Dynamic Steering

Динамическое рулевое управление для Ackerman, реечных и параллельных механизмов рулевого управления

  • Библиотека:
  • Динамика автомобиля Blockset/Рулевое управление

  • Dynamic Steering block

Описание

Блок Dynamic Steering реализует динамическое рулевое управление, чтобы вычислить углы колеса для Ackerman, реечного механизма и параллельных механизмов рулевого управления. Блок использует входной крутящий момент рулевого колеса, крутящий момент правого колеса и крутящий момент левого колеса, чтобы вычислить углы колеса. Блок использует систему координат транспортного средства.

Если вы выбираете Power assist, можно задать интерполяционную таблицу крутящего момента, которая является функцией скорости транспортного средства и входного крутящего момента рулевого колеса. Блок использует входной крутящий момент рулевого колеса и вспомогательный крутящий момент, чтобы вычислить динамику рулевого управления.

Чтобы задать тип рулевого управления, используйте параметр Type.

НастройкаРеализация блока

Ackerman

Идеальное рулевое управление Ackerman. Углы колеса имеют общий центр круга поворота.

Rack and pinion

Идеальное рулевое управление в реечном механизме. Передачи преобразуют вращение рулевого управления в линейное движение.

Parallel

Параллельное рулевое управление. Углы колес равны.

Чтобы задать тип данных для механизма рулевого управления, используйте параметр Parametrized by.

НастройкаРеализация блока

Constant

Механизм управления использует постоянные данные параметра.

Lookup table

Механизм управления реализует таблицы для данных о параметрах.

Используйте параметр Location, чтобы задать рулевое управление спереди или сзади.

НастройкаРеализация
Front

Рулевое управление спереди

Figure of front steering turning right

Rear

Заднее рулевое управление

Figure of rear steering turning right

Динамика

Чтобы вычислить динамику рулевого управления, Dynamic Steering блок моделирует рулевое колесо, вал, механизм рулевого управления, гистерезис и, опционально, помощь в степени.

Figure of steering wheel, spring damper, and steering mechanism

ВычислениеУравнения

Динамика рулевого столбца и рулевого вала

J1θ¨1=τinb2θ˙1τhys

J2θ¨2=τeqb3θ˙2+τhysτfric

Гистерезисный пружинный демпфер

δ=θ1θ2Δδ=δcurrentδpreviousτhys=(b1δ˙k1δ)(1+exp(|Δδ|β))β={βu   когда  δ>0βl    когда  δ0

Опциональная поддержка степени

τast=ftrq(v,τin)J1θ¨1=τin+τastb2θ˙1τhysJ2θ¨2=τeq+τastb3θ˙2+τhysτfric

Рисунок и уравнения используют эти переменные.

J1

Инерция руля

J2

Инерция рулевого механизма

θ1,θ˙1,θ¨1

Угол руля, скорость вращения и угловое ускорение, соответственно

θ2,θ˙2,θ¨2

Угол вала, скорость вращения и угловое ускорение, соответственно

b1, k1

Пружина гистерезиса и вязкие коэффициенты демпфирования, соответственно

b2

Вязкие коэффициенты демпфирования руля

b3

Коэффициент демпфирования рулевого механизма

τhys

Гистерезисный крутящий момент демпфирования пружины

τfric

Момент трения механизма рулевого управления

τeq

Эквивалентный крутящий момент колеса

τast

Ассистент по крутящему моменту

βu , βl

Верхний и нижний модификаторы гистерезиса, соответственно

v

Скорость транспортного средства

ƒtrq

Интерполяционная таблица помощи по крутящему моменту

Типы рулевого управления

Акерман

Для идеального рулевого управления Ackerman углы колеса имеют общий круг поворота.

Figure of Ackerman steering turning right around turning circle

Чтобы вычислить углы поворота, блок использует эти уравнения.

cot(δL)cot(δR)=TWWBδvir=δinγδL=tan1(WBtan(δvir)WB0.5TWtan(δvir))δR=tan1(WBtan(δvir)WB+0.5TWtan(δvir))

Рисунок и уравнения используют эти переменные.

δin

Угол поворота руля

δL

Угол левого колеса

δR

Угол правого колеса

δvir

Угол виртуального колеса

TW

Ширина дорожки

WB

Основа колеса

γ

Коэффициент рулевого управления

Реечный механизм

Для идеального управления реечным механизмом передачи преобразуют вращение рулевого управления в линейное движение.

