電動助力轉向系統(tǒng)建模仿真及試驗分析.pdf

1、汽車轉向系統(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向系統(tǒng)相關國內外的文獻資料，介紹了汽車發(fā)展歷史上的五種轉向系統(tǒng)，即:機械式轉向系統(tǒng)，機械液壓助力式轉向系統(tǒng)，電動液壓式助力轉向系統(tǒng)，電動助力轉向系統(tǒng)和線控助力轉向系統(tǒng)。簡要介紹了每種轉向系統(tǒng)的結構及工作原理，通過轉向系統(tǒng)之間的橫向對比，分析了電動

2、助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)勢及發(fā)展前景，對比得出電動助力轉向系統(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向系統(tǒng)(Column Electric PowerSteering System，CEPS)，并對其結構原理、控制策略、數(shù)學建模、Simulink仿真及試驗分析等進行相關介紹和闡述。
　　首先，分析了EPS的動力傳遞路線，并據(jù)此對EPS進行簡化，得到其簡化模型:助力機構、扭矩傳感器、助力電機、輸

3、出軸、中間軸和齒輪齒條，并對各部分機構模型分別分析其原理及設計要點，再通過力學分析，建立了各部分機構的數(shù)學模型。根據(jù)電動助力轉向系統(tǒng)的輸入輸出特點，確定了狀態(tài)方程以方向盤扭矩、電動機扭矩、路面隨機信號為輸入變量，以為方向盤轉角、方向盤轉速、齒條的位移、齒條的線速度、電動機的轉角、電動機的轉速輸出變量，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，對轉向系統(tǒng)的助力特性進行分析，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的輸出電流之間的關系。在此基礎之上，研究了電動助力轉向系統(tǒng)的控制策略，模糊控制、PID控制，設計了兩種目標電流控制器，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，自動判斷助力電機的目標電流。并通過仿真得到的

5、助力曲線，對兩種目標電流控制器分析對比優(yōu)缺點。
　　再次，在Matlab/Simulink中建立目標電流控制器仿真模型、助力電機仿真模型、電動助力轉向系統(tǒng)的輸入輸出仿真模型，對每部分模型單獨仿真分析，并對仿真曲線進行分析，確認已達到設計要求。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，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