电动助力转向系统的研究与设计

由于动力转向系统具有转向操纵灵活、轻便、并可吸收路面对前轮产生的冲击等优点，自20世纪50年代以来在各国汽车上开始普遍应用。现今液压助力转向器(HPS)是以内燃机作为动力的汽车助力转向器的主流。但是传统的HPS需要持续的能量消耗，降低了汽车的燃油经济性。同时其复杂的液压系统具有助力特性不可调整、污染环境、维修不便等缺点。相比之下，20世纪80年代开始研究的汽车上的电能为动力的电动助力转向系统(EPS)除具有传统液压助力转向系统(HPS)的优点外，还具有助力大小可调、路感可调、环保、耗能低、维护方便等优点，因此自20世纪80年代以来世界著名汽车厂商纷纷开始研究开发EPS，并取得了很大的进展。 本文首先介绍了EPS系统的组成原理和各个部分的结构特点并给出了部分试验数据。由于汽车操纵稳定性是关系汽车安全性和舒适性的重要性能，因此设计EPS系统必须首先考虑EPS的控制策略。根据对汽车转向系统的动力学分析建立了汽车转向系统的方向盘转角输入和驾驶员力矩输入的数学模型，通过MATLAB／SIMULINK的仿真得出了汽车转向系统的角输入和力输入时的汽车转向系统的动力学特性。然后结合传感器和控制器的动力学特性建立整个EPS系统的动力学模型。分析了现有的计算目标电流PD控制策略和PD控制策略下影响驾驶员路感的因素。在此基础上，提出了以驾驶员力矩作为输入的模糊(Fuzzy)控制策略。通过抑制地面脉冲输入的仿真比较了这两种控制策略，可以得到在此情况下Fuzzy控制较之PD控制，具有响应迅速、超调量小、稳定快等优点。但是由于Fuzzy控制的理论目前还不完善，因此如果要将其应用到实际的EPS系统控制策略中时必须结合大量汽车转向试验来制定的Fuzzy规则。因此下一步的研究工作应该是汽车转向系统操纵稳定性的试验研究。