電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)介

1、電動(dòng)助力簡(jiǎn)介何謂EPS電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EPS就是英文Electric Power Steering System的縮寫(xiě),即電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動(dòng)助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡(jiǎn)單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn)。正是有了這些優(yōu)點(diǎn)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù)，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 駕駛員在操縱方向盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號(hào)

2、輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)距電壓信號(hào)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車(chē)速信號(hào)等，向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動(dòng)力。汽車(chē)不轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元不向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，電動(dòng)機(jī)不工作。技術(shù)優(yōu)勢(shì) 1、節(jié)能環(huán)保 由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液壓泵始終處于工作狀態(tài)，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量增加了35，而EPS以蓄電池為能源，以電機(jī)為動(dòng)力元件，可獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作，EPS幾乎不直接消耗發(fā)動(dòng)機(jī)燃油。EPS不存在液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的燃油泄漏問(wèn)題，EPS通過(guò)電子控制，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有污染，更降低了油耗。 2、安裝方便 EPS的主要部件可以配集成在一起，易于布

3、置，與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比減少了許多元件，沒(méi)有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲(chǔ)油罐等，元件數(shù)目少，裝配方便，節(jié)約時(shí)間。 3、效率高 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率一般在60%70%，而EPS的效率較高，可高達(dá)90以上。 4、路感好 傳統(tǒng)純液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系大多采用固定放大倍數(shù)，工作驅(qū)動(dòng)力大，但卻不能實(shí)現(xiàn)汽車(chē)在各種車(chē)速下駕駛時(shí)的輕便性和路感。而EPS系統(tǒng)的滯后特性可以通過(guò)EPS控制器的軟件加以補(bǔ)償，使汽車(chē)在各種速度下都能得到滿(mǎn)意的轉(zhuǎn)向助力。 5、回正性好 EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅操作簡(jiǎn)便，還可以通過(guò)調(diào)整EPS控制器的軟件，得到最佳的回正性，從而改善汽車(chē)操縱的穩(wěn)定性和舒適性。主要結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品由轉(zhuǎn)向傳

4、感裝置、車(chē)速傳感器、助力機(jī)械裝置、提供轉(zhuǎn)向助力電機(jī)及微電腦控制單元組成。 工作原理 微電腦控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向傳感裝置和車(chē)速傳感器傳出的信號(hào)，確定轉(zhuǎn)向助力的大小和方向，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)輔助轉(zhuǎn)向操作。助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)被具有助力功能的動(dòng)力轉(zhuǎn)系統(tǒng)所取代。目前，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有三種形式：液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)。助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)程的幾個(gè)典型階段：液壓助力轉(zhuǎn)向階段：HPS是在傳統(tǒng)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加控制閥、動(dòng)力缸、油泵、儲(chǔ)油罐和進(jìn)回油管路等液壓動(dòng)力裝置來(lái)提供轉(zhuǎn)向助力。HPS具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)提高

5、轉(zhuǎn)向輕便性，減小駕駛員駕駛疲勞強(qiáng)度；(2)液壓系統(tǒng)的阻尼作用可以衰減道路不平度對(duì)方向盤(pán)的沖擊；(3)如果在汽車(chē)高速行駛時(shí)發(fā)生爆胎，將導(dǎo)致汽車(chē)方向盤(pán)難以把握，應(yīng)用HPS可以使駕駛員較容易地把握方向盤(pán)，提高行駛的安全性；(4)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以提供較大的助力，允許轉(zhuǎn)向車(chē)輪承受更大的負(fù)荷，不會(huì)引起轉(zhuǎn)向沉重的問(wèn)題；(5)技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，工作安全可靠，價(jià)格比較便宜。同時(shí)HPS也有很多不足：(1)選定參數(shù)、設(shè)計(jì)完成之后，助力特性就確定了，不能再進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，因此很難協(xié)調(diào)汽車(chē)轉(zhuǎn)向輕便性和路感之間的矛盾；(2)無(wú)論汽車(chē)是否轉(zhuǎn)向，只要發(fā)動(dòng)機(jī)工作，油泵就一直運(yùn)轉(zhuǎn)，浪費(fèi)燃料，使整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性變差；(3)存在滲