Figure of rack, rod, and arm in rack and pinion steering mechanism

Figure of rod in rack and pinion steering mechanism

Чтобы вычислить углы поворота, блок использует эти уравнения.

l1=TWlrack2ΔPl22=l12+D2ΔP=rδinβ=π2tan1[Dl1]cos1[larm2+l22lrod22larml2]

Рисунок и уравнения используют эти переменные.

δin

Угол поворота руля

δL

Угол левого колеса

δR

Угол правого колеса

TW

Ширина дорожки

r

Радиус шестерни

ΔP

Линейное изменение положения стойки

D

Расстояние между передней осью и стойкой

lrack

Длина корпуса стойки

larm

Длина рулевого рычага

lrod

Длина тяги

Параллель

Для параллельного рулевого управления углы колеса равны.

Figure parallel steering where wheel angles are equal

Чтобы вычислить углы поворота, блок использует это уравнение.

δR=δL=δinγ

Рисунок и уравнения используют эти переменные.

δin

Угол поворота руля

δL

Угол левого колеса

δR

Угол правого колеса

γ

Коэффициент рулевого управления

Порты

Вход

расширить все

Крутящий момент, τin, в Н· м.

Крутящий момент левого колеса, τL, в Н· м.

Крутящий момент правого колеса, τR, в Н· м.

Скорость транспортного средства, v, в м/с.

Зависимости

Создание VehSpd, выберите Power assist.

Выход

расширить все

Сигнал шины содержит эти вычисления блоков.

СигналОписаниеМодуль

StrgWhlAng

Угол поворота руля

рад

StrgWhlSpd

Скорость вращения рулевого колеса

рад/с

ShftAng

Угол вала

рад

ShftSpd

Угловая скорость вала

рад/с

AngLft

Угол левого колеса

рад

SpdLft

Левое колесо скорости вращения

рад/с

AngRght

Угол правого колеса

рад

SpdRght

Правое колесо скорости вращения

рад/с

TrqAst

Ассистент по крутящему моменту

Н· м

PwrAst

Помощь в степени

W

PwrLoss

Потеря степени

W

InstStrgRatio

Коэффициент мгновенного рулевого управления

НА

Угол левого колеса, δL, в рад.

Угол правого колеса, δR, в рад.

Параметры

расширить все

Чтобы задать тип рулевого управления, используйте параметр Type.

НастройкаРеализация блока

Ackerman

Идеальное рулевое управление Ackerman. Углы колеса имеют общий центр круга поворота.

Rack and pinion

Идеальное рулевое управление в реечном механизме. Передачи преобразуют вращение рулевого управления в линейное движение.

Parallel

Параллельное рулевое управление. Углы колес равны.

Зависимости

В этой таблице представлены Type и Parametrized by зависимости параметров.

НапечататьПараметризация поСоздает параметры

Ackerman

Constant

Track width, TrckWdth

Wheel base, WhlBase

Steering range, StrgRng

Steering ratio, StrgRatio

Lookup table

Track width, TrckWdth

Wheel base, WhlBase

Steering range, StrgRng

Steering angle breakpoints, StrgAngBpts

Steering ratio table, StrgRatioTbl

Rack and pinion

Constant

Track width, TrckWdth

Steering range, StrgRng

Steering arm length, StrgArmLngth

Rack casing length, RckCsLngth

Tie rod length, TieRodLngth

Distance between front axis and rack, D

Pinion radius, PnnRadius

Lookup table

Track width, TrckWdth

Steering range, StrgRng

Steering angle breakpoints, StrgAngBpts

Steering arm length, StrgArmLngth

Rack casing length, RckCsLngth

Tie rod length, TieRodLngth

Distance between front axis and rack, D

Pinion radius, PnnRadiusTbl

ParallelConstant

Steering range, StrgRng

Steering ratio, StrgRatio

Lookup table

Steering range, StrgRng

Steering angle breakpoints, StrgAngBpts

Steering ratio table, StrgRatioTbl

Чтобы задать тип данных для механизма рулевого управления, используйте параметр Parametrized by.

НастройкаРеализация блока

Constant

Механизм управления использует постоянные данные параметра.

Lookup table

Механизм управления реализует таблицы для данных о параметрах.

