汽车作为重要的工业之一,支撑着我国经济发展。作为汽车的重要组成部分,EPS系统有以下两个优点:
1、可以让操作员的驾驶感提升;
2、可以使驾驶员的体力消耗有所降低。
光从这两方面优势便让EPS系统脱颖而出,成为当今汽车世界的新的宠儿。因此本文将对其进行深入的探究。本文的具体内容如下:
(1)本文对电动助力系统的分析包括EPS系统的发展现状、系统结构和工作机理,从而对EPS系统有关组成部分进行了分析。并根据以上的分析,从而得到了电动助力系统控制器整体结构。
(2)我们根据前面的分析后,再在相关软件中,组建出我们所需的仿真模型。并深入的剖析EPS系统功率的特性和控制的策略,并设计助力特性曲线。最后探究EPS系统控制的策略,设计出我们所需的策略。
关键词:电动助力转向系统,助力特性,控制策略
EPS最早应用在铃木公司生产的汽车上。1988年,日本的Suzuki公司首先将EPSTM安装在其公司所生产的Cervo车上,随后又在其公司生产的其他系列车上成功的装配了电动助力转向系统。之后,世界上其他的汽车巨头也开始开发EPS的研究工作。此后,EPS技术迅速发展。EPS系统涵盖了机械、电器及控制三个学科,在不同的角度和领域都得到了大量的探索和研究。当前,控制技术已成为EPS系统研究的核心内容,并取得了许多重要的研究成果。纵观当今社会有关EPS的相关研究,我们可以看到以下几个层面会是未来研究的重点:
(1)EPS助力控制策略
所谓的助力控制就是EPS系统在工作时,电机输出转矩的大小、方向等方面将受其控制。从而减小驾驶员在操纵转向盘时的手力矩。助力控制策略的主要依据是当前的转向输入力矩和汽车的行驶速度。
(2)EPS控制器设计
EPS系统设计的核心之一:EPS控制器。早在上个世纪八、九十年代,国外便开始了针对电子液压助力转向系统和电动助力转向系统的研究,到目前为止国外的针对有刷电机和无刷电机的控制器硬件设计和软件开发已经非常成熟。我国虽然是后起之秀,但近年在该领域的投入正在逐年增大。自从本世纪以来,我国在EPS控制器方面的研究发展非常迅速,并在包括控制器软硬件开发方法、可靠性设计、总线通信技术、故障诊断、整车性能匹配等各个方面取得了大量的研究成果。
(3)电子元器件的集成化
由于科学技术的发展,大量新科技电子电器零件与高精度的精密传感器投入使用,使汽车电器化程度大幅提高,这不但降低了EPS系统的成本,而且提高了电子器件的性能。新型控制器的引入,使得数据处理能力更强,为各种复杂有效的控制算法的实现提供了基础。
(4)可靠性设计
汽车转向系统的可靠性直接影响着行车安全性,必须保证高度可靠。
由于EPS系统的复杂多变导致要想准确的得到其真实模型是一件很困难的事情因此,为了方便研究和对其模型的建立,我们往往会对其进行必要的简化。例如对转向柱式,我们可以将它等效为一个刚度为的扭力杆。图3.4就是我们简化后的模型图。
其中,h表示转向盘的转角,
c化表示前轮等效到转向轴的转角,
m表示助力电机的转角,Jh表示方向盘及上转向轴的转动惯量,Jc表示前轮及转向机构向转向轴等效后的转动惯量,Jm表示助力电机的转动惯量,Td打表示转向盘上施加的转矩,Tr表示等效到转向轴的转向阻力矩,Tm表示电动机的电磁转矩,T a表示电机作用到转向轴的助力矩,Bh表示转向轴与支承之间的摩擦系数,Bc表示转向机构与前轮等效到转向轴的摩擦系数,Bm表示电动机转轴与支承之间的摩擦系数,gm表示从电动机到转向轴的传动比[1]。
最后我们根据以上所得的简化模型及有关参数,在MATLAB中,先单独建立出机械转向系统模型、电机模型和控制器模型,再将他们组合起来组成一个完整的EPS系统,其整体模型如图所示:
以下是通过仿真得到在车速30km/h和60km/h下,助力电机目标电流的跟踪曲线。
通过这两图,我们可以得到在我们的的设计实验中,控制器对目标电流有很快的反应,同时提供的助力也很迅速。而且通过模糊PID控制的电机,在实验中的实际电流具有超调小和良好的跟踪效果的优点。最后我们使用工况控制机进行一系列不同车速的模拟,然后收集其数值并生成助力特性曲线,