6、油問(wèn)題，泄漏的液壓油會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；(4)對(duì)工作溫度有一定的要求，低溫工作性能較差。電控液壓助力轉(zhuǎn)向階段：電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理：采用車(chē)速傳感器把車(chē)速信號(hào)傳遞給控制器，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動(dòng)力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的手力可以根據(jù)車(chē)速和汽車(chē)行駛工況的變化而變化，由此便可以做到在低速行駛和急轉(zhuǎn)彎時(shí)助力顯著增加，能以很小的手力操縱轉(zhuǎn)向；而高速和小角度轉(zhuǎn)彎時(shí)能以稍重的手力操縱轉(zhuǎn)向，獲得較強(qiáng)的路感以提高汽車(chē)的操縱性能，這樣使汽車(chē)的操縱性和穩(wěn)定性達(dá)到最佳的平衡狀態(tài)。電控液壓助力轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn)：(1)該系統(tǒng)是在原有的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，原有的系統(tǒng)都可利用，不需更改布置方案。(2)低速急轉(zhuǎn)

7、彎時(shí)的轉(zhuǎn)向效果不變，高速時(shí)可自動(dòng)根據(jù)車(chē)速逐步減小助力，增強(qiáng)路感，提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性。(3)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵，節(jié)約能源。(4)有失效保護(hù)系統(tǒng)，電子元件一旦失靈則還可以利用原液壓系統(tǒng)安全工作，保證了系統(tǒng)的可靠性。電控液壓助力轉(zhuǎn)向的缺點(diǎn)：即使如此，液壓裝置的存在使得該系統(tǒng)仍有難以克服的缺點(diǎn)，如存在壓力油的滲漏；零件增加后管路設(shè)計(jì)復(fù)雜，不便于安裝維修及檢測(cè)；同時(shí)在原有系統(tǒng)上增加了電子系統(tǒng)，增加了成本。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：其工作原理是：扭矩傳感器感知出駕駛員施加到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力矩后送控制單元，控制單元根據(jù)力矩大小結(jié)合車(chē)速等信號(hào)確定應(yīng)當(dāng)提供的助力大小和方向，再通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)向力。有

8、以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為機(jī)械和液壓連接，效率低，而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為機(jī)械與電機(jī)連接，效率較高；2、方向盤(pán)的轉(zhuǎn)向特性、轉(zhuǎn)向手感和汽車(chē)的穩(wěn)定特性，可以通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化，所以其功能顯然優(yōu)于傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)；3、在低速時(shí)，助力系統(tǒng)提供較大的助力助力大小隨車(chē)速的增加而逐漸減小，而傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)在高速時(shí)往往會(huì)趨于產(chǎn)生過(guò)度的助力；4、能耗少，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅在需要轉(zhuǎn)向時(shí)才啟動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生助力，使汽車(chē)油耗得到降低；5、裝配性好，一體式模塊系統(tǒng)，便于總裝裝配，降低裝配成本。EPS的零部件數(shù)日少，電動(dòng)機(jī)，傳感器和電子控制單元(ECU)均町以組合在一起，因此整體外形尺寸減小了；6、“路感”好，由丁

9、EPS內(nèi)部采用性連接，系統(tǒng)的滯后特性可通過(guò)軟件來(lái)控制而且可以根據(jù)駕駛蛐的操作習(xí)慣進(jìn)行調(diào)節(jié)；7、對(duì)環(huán)境污染小。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓回路中有液壓軟管和接頭，往往存在油液泄漏問(wèn)題，而且液壓軟管是不可回收的，對(duì)環(huán)境有一定的污染，而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有污染；8、可獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作。即使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還能照常工作，岡此很適用于將來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)或電汽混合動(dòng)力型車(chē)。電動(dòng)機(jī)安裝位置的不同，EPS系統(tǒng)可以分為四種基本類(lèi)型，轉(zhuǎn)向柱助力式、單齒輪助力式、雙齒輪助力式和齒輪齒條助力式。EPS可靠性測(cè)試系統(tǒng)研究試驗(yàn)臺(tái)的工作原理試驗(yàn)系統(tǒng)主要由工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制部分、數(shù)據(jù)采集部分、速度信號(hào)發(fā)生部分組成,

