摘要
電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)代表了汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)的未來發(fā)展方向，符合汽車技術(shù)電子化的要求。
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS(ElectricPowersteeringSystem)是一種新型的電機驅(qū)動的汽車轉(zhuǎn)
向技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、節(jié)能環(huán)保及控制精確等優(yōu)點，它能實現(xiàn)助力大小隨
車速變化而調(diào)整，比較好地解決了在助力轉(zhuǎn)向中，駕駛員獲得不同轉(zhuǎn)向路感的問題。目
前該技術(shù)主要用在轎車的前輪轉(zhuǎn)向中，電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究和開發(fā)具有很強的工程應(yīng)用
價值。
論文從汽車操縱穩(wěn)定性要求出發(fā)，分析了與轉(zhuǎn)向密切相關(guān)四輪車輛的橫向運動，建
立了四輪車輛橫向動力學(xué)模型。研究了由于車輛轉(zhuǎn)向引起的側(cè)傾導(dǎo)致輪胎垂直載荷的重
新分配的問題。進一步對影響轉(zhuǎn)向運動的側(cè)偏力和回正力矩的特性，分別從輪胎壓力、
垂直載荷和路面狀況等方面進行分析和研究，建立了車輛的輪胎模型。將得到的車輛模
型和輪胎模型連接起來，構(gòu)建了研究電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛轉(zhuǎn)向仿真平臺并進行了仿
真實驗。
分析和研究了電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機械部分和電氣部分的各構(gòu)成環(huán)節(jié)，并對各部分進行
了參數(shù)化處理。在進行電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運動和受力分析的基礎(chǔ)上，采用等效轉(zhuǎn)換的方法，
建立了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的二自由度機械模型。在分析助力電機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立了助力電機
模型。在分析電控單元控制模塊的組成的基礎(chǔ)上，建立了電控單元模型。在研究三者之
間的傳遞關(guān)系的基礎(chǔ)上，將機械系統(tǒng)模型、助力電機模型和電控單元模型合成為完整的
電動助力轉(zhuǎn)向模型。再將電動助力轉(zhuǎn)向模型引入車輛模型和輪胎模型構(gòu)成的仿真平臺
中，由此建立了含有電動助力轉(zhuǎn)向模型、輪胎模型和車輛模型的完整電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
研究的仿真實驗平臺。
通過分析車輛和駕駛員對轉(zhuǎn)向控制的要求和特點，確定了助力特性的基本要求。在
電動轉(zhuǎn)向控制中采用了助力控制、補償控制、回正控制和阻尼控制等控制策略。在助力
控制的研究中，分析和比較了三種助力特性曲線，確定了本系統(tǒng)的電動助力轉(zhuǎn)向的基本
助力控制算法。針對助力電機慣性和摩擦等環(huán)節(jié)的存在，采用了根據(jù)電機轉(zhuǎn)速變化的補
償控制算法。在回正控制中，采用了依據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速的回正控制算法，實
現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤快速回正。同時在電動助力轉(zhuǎn)向控制中引入了阻尼控制，防止在車輛高速行駛
或路面不平時，出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向盤振蕩。為實現(xiàn)電動助力轉(zhuǎn)向的不同控制要求，在電動助力轉(zhuǎn)向控制策略中，采用了多種控制算法。
考慮到EPS系統(tǒng)動力學(xué)分析中進行的理想化處理，車輛在使用中載荷的變化等引起
控制對象模型參數(shù)的不確定性以及傳感器噪聲、路面干擾等難題，為了滿足助力轉(zhuǎn)向跟
蹤性、路感要求和穩(wěn)定性的性能指標，建立了電動助力轉(zhuǎn)向器的廣義模型，分析和確定
了滿足各種性能指標要求的權(quán)函數(shù)，采用Matlab魯棒控制工具，設(shè)計了基于H一的混合
靈敏度魯棒控制器，并對引入控制器后的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了仿真實驗，實驗結(jié)果
表明系統(tǒng)具有強的魯棒性。
在理論研究基礎(chǔ)上，對電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制單元Ecu(El七et颯工COntrolunit)進行
了設(shè)計。針對電控單元的輸入和輸出信號的不同特點進行了分析，并設(shè)計了相應(yīng)的處理
控制電路。其中扭矩輸入信號采用了三路處理模式，兩路作為扭矩信號，一路直接經(jīng)窗
口比較器通過H橋控制助力方向。助力電機采用直流永磁電機，由NMOS管構(gòu)成的H
橋驅(qū)動，控制采用脈寬調(diào)制PWM和助力電機電流PID的反饋控制。從轉(zhuǎn)向安全角度出
發(fā)，針對助力系統(tǒng)出現(xiàn)失效時，設(shè)計了故障檢測和處理電路。
最后研究了電動助力轉(zhuǎn)向臺架實驗的方案。對實驗需要的各種車輛運行狀態(tài)信號的
模擬方法進行了分析和確定，實際車輛的發(fā)動機速度、車速、轉(zhuǎn)向扭矩信號采用儀器模
擬輸入ECU，轉(zhuǎn)向阻力矩采用磁粉制動器模擬，設(shè)計和完成了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實驗臺
架，并在該臺架上進行了ECU在EPS中和ECU脫離EPS的助力性能試驗。實驗結(jié)果
表明實際助力電流和理想助力電流有比較好的一致性，同時驗證了建立的ECU離線檢
測和開發(fā)平臺的有效性。
關(guān)鍵詞:電動轉(zhuǎn)向助力特性H_控制電控單元臺架實驗





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