电动助力转向系统开发研究.docx

《电动助力转向系统开发研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电动助力转向系统开发研究.docx（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电动助力转向系统开发研究电动助力转向系统的开发探讨电动助力转向系统(Electric power steering，简称 EPS)是世界汽车电子限制技术发展的探讨热点和前沿技术之一。国外汽车电动助力转向已部分取代传统液压动力转向(Hydraulic power steering，简称 HPS)。目前国内清华高校、合肥工业高校等高校正从事该方面的探讨，并取得了阶段性的成果，争取进一步改进与完善，早日实现商品化。EPS 通过对限制器软件的设计，非常便利地调整系统的助力特性，使汽车能在不同车速下获得不同的助力特性，以满意不同的驾驶状况的需求。同时，EPS 用电动机干脆供应助力，它能 节约燃料，提高主

2、动平安性，有利于环保。1、助力转向系统的类型及 EPS 的基本限制策略 1.1 助力转向系统的类型 （1）传统液压动力转向 液压动力转向的限制阀采纳滑阀式，即限制阀中的阀以轴向移动来限制油路。这种滑阀式限制结构简洁，生产工艺性好，操纵便利，宜于布置，运用性能较好。但是滑阀式限制阀灵敏度不够高，后来渐渐被转阀代替。（2）电控液压动力转向 电控液压动力转向系统的种类许多，但其原理基本上都是通过在油泵或转向器上加装电子执行机构或协助装置，依据车速信号来限制液压系统的流量或压力。 表 1 电控液压动力转向系统的种类 （3）电动助力转向系统(EPS)的工作原理图 1 EPS 的限制系统示意图 1车轮 2

3、拉杆 3齿条 4小齿轮 5离合器 6动力开关 7输出轴 8扭杆 9转矩传感器 10输入轴 11方向盘 12转矩信号 13电机 14电流限制 15限制单元 16车速信号 电动助力转向系统的基本组成包括：扭矩传感器、车速传感器、限制元件、电动机和减速机构等。图1 所示为配用齿轮齿条式转向器的 EPS。信号限制器依据各传感器的输入信号确定助力扭矩的幅值和方向，并且干脆限制电机。电机的输出扭矩由减速齿轮放大，并通过万向节、转向器中的传送装置把输出扭矩送到齿条，使之向转向轮供应助推扭矩。系统的信号源包括：扭矩传感器、转向角传感器和车速传感器，转向角传感器可依据齿条的位移量和位移的方一直测出转向角。（4）

4、EPS 的关键部件1.2 EPS 的限制原理图图 2 汽车 EPS 限制原理图 EPS 主要部件包括传感器、电动机、减速机构和电子限制单元等。在驾驭 EPS 的工作原理前提下，将 EPS 系统用框图表示如下。1.3 EPS 的基本限制策略 依据汽车转向行驶的不怜悯况要求，EPS 按不同的限制方式进行限制，通常来说，对应汽车转向行驶的不怜悯况有四种基本限制方式。（1）一般限制 一般限制(助力限制)是 EPS 的基本限制模式。其限制过程主要是：依据车速传感器测得的车速信号和方向盘力矩传感器测得的方向盘力矩信号，调用助力特性限制表，并依据电动机的电磁转矩特性确定助力电流，以获得适当的助力转矩。（2）

5、回正限制策略 在方向盘转向回正时，对 EPS 进行的限制为回正限制，目的在于改善系统的回正性能。转向时，前轮回正力矩使转向轮向直线行驶的状态改变。回正限制的限制过程为:首先推断方向盘是否处于转向回正状态，当助力电机旋转方向和转向输入的旋转方向相反，进行转向回正限制，否则进行助力限制。（3）阻尼限制策略 阻尼限制是 EPS 为提高汽车高速直线行驶时的稳定性，减小路面冲击对方向盘的影响而采纳的一种限制模式。阻尼限制是在一般限制确定的目标电流之上补偿阻尼限制电流，其主要是通过引入电动机转速的方法来实现。（4）补偿限制策略 补偿限制策略是依据转向作用力的改变率沿力矩改变的方向产生补偿力矩，来克服电机的

6、惯量、阻尼和摩擦对电机输出力矩的影响。补偿力矩的大小由电机的惯量、阻尼和摩擦力的大小及电机的转速、转向加速度和转动方向确定。2、EPS 仿真的初步探讨及限制仿真验证 2.1 志向助力特性 配备电动助力装置的汽车转向系统，应尽可能不悖于驾驶员原有的驾驶习惯，这样驾驶员才能在转向时得心应手。方向盘力矩与助力矩之间的志向关系应具备以下特点：(1)在输入转向力矩很小的区域，希望助力部分的输出越小越好，助力部分基本不起作用，以保持较好的路感。(2)在常用的快速转向行驶区间，为使转向轻巧，降低驾驶员劳动强度，助力部分发挥作用，助力效果要明显。(3)原地转向时的转向阻力矩很大，应尽可能产生较大的助力转向效果

7、，此时，助力矩增幅也应较大。(4)随着车速的上升，方向盘力矩减小时，不助力的区域应增大，且在高速行驶至肯定车速时停止助力，以使驾驶员获得良好的路感，保证行车平安。(5)各区段过渡要平滑，避开操作力出现跳动感，且助力矩不能大于同工况下无助力时的转向驱动力矩。将上述特点与原则量化，可得志向的助力特性曲线。如图 3 所示，由于电动机输出转矩与电流间存在线性关系，因此该图反映出助力矩随行驶工况的改变规律，可以把它作为探讨电动机限制规律的参照。图 3 志向助力特性 2.2 限制系统的选择 对助力电动机输出转矩的限制是 EPS 探讨的重点。由于电动机的输出转矩是由其工作电流确定的，因此助力限制可归结为对电

8、动机电流的限制(如图 4)，其限制输入为车速信号和方向盘扭矩信号。图 4 限制系统框图 限制系统主要采纳 PID 限制系统。PID 限制是最早发展起来的限制策略之一，由于算法简洁、和牢靠性高，被广泛应用于过程限制和运动限制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性限制系统。 图 5 典型的 PID 限制结构 图 5 所示为典型的 PID 限制系统结构。PID 限制器是由比例、积分和微分三个环节叠加构成的，各环节分别对误差信号 e(t)进行运算，其结果的加权和将构成系统的限制信号 u(t)一并送给对象模型。PID 限制器的数学描述为：（公式 1）式中：kp比例环节调整参数； ki积分环节调整参数；

9、kd微分环节调整参数。PID 限制器各环节所起的作用如下：(1)比例环节抑止闭环系统的瞬态偏差信号 e(r)，通过增加 kp 值还可加快系统响应速度，提高闭环响应的幅值。但 kp 值不能无限制增加，对于不同的闭环限制系统 kp 的取值范围不同，超出该限制范围，系统将不稳定； (2)积分环节主要用于消退系统的静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分的时间常数 K；K 越大积分作用越弱，反之则越强。而过强的积分作用使系统的超调量增加，系统的稳定性变坏；(3)微分环节能反映偏差信号的改变趋势(改变速率)，并能在偏差信号值变大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，削减调整时间。其不足之处是放大了噪音信号。