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电动助力转向系统的控制系统设计3/16/2020DesignofControlSystemforElectricPowerSteeringSystem毛建伟杨建中蔡志标陈仁史MaoJianwei,YangJianzhong,CaiZhibiao,ChenRenshi(上海海马汽车研发有限公司上海龙东大道6111号201201)(ShanghaiHaimaAutomotiveRDCo.,LTD,No.6111,LongdongAve,Shanghai,201201,China)
目录1、引言2、电动助力转向系统数学模型的建立3、EPS控制系统设计及仿真研究4、台架试验及结果分析5.结论《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/2020
1.引言1.1汽车转向系统发展历程机械式转向系统动力转向系统液压助力转向系统电液助力转向系统电动助力转向系统线控转向系统《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/2020
1.2电动助力转向系统的简介、、EPS系统主要由机械转向装置、转矩传感器车速传感器、助力电机减速机构、电子控制单元(ECU)组成,如右图所示。《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史电动助力转向系统由于具有节能,安全,环保,转向性能好而受到业内人士的青睐。代表了汽车转向技术的发展方向,具有广阔的产业化前景。3/16/2020转向轴助力式电动助力转向系统毛建伟杨建中蔡志标陈仁史
1.3研究的目的和意义3/16/2020汽车转向系一直存在着“轻”与“灵”的矛盾,而且转向力与路感也相互制约。EPS由电机提供助力,助力大小由电控单元(ECU)实时调节与控制,可以较好地解决上述矛盾。EPS控制策略的设计是EPS系统的关键技术之一,如何得到任意车速下的助力曲线是研究EPS技术的重点与难点。国内电动助力转向研究领域,对EPS控制策略的研究主要集中在常规助力控制,对以提高汽车高速行驶稳定性为目标的阻尼控制研究较少,因此有必要开展该方面的研究,使设计的EPS性能更适合汽车实际行驶需要。《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史
首先,需要建立研究对象的数学模型,本文建立了线性三自由度汽车模型与EPS系统的集成数学模型。2.1线性三自由度汽车模型在侧倾转向效应较大时,线性二自由度的汽车模型就不够精确了,这时就必须计入侧倾自由度对角输入操纵运动的影响。列出三自由度车辆运动微分方程并整理得到:《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/20202电动助力转向系统数学模型
图1转向俯视图图2转向后视图《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/2020
2.2 EPS系统动力学模型型转向盘和转向柱输入轴子模电动机模型输出轴子模型齿条子模型EPS动态模型《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/2020
转向盘和转向轴子模型《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/2020
电动机模型《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/2020
输出轴子模型《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/2020
齿条子模型《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/2020
动力学方程《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/2020
汽车转向模型与EPS系统集成的状态方程《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史3/16/2020
3/16/2020
3EPS控制系统设计及仿真研究常规助力控制3/16/2020回正控制阻尼控制EPS的控制模式迅速地回到中间位置回到中间位置附近的阻尼控制提高汽车高速直线行驶稳定性,使驾驶员获得“稳重”的手感。一般来说,这三个控制过程相对独立,可分别进行研究。《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史
3.1电动助力转向系统的PD控制及仿真分析由于EPS是一个有差系统,所以EPS采用的是一个不完全的PID控制,即PD控制,比例环节能够实现转向轻便,微分环节能够获得所需的阻尼系数。EPS的PD控制结构图3/16/2020《电动助力转向系统的控制系统设计》毛建伟杨建中蔡志标陈仁史
小齿轮输入时的方向盘把持力矩响应的仿真结果图为分别采用P控制和PD控制,对转向
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