Зависимости

В этой таблице представлены Type и Parametrized by зависимости параметров.

НапечататьПараметризация поСоздает параметры

Ackerman

Constant

Track width, TrckWdth

Wheel base, WhlBase

Steering range, StrgRng

Steering ratio, StrgRatio

Lookup table

Track width, TrckWdth

Wheel base, WhlBase

Steering range, StrgRng

Steering angle breakpoints, StrgAngBpts

Steering ratio table, StrgRatioTbl

Rack and pinion

Constant

Track width, TrckWdth

Steering range, StrgRng

Steering arm length, StrgArmLngth

Rack casing length, RckCsLngth

Tie rod length, TieRodLngth

Distance between front axis and rack, D

Pinion radius, PnnRadius

Lookup table

Track width, TrckWdth

Steering range, StrgRng

Steering angle breakpoints, StrgAngBpts

Steering arm length, StrgArmLngth

Rack casing length, RckCsLngth

Tie rod length, TieRodLngth

Distance between front axis and rack, D

Pinion radius, PnnRadiusTbl

ParallelConstant

Steering range, StrgRng

Steering ratio, StrgRatio

Lookup table

Steering range, StrgRng

Steering angle breakpoints, StrgAngBpts

Steering ratio table, StrgRatioTbl

Если вы выбираете Power assist, можно задать интерполяционную таблицу, ƒtrq, которая является функцией скорости автомобиля, v и входного крутящего момента руля, τin.

τast=ftrq(v,τin)

Блок использует входной крутящий момент рулевого колеса и вспомогательный крутящий момент, чтобы вычислить динамику рулевого управления.

Зависимости

Выбор Power assist создает VehSpd входной порт и эти параметры.

Помощь в степениПараметры

on

Steering wheel torque breakpoints, TrqBpts

Vehicle speed breakpoints, VehSpdBpts

Assisting torque table, TrqTbl

Assisting torque limit, TrqLmt

Assisting power limit, PwrLmt

Assisting torque efficiency, Eta

Cutoff frequency, omega_c

Используйте параметр Location, чтобы задать рулевое управление спереди или сзади.

НастройкаРеализация
Front

Рулевое управление спереди

Figure of front steering turning right

Rear

Заднее рулевое управление

Figure of rear steering turning right

Общая информация

Ширина дорожки, TW, в м.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, установите Type равным Ackerman или Rack and pinion.

Основа колеса, WB, в м.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, установите Type равным Ackerman.

Рулевая область значений, в рад. Блок ограничивает углы колеса, чтобы остаться в область значений рулевого управления.

Коэффициент рулевого управления, γ, безразмерный.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр:

  • Установите Type значение Ackerman или Parallel.

  • Установите Parametrized by значение Constant.

Точки останова угла поворота, в рад.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, установите Parametrized by равным Lookup table.

Таблица коэффициента рулевого управления, γ, безразмерная.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр:

  • Установите Type значение Ackerman или Parallel.

  • Установите Parametrized by значение Lookup table.

Реечный механизм

Длина рулевого рычага, larm, в м.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, установите Type равным Rack and pinion.

Длина корпуса стойки, lrack, в м.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, установите Type равным Rack and pinion.

Длина тяги, lrod, в м.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, установите Type равным Rack and pinion.

Расстояние между передней осью и стойкой, D, в м.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, установите Type равным Rack and pinion.

Радиус шестерни, r, в м.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр:

  • Установите Type значение Rack and pinion.

  • Установите Parametrized by значение Constant.

Таблица радиуса шестерни, r, в м.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр:

  • Установите Type значение Rack and pinion.

  • Установите Parametrized by значение Lookup table.

Динамика

Инерция руля, J1, в кг * м ^ 2.

Инерция рулевого механизма, J2, в кг * м ^ 2.

Модификатор верхнего гистерезиса, βu, безразмерный.

Модификатор нижнего гистерезиса, βl, безразмерный.

Гистерезисное демпфирование, b1, в Н· м· с/рад.

Жесткость гистерезиса, k1, в Н· м/рад.

Демпфирование руля, b2, в Н· м· с/рад.

Демпфирование рулевого механизма, b3, в Н· м· с/рад.

Начальный угол поворота, θ0, в рад.

Начальная скорость вращения рулевого управления, ωo, в рад/с.

