Разработка имитационной модели рулевого управления с электроусилителем в среде MATLAB Simulink

Содержание

Введение

Глава 1. Глава 1. Аналитический обзор

Глава 2. 1.1 Краткий обзор конструкции рулевого управления автомобиля полной массой до 3500 кг

Глава 3. 1.2 Анализ методов расчёта момента сопротивления повороту

Глава 4. 1.3 Обзор математических моделей рулевого управления с ЭУР

Глава 5. 1.4 Обзор программных средств для имитационного моделирования

Глава 6. 1.5 Выводы по аналитическому обзору

Глава 7. Глава 2. Математические модели рулевого управления с ЭУР

Глава 8. 2.1 Математическая модель рулевого управления с ЭУР

Глава 9. 2.1.1Общая структурная схема модели

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Разработка имитационной модели рулевого управления с электроусилителем в среде MATLAB Simulink

ВВЕДЕНИЕ

Современная автомобильная промышленность характеризуется интенсивным внедрением электромеханических систем, обеспечивающих повышение безопасности, комфорта и энергоэффективности транспортных средств. Рулевое управление с электроусилителем (ЭУР) представляет собой одно из ключевых направлений развития автомобильной техники, где электрические машины выполняют функцию создания вспомогательного момента, снижающего усилие водителя на рулевом колесе. В контексте российской электротехнической промышленности разработка имитационных моделей систем ЭУР имеет особую актуальность, поскольку позволяет проектировать и оптимизировать характеристики электродвигателей, систем управления и силовой электроники без необходимости создания дорогостоящих физических прототипов.

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе свидетельствует о наличии фундаментальных исследований в области электрических машин, систем автоматического управления и имитационного моделирования. Работы специалистов НИУ «МЭИ», МАДИ, СПбПУ посвящены вопросам математического описания электромеханических преобразователей, синтеза регуляторов и разработки алгоритмов управления электроприводами. Вместе с тем, комплексные имитационные модели рулевого управления с ЭУР, учитывающие взаимодействие механической системы рулевого механизма, электродвигателя постоянного или переменного тока и электронной системы управления, требуют дальнейшего развития и адаптации к условиям отечественного производства.

Цель курсовой работы – разработать имитационную модель рулевого управления с электроусилителем в среде MATLAB Simulink для автомобиля полной массой до 3500 кг.

Задачи курсовой работы:

• провести аналитический обзор конструкции рулевого управления автомобиля и методов расчета момента сопротивления повороту;
• изучить существующие математические модели рулевого управления с ЭУР и программные средства имитационного моделирования;
• разработать математическую модель рулевого управления с электроусилителем, включающую описание механической части и электропривода;
• построить общую структурную схему имитационной модели в среде MATLAB Simulink;
• выполнить анализ функционирования разработанной модели и оценить адекватность полученных результатов.

Объект исследования – система рулевого управления с электроусилителем автомобиля полной массой до 3500 кг.

Предмет исследования – математическая и имитационная модель рулевого управления с ЭУР в среде MATLAB Simulink.

Методологическая база курсовой работы включает теоретические основы электрических машин и электропривода, теорию автоматического управления, методы имитационного моделирования динамических систем. Расчетные методы базируются на положениях ГОСТ Р 52776-2007, ГОСТ IEC 60034-1-2014, ПУЭ 7-го издания. Нормативно-техническая база представлена стандартами в области электрических машин, систем автоматизации и безопасности транспортных средств.

Научная новизна работы заключается в комплексном подходе к имитационному моделированию системы ЭУР с учетом динамических характеристик электродвигателя, механических параметров рулевого управления и алгоритмов управления электроприводом.

Теоретическая значимость состоит в систематизации математических моделей рулевого управления с ЭУР и формировании методологии их реализации в среде MATLAB Simulink. Практическая значимость определяется возможностью использования разработанной модели для анализа динамических режимов работы системы ЭУР, выбора параметров электродвигателя и настройки регуляторов системы управления.

Структура работы: курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы. В первой главе представлен аналитический обзор конструкции рулевого управления, методов расчета и математических моделей ЭУР. Во второй главе разработана математическая модель системы и построена ее структурная схема в MATLAB Simulink.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Краткий обзор конструкции рулевого управления автомобиля полной массой до 3500 кг

Рулевое управление автомобилей категории до 3500 кг представляет собой совокупность механических, гидравлических или электромеханических элементов, обеспечивающих изменение направления движения транспортного средства посредством поворота управляемых колес. Конструктивно система включает рулевое колесо, рулевой вал, рулевой механизм (редуктор), рулевую трапецию и рулевые тяги. В современных автомобилях для снижения усилия на рулевом колесе применяются усилители – гидравлические (ГУР) или электрические (ЭУР). Переход от гидравлических к электрическим усилителям обусловлен требованиями энергоэффективности, экологичности и возможностью интеграции с электронными системами активной безопасности [1, c. 23].

Рулевой механизм типа «шестерня-рейка» является наиболее распространенным решением для легковых автомобилей и легких коммерческих транспортных средств массой до 3500 кг. Принцип работы основан на преобразовании вращательного движения рулевого колеса в поступательное перемещение рулевой рейки, которая через рулевые тяги поворачивает управляемые колеса. Передаточное отношение рулевого механизма определяет соотношение между углом поворота рулевого колеса и углом поворота колес, влияя на информативность управления и требуемое усилие [2, c. 67]. Типовые значения передаточного числа для автомобилей данной категории находятся в диапазоне от 14:1 до 18:1, что обеспечивает баланс между маневренностью и стабильностью движения.

Электроусилитель руля может быть установлен на рулевой колонке (колонный тип, C-EPS), на промежуточном валу (промежуточный тип, I-EPS) или непосредственно на рулевой рейке (реечный тип, R-EPS). Колонный тип ЭУР характеризуется компактностью и используется преимущественно на автомобилях малого и среднего класса. Электродвигатель устанавливается на рулевой колонке и перед

…