向系统。因此现代轮式车辆转向技术的核心问题逐渐演变为控制理论问题 。

控制系统的传统设计过程非常复杂，开发周期长，为此本文结合企业实际研发过程，基于虚拟样机软件ADAMS、AMESIM的开发平台，利用SIMULINK控制拈，建立电液比例控制转向系统的仿真模型。

1 系统仿真开发原则和思路本文针对越野轮胎起重机转向系统进行建模仿真，其-轴由全液压转向器直接控制，二轴由电液比例系统控制，通过- 、二轴安装的角度传感器，实现协调运动。当进行小转弯模式转向时，安装于- 轴的角度传感器将转向盘输入的转角信号传递至ECU中，从而得到二轴的目标转角值，与二轴角度传感器所采集的实际转向角度进行差值运算，通过- 定的控制策略成为控制信号，作用于电磁阀组，控制转向油缸，推动转向轮转动。随着转向油缸的动作，目标转角与实际转角差值逐渐减小，当满足- 定条件时f足够小)，认为系统稳定，达到理想转弯状态，此时，各转向轮转角满足阿克曼定理，转向轮主要为滚动摩擦，大大降低了轮胎磨损。

2 车辆电液比例转向控制系统建模2.1 整车建模为分析方便，需将整车进行简化，由于主要研究转向系统，因此只对车桥、悬架进行细化，其他系统简化为质心，利用ADAMS建模如图1所示。

图1 整车模型2.2 转向液压系统建模由于ADAMs利于刚体运动学仿真，AMESIM利于液压系统仿真，而sIMuLINK利于控制系统仿真，因此考虑发挥这3种软件的长处，进行联合仿真。但通过建模仿真发现，3个软件进行联合仿真运行速度较慢，尤其对于以后的控制优化问题，需要进行连续迭代，因此可操作性不强。

[收稿 日期]2013～0529通讯地址叶海翔 .江苏省徐州市铜山路165号.徐工集团徐州重型机械有限公司技术中心CONSTRUCTION MACHINERY 2013 7 67专题研究I s眦 cH通过对各软件的运用，发现ADAMS在仿真过程中与控制系统有关量仅为转向阻力矩、转角及油缸位移，因此可进行数据输出，如图2、图3所示。

图中该数据为单轮胎实验测试数据，并不针对整个车轴；如为-轴，则向内/向外可理解为右/左转，如为二轴，则相反，如图4所示。

同时利用AMESIM数据转换拈，构造函数对应关系，将ADAMS中与控制相关量转换到AMESIM中，从而摆脱ADAMS软件的运行，只进行AMESIM与SIMULINK之间的联合仿真。

为完成仿真 ，从ADAMs中的采集量需作-定处理，才可完成AMEsIM到SIMu LINK的数据交换，最终搭建模型如图5所示。

油缸 输 出位 移经 过运算 得到 油缸长度 ，通过拈 转变为转角量，作为反馈信号输入- 婢， 、 EEZ 、- 四尽蜱蛊SIMULINK，同时转角量作为拈B的输入量进行阻力矩查询。

同时得到的油缸长度值经过拈c计算得出作用力臂，与转向阻力矩进行运算，得到油缸输出力，作用于油缸。

拈D为AMEsIM到sIMu LINK的数据交换模块，包括前桥转角信号、转向泵转速信号和电磁阀控制信号。

SIMULINK到AMESIM的数据交换拈如图6所示，-轴转角信号 作为输入信号，先经过拈E进行运算，得到后桥理论转角信号，与从AMESIM输入实际转角信 进行差值运算，然后经过PI控制拈硌 到控制电磁阀开度的控制信号SV，输人AMESIM。其中拈 为sIMuLINK到AMEsIM的数据交换拈。

车轮由左极限转至右极限所用时间/s图2 各轴转角及油缸长度， ， / 厂/，llr轮胎前部向外转动的角度/(。 )a轮胎前部向外转动角与阻力矩关系68 建筑机械 2013 7 f下半月刊)图3 转向阻力矩吕窨蛆 / - /f， 轮胎前部向内转动的角度/(。)b轮胎前部向内转动角与阻力矩关系O × × × × × ×0 O O 0 O O 6 5 4 3 2 -EE. 盟唇0 × × X × × × × X ×5 O 5 O 5 O 5 0 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 前进方向外侧 小转弯转向 外侧图4 轮胎转向示意图图5 转向液压系统模型图6 SIMULINKIJAMESIM的数据交换3 电液l；l：fU转向控制系统仿真以前桥转角-15。为激励信号 ，1 s后转为l5。 ，得到后轴转角的响应如图7所示，后桥角度误差如图8所示。

可以看出后桥转角响应延迟约0.2s，超调时间较短，误差较校4 结论本文通过运用ADAMS、AMESIM、SIMULINK3种软件的联合，搭建了电液比例转向控制系统的仿真平台，不仅可用于两轴系统，还可推广至多轴二轴转角相应时间/s图7 后桥转角响应二轴转角相应时间/s图8 后桥角度误差系统，为后续电液比例控制策略的研究打下了坚实的基矗为得到更为准确的仿真数据，可以继续完善此平台，对油缸、电磁阀等执行元件建立更为准确的模型。

同时为得到更加良好的动态响应，可继续完善控制策略，由线性向非线性的控制策略转换。