Крутящий момент трения, τfric, в Н· м.

Помощь в степени

Точки останова крутящего момента рулевого колеса, в Н· м.

Зависимости

Выбор Power assist создает VehSpd входной порт и эти параметры.

Помощь в степениПараметры

on

Steering wheel torque breakpoints, TrqBpts

Vehicle speed breakpoints, VehSpdBpts

Assisting torque table, TrqTbl

Assisting torque limit, TrqLmt

Assisting power limit, PwrLmt

Assisting torque efficiency, Eta

Cutoff frequency, omega_c

Точки останова скорости транспортного средства, в м/с.

Зависимости

Выбор Power assist создает VehSpd входной порт и эти параметры.

Помощь в степениПараметры

on

Steering wheel torque breakpoints, TrqBpts

Vehicle speed breakpoints, VehSpdBpts

Assisting torque table, TrqTbl

Assisting torque limit, TrqLmt

Assisting power limit, PwrLmt

Assisting torque efficiency, Eta

Cutoff frequency, omega_c

Вспомогательный крутящий момент, ƒtrq, в Н· м.

Интерполяционная таблица содействия крутящему моменту является функцией от скорости транспортного средства, v и входа крутящего момента рулевого колеса, τin.

τast=ftrq(v,τin)

Блок использует входной крутящий момент рулевого колеса и вспомогательный крутящий момент, чтобы вычислить динамику рулевого управления.

Зависимости

Выбор Power assist создает VehSpd входной порт и эти параметры.

Помощь в степениПараметры

on

Steering wheel torque breakpoints, TrqBpts

Vehicle speed breakpoints, VehSpdBpts

Assisting torque table, TrqTbl

Assisting torque limit, TrqLmt

Assisting power limit, PwrLmt

Assisting torque efficiency, Eta

Cutoff frequency, omega_c

Вспомогательный предел крутящего момента, в Н· м.

Зависимости

Выбор Power assist создает VehSpd входной порт и эти параметры.

Помощь в степениПараметры

on

Steering wheel torque breakpoints, TrqBpts

Vehicle speed breakpoints, VehSpdBpts

Assisting torque table, TrqTbl

Assisting torque limit, TrqLmt

Assisting power limit, PwrLmt

Assisting torque efficiency, Eta

Cutoff frequency, omega_c

Вспомогательный предел степени, в Н· м/с.

Зависимости

Выбор Power assist создает VehSpd входной порт и эти параметры.

Помощь в степениПараметры

on

Steering wheel torque breakpoints, TrqBpts

Vehicle speed breakpoints, VehSpdBpts

Assisting torque table, TrqTbl

Assisting torque limit, TrqLmt

Assisting power limit, PwrLmt

Assisting torque efficiency, Eta

Cutoff frequency, omega_c

Содействие эффективности крутящего момента, без размерности.

Зависимости

Выбор Power assist создает VehSpd входной порт и эти параметры.

Помощь в степениПараметры

on

Steering wheel torque breakpoints, TrqBpts

Vehicle speed breakpoints, VehSpdBpts

Assisting torque table, TrqTbl

Assisting torque limit, TrqLmt

Assisting power limit, PwrLmt

Assisting torque efficiency, Eta

Cutoff frequency, omega_c

Частота отсечения, в рад/с.

Зависимости

Выбор Power assist создает VehSpd входной порт и эти параметры.

Помощь в степениПараметры

on

Steering wheel torque breakpoints, TrqBpts

Vehicle speed breakpoints, VehSpdBpts

Assisting torque table, TrqTbl

Assisting torque limit, TrqLmt

Assisting power limit, PwrLmt

Assisting torque efficiency, Eta

Cutoff frequency, omega_c

Ссылки

[1] Crolla, David, David Foster, et al. Энциклопедия автомобильной техники. Том 4, Часть 5 (Системы шасси) и Часть 6 (Электрические и электронные системы). Chichester, West Sussex, Великобритания: John Wiley & Sons Ltd, 2015.

[2] Гиллеспи, Томас. Основы динамики аппарата. Warrendale, PA: Общество автомобильных инженеров, 1992.

[3] Комитет по стандартам динамики аппарата. Терминология динамики аппарата. J670 SAE. Warrendale, PA: Общество автомобильных инженеров, 2008.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.
Введенный в R2018a