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1、电动助力转向系统助力控制策略仿真研究第30卷第1期2011年3月成都大学(自然科学版)3ournalofChengduUniversity(NaturalScienceEdition)Vbl.30NO」Mar.2011文章编号：1004—5422(2011)01—0052—04电动助力转向系统助力控制策略仿真研究丁峻强，唐岚，王圆圆，谢林(西华大学交通与汽车工程学院，四川成都610039)摘要:分析了汽车电动助力转向系统的结构，选择宜线型的助力特性曲线进行控制,通过PID控制方法对电机进行控制，建立电机控
2、制的数学模型，并在Matlab/Simulink仿真环境中搭建出电动助力转向系统模型，通过不断地调整控制器参数观察输出结果，直到使系统的控制效果达到最优.关键词:电动助力转向;策略;电机控制;数学模型;仿真中图分类号:U461.4文献标识码:A0引言2系统数学模型口前，越來越多的汽车都安装了电动助力转向系统(EPS),随着机电一体化技术的不断进步,EPS己由最初安装在小型车，逐渐应用到中型车，甚至大型车上.相对于传统的液压动力转向系统，电动助力转向系统有很多的优点，比如，更低的燃油消耗率，更好的转向稳定性
3、，这使车辆在行驶时更安全可靠.目前的EPS系统不仅仅着眼于助力,而更多地关注转向的安全性，轻便性和舒适性.1电动助力转向系统汽车电动助力转向系统(EPS)由机械结构和电子单元两部分构成.机械部分包括方向盘，转向柱，扭杆,齿轮减速机构，助力屯机,齿轮齿条等;电子部分包括方向盘转矩传感器，车速传感器和电控ECU等-.汽车电动助力转向系统的结构如图1所示.图1汽车EPS系统结构简图利用牛顿第二定律和动量矩定理，图1所示的系统可建立如下数学模型2】:T(l)P(m,+辱),+(6+B),+(++/・Rp华)汁⑵D
4、PIPfPL+B+K.0一GKm=_Zor=K3(3)P式屮，为转向轴，转向盘等的效转动惯量,B为转向轴阻尼系数,K为转向轴的刚性系数,0为转向柱旋转角,为转向盘输入转矩,G为蜗轮蜗杆减速比,i为助力电机输入电流，为等效弹簧的弹性系数,，为齿条的位移量,为电动机转动惯量，B为电动机阻尼系数，为电动机和减速机构刚性系数,0为电动机转角，为小齿轮半径，为助力增益系数,b为齿条阻尼系数,•为减速机构阻尼系数,m,为小齿轮和齿条的等效质量.3助力控制选择3.1助力策略车辆在行驶过程中，当转向力矩过大时，需要EPS
5、电控单元发出指令给助力电机,助力电机转动并产生扭矩为转向系统提供助力矩.收稿日期:2010—11—15・基金项目：1〜1JJ1省科技厅科技支撑项目(2009PZ0054)资助项目.作者简介:丁峻强(1986—)，男，硕士研究生，从事汽车电子控制技术研究第1期丁峻强,等:电动助力转向系统助力控制策略仿真研究?53?助力控制就是利用电动机转矩和电动机电流成比例这一特性.车速信号可由车速传感器测得，方向盘转矩传感器测出的方向盘力矩大小和方向，根据车速和方向盘力矩,EPS电控单元由助力特性表查出电动机目标电流，通
6、过输出给电动机对应电流来控制电动机输出的力矩,进而实现车辆的助力控制.在该控制过程屮，助力特性曲线确定系统的控制目标,决定着EPS系统的性能.通常EPS的助力特性曲线属于车速感应型，在同一方向盘力矩输入下，电动机的目标电流随车速的增加而降低，从而能较好地兼顾轻便性与路感的要求J.目前，电动助力转向系统的助力特性一般有3种，即直线型，折线型和曲线型_4J.由于直线型助力特性具有形式简单，容易调节等优点,因而被广泛釆用•直线段的斜率被称为助力比，直线段的助力电流与转向盘的转矩成正比.图2为一典型的直线型助力特
7、性曲线•在低速时,转向阻力较大，此吋除了方向盘转向力矩之外，需要EPS提供较大的助力;随着车速的增大，转向阻力会减小，此时的EPS提供较小的助力;车速继续增大到一定值时(一般选取车速二80m/s)・・・,车辆转向时不再需要助力，此时助力屯机停止输出助力矩.图2一种典型的直线型助力特性曲线3.2PID控制模型本文所讨论的EPS系统的助力电动机选择直流电动机，其电动机冋路可描述为，11=十Ri十(4)式中,£为电动机电感,k为反电动势系数，为电动机回路电阻，为电动机回路两端的电压.目前,PID控制在控制系统中
8、应用非常广泛，它具有结构简单，稳定性好，工作可靠,调整方便等优点.EPS在助力模式控制下，电流采用PID控制，助力系统PID控制器设计的根本任务是选择适当的控制参数使系统达到预期的目标•在选择EPS控制器参数前，应首先确定PID控制器的结构，以保证被控系统的稳定，并尽可能消除静态误差•因此，对于控制对象来说，应选择包含有积分环节的控制器，并选择合适的比例系数，使系统静态误差保持在允许范围内，对于具有纯滞后性质的对彖，则往往应加