10、其結(jié)構(gòu)原理EPS可靠性測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖IPC是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的主控系統(tǒng),它負(fù)責(zé)試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)條件的控制,向速度信號(hào)發(fā)生器、步進(jìn)電機(jī)和磁粉制動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào),使EPS工作在規(guī)定的試驗(yàn)工況下。同時(shí)IPC對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,將采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后在計(jì)算機(jī)屏幕上以數(shù)字和曲線(xiàn)的形式實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。在試驗(yàn)中, EPS要工作在不同的工況條件下, EPS在試驗(yàn)臺(tái)架上的工況包括輸入端的模擬轉(zhuǎn)向操作、輸出端的轉(zhuǎn)向負(fù)載變化、汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及行駛速度。EPS輸入端的轉(zhuǎn)向操作采用步進(jìn)電機(jī)來(lái)模擬,步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角均可由計(jì)算機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡來(lái)控制。EPS的輸出端載荷采用磁粉制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力來(lái)模擬,計(jì)算機(jī)通

11、過(guò)向磁粉制動(dòng)器的控制器發(fā)送模擬量控制信號(hào)即可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩大小控制。車(chē)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也是EPS工作的一個(gè)重要參數(shù), EPS在不同的車(chē)速下有不同的助力特性,在該試驗(yàn)臺(tái)中采用了脈沖信號(hào)發(fā)生卡來(lái)產(chǎn)生與汽車(chē)速度相對(duì)應(yīng)的車(chē)速和發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)。在試驗(yàn)中要對(duì)試驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,因此數(shù)據(jù)采集也是該試驗(yàn)臺(tái)的一個(gè)重要部分,在EPS可靠性試驗(yàn)中主要采集的試驗(yàn)參數(shù)是輸入端的力矩,使用動(dòng)態(tài)扭矩傳感器來(lái)采集試驗(yàn)過(guò)程中的扭矩值,將采集到的扭矩值送入到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡,計(jì)算機(jī)通過(guò)分析采集到的扭矩值來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整試驗(yàn)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)可靠性試驗(yàn)狀況的自動(dòng)監(jiān)控。EPS可靠性測(cè)試系統(tǒng)外形結(jié)構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)該測(cè)試系統(tǒng)的軟件采用Visu

12、al Basic語(yǔ)言開(kāi)發(fā),軟件使用了模塊化結(jié)構(gòu)。整套EPS可靠性測(cè)控軟件包括數(shù)據(jù)采集顯示模塊、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊、磁粉制動(dòng)力矩加載模塊、信號(hào)模擬模塊?？煽啃詼y(cè)試系統(tǒng)的軟件界面如圖所示。測(cè)控軟件界面數(shù)據(jù)采集顯示模塊在試驗(yàn)過(guò)程中要采集EPS輸入端的扭矩信號(hào)值來(lái)判斷試驗(yàn)狀態(tài),從而及時(shí)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)和磁粉制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。在試驗(yàn)中扭矩傳感器輸出的是模擬量信號(hào),其范圍是±5 V。計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集顯示模塊讀取該信號(hào),通過(guò)換算得出EPS輸入端的扭矩值。在得到扭矩值后,數(shù)據(jù)采集顯示模塊將采集到的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上以數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)的形式顯示出來(lái)。電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊在該測(cè)試系統(tǒng)中, EPS的輸入端依靠步進(jìn)

