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1、第22卷第4期常州工学院学报Vol.22No.42009年8月JournalofChangzhouInstituteofTechnologyAug.2009汽车电动助力转向系统的设计胡春花(镇江高等专科学校电子信息系,江苏镇江212003)摘要:文章研究了电动助力转向系统的基本组成及工作原理,建立了系统模型,推导出系统的状态方程。助力转向系统的电机转矩采用电流控制策略,并结合系统模型进行仿真。仿真结果表明,控制系统反映了电动助力转向系统的工作情况,并具有良好的转向助力效果。关键词:车辆工程;电动助力转向系统;数学模型;控制策略;仿真中图分类号:U463.4文献标识码:A文章编号
2、:1671-0436(2009)04-0053-05TheDesignofElectricPowerSteeringSystemHUChun2hua(DepartmentofElectronicsandInformationScience,ZhenjiangCollege,Zhenjiang212003)Abstract:Thispaperintroducesthetheoryofelectricpowersteeringsystemandhowtocreateitsmath2ematicmodelandhowtoderivethestateequation.Italsosim
3、ulatesthemodelinMATLABandtheresultindicatesthatthesteeringwheeliseasytocontrol,andreturnsquicklywithgoodsteeringfeelingbyusingthemodelofelectricpowersteeringsystem.Keywords:vehicleengineering;electricpowersteering;mathematicmodel;controlstrategy;simulation电动助力转向系统EPS(ElectricPowerSteer21EPS组
4、成及其工作原理ing)是在传统的机械式转向系统的基础上,利用直流电动机作为动力源,电子控制单元根据转向电动助力转向系统主要由车速传感器、转向盘参数和车速等信号控制电动机转矩的大小和转动转动传感器(包括扭矩传感器和转速传感器)、电子方向。与传统的液压转向系统相比,电动助力转控制单元、功率驱动电路、离合器和直流电动机等[2]向系统直接通过电动机的输出给驾驶员提供助组成。力,电动机只有在转向时才工作,在不进行转向时工作原理:电子控制单元(ECU)根据各传感几乎没有动力消耗,使汽车具有更好的燃油经济器输出的信号决定电动机的转动方向和最佳助力性;同时具有轻型小巧,装配迅速,易于调整,噪声
5、转矩,向电动机和离合器发出控制信号,通过功率及废油、废气污染小等优点。目前没有标准的驱动电路控制直流电动机的转动,电动机的输出经EPS模型[1],本文提出EPS模型强调轻巧、易于过减速机构减速增扭后,驱动齿轮齿条机构,产生相应的转向助力。其控制系统的基本结构如图1调整,适用于小型汽车。该模型结合实验和仿真,所示。验证了其精确性和实用性。收稿日期:2008212212基金项目:江苏省苏北技术创新引导基金(BN2008010);2008江苏省“青蓝工程”基金资助作者简介:胡春花(1972—),女,讲师。54常州工学院学报2009年正比,即有:Tsen=Ks(θs-θe)(2)式(2
6、)中,Ks为扭杆的刚性系数,θe为输出轴的旋转角。系统采用永磁式直流电动机,电动机的端电压U与电感L、电枢电阻R、反电动势常数Kb、转图1EPS结构框图dθm速、电流I和时间t之间的关系为:dt2EPS数学模型建立dθdImU=L+RI+Kb(3)dtdt为了研究EPS系统的动态特性及EPS系统对汽车操纵性的影响,EPS数学模型的建立是进电动机产生的电磁转矩为:Tm=KaI,其中Ka为电动机的转矩系数。行理论研究必不可少的一个环节。如图2所示,对电动机机械部分受力分析,可以得到:EPS的机械部分主要可分为转向盘和转向轴、电2动机、减速结构和齿轮齿条4个主要部分,根据系dθmdθ
7、mJm2+Bm=Tm-Ta(4)dtdt统的使用条件和研究对象,忽略一些次要因素,对式(4)中,Jm为电动机和离合器的转动惯量,EPS部件进行简化,在简化的基础上,根据牛顿运动定律建立各部分的力学模型Bm为电动机黏性阻尼系数,θm为电动机的转角,,然后再根据各部件之间的相互约束关系Tm电动机电磁转矩,Ta为电动机输出转矩。,联立各模型,得到整个系统的模型[3]。在实际的控制系统中,电动机助力转矩Ta可以表示为:Ta=Km(θm-Gθe),其中Km为电动机的减速机构的输出轴刚性系数。对转向柱输
