電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模仿真及試驗分析.pdf

1、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System，EPS)是現(xiàn)代汽車中的最重要的子系統(tǒng)之一，同時也是汽車的安全件，為汽車的安全行駛提供必要的條件。本文通過查閱電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)國內(nèi)外的文獻(xiàn)資料，介紹了汽車發(fā)展歷史上的五種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即:機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，機(jī)械液壓助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。簡要介紹了每種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理，通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間的橫向?qū)Ρ龋治隽穗妱?/p>

2、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢及發(fā)展前景，對比得出電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部分優(yōu)勢，以此作為本文研究的出發(fā)點。
　　本文的主要研究對象是管柱型的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Column Electric PowerSteering System，CEPS)，并對其結(jié)構(gòu)原理、控制策略、數(shù)學(xué)建模、Simulink仿真及試驗分析等進(jìn)行相關(guān)介紹和闡述。
　　首先，分析了EPS的動力傳遞路線，并據(jù)此對EPS進(jìn)行簡化，得到其簡化模型:助力機(jī)構(gòu)、扭矩傳感器、助力電機(jī)、輸

3、出軸、中間軸和齒輪齒條，并對各部分機(jī)構(gòu)模型分別分析其原理及設(shè)計要點，再通過力學(xué)分析，建立了各部分機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入輸出特點，確定了狀態(tài)方程以方向盤扭矩、電動機(jī)扭矩、路面隨機(jī)信號為輸入變量，以為方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤轉(zhuǎn)速、齒條的位移、齒條的線速度、電動機(jī)的轉(zhuǎn)角、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出變量，之后聯(lián)立各方程，并最終得到系統(tǒng)的空間狀態(tài)方程。
　　其次，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性進(jìn)行分析，通過對三種助力特性曲線（直線型助力特性曲線、

4、折線型助力曲線和曲線型助力特性曲線）分別詳細(xì)分析，分析計算得到助力特性曲線的最大助力電流、開始助力的最小方向盤扭矩及方向盤輸入最大扭矩，即確定了隨車速、方向盤輸入扭矩與助力電機(jī)的輸出電流之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)之上，研究了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略，模糊控制、PID控制，設(shè)計了兩種目標(biāo)電流控制器，使得通過方向盤扭矩與汽車行駛速度的輸入，控制策略可以基于汽車行駛速度和駕駛員施加在方向盤上的扭矩大小，自動判斷助力電機(jī)的目標(biāo)電流。并通過仿真得到的

5、助力曲線，對兩種目標(biāo)電流控制器分析對比優(yōu)缺點。
　　再次，在Matlab/Simulink中建立目標(biāo)電流控制器仿真模型、助力電機(jī)仿真模型、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入輸出仿真模型，對每部分模型單獨仿真分析，并對仿真曲線進(jìn)行分析，確認(rèn)已達(dá)到設(shè)計要求。之后將建立好的各子模型聯(lián)立，可以得到EPS系統(tǒng)的仿真模型。在方向盤輸入扭矩保持不變的情況下，設(shè)置不同的車速以考察系統(tǒng)對于車速變化時的動態(tài)響應(yīng)，在保持車速不變的情況下，考察系統(tǒng)對于方向盤輸入扭矩