13、電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。計(jì)算機(jī)通過(guò)控制安裝在PCI插槽中的運(yùn)動(dòng)控制卡來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要改變電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),計(jì)算機(jī)通過(guò)調(diào)用該控制模塊即可及時(shí)調(diào)整EPS輸入端的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。磁粉制動(dòng)力矩加載模塊在試驗(yàn)過(guò)程中, EPS轉(zhuǎn)動(dòng)到不同的位置時(shí)磁粉制動(dòng)器所需產(chǎn)生的阻力矩是不同的。因此,在試驗(yàn)中要實(shí)時(shí)調(diào)整磁粉制動(dòng)器的制動(dòng)力矩以便更加準(zhǔn)確地模擬EPS輸出端的轉(zhuǎn)向阻力。在該軟件中設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的控制程序模塊,當(dāng)需要改變制動(dòng)力矩時(shí),通過(guò)調(diào)用該模塊,修改模塊里面的力矩參數(shù)即可改變制動(dòng)力矩的大小。信號(hào)模擬模塊EPS的正常工作需要汽車(chē)的點(diǎn)火信號(hào)、車(chē)速信號(hào),有些EPS還需要使用到汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)。在該測(cè)試系統(tǒng)中,這些信號(hào)

14、都是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制相關(guān)的板卡來(lái)模擬的。點(diǎn)火信號(hào)為數(shù)字量信號(hào),車(chē)速和發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)為脈沖信號(hào)。計(jì)算機(jī)通過(guò)該模塊修改相關(guān)參數(shù)即可調(diào)整脈沖信號(hào)的頻率,從而模擬不同的速度信號(hào)。測(cè)控軟件的工作方式當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的軟件進(jìn)入試驗(yàn)狀態(tài)后,軟件先讀取人機(jī)交互接口上試驗(yàn)人員輸入的試驗(yàn)參數(shù),試驗(yàn)將依據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行。軟件初始化計(jì)算機(jī)中的各種板卡,在初始化板卡成功后,計(jì)算機(jī)開(kāi)始采集試驗(yàn)數(shù)據(jù),控制模塊向EPS發(fā)送點(diǎn)火信號(hào)、車(chē)速和發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)速信號(hào);然后測(cè)控軟件將按照試驗(yàn)設(shè)定的參數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)和磁粉制動(dòng)器的工作,同時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊不間斷地采集試驗(yàn)數(shù)據(jù),監(jiān)控試驗(yàn)進(jìn)程和狀態(tài),直至完成設(shè)定的試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)后測(cè)試才結(jié)束。如圖所示為測(cè)控軟件的工作流程

15、。EPS系統(tǒng)助力特性與控制策略助力特性與控制策略是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的兩大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，助力特性決定了控制器的控制程序所依據(jù)的力學(xué)模型，即電控單元根據(jù)車(chē)速與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，由助力特性決定電動(dòng)機(jī)輸出助力的大小，以滿(mǎn)足汽車(chē)在不同行駛路況下的要求?？刂撇呗詣t是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于EPs系統(tǒng)通常都處于復(fù)雜多變的工作環(huán)境，傳感器噪聲、電壓波動(dòng)、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、路面干擾、發(fā)動(dòng)機(jī)熱輻射以及電磁干擾等因素都可能對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，這些因素的存在對(duì)EPS系統(tǒng)控制策略的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。EPS系統(tǒng)的控制內(nèi)容主要包括助力控制、阻尼控制及回正控制等。圖3.1為一種典型的EPS系統(tǒng)控制策略框圖助力特性是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)

16、向系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容。助力特性體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)助力隨汽車(chē)運(yùn)動(dòng)狀況(車(chē)速和駕駛員的轉(zhuǎn)向盤(pán)手力)變化而變化的規(guī)律。電動(dòng)機(jī)助力與電動(dòng)機(jī)的電流成比例，而且隨著車(chē)速的增大而減小，同時(shí)與轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩也有關(guān)，因此可以用電動(dòng)機(jī)電流、轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩、車(chē)速三者的變化關(guān)系曲線(xiàn)來(lái)表示助力特性。對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，理想的助力特性應(yīng)使轉(zhuǎn)向輕便性與路感的關(guān)系得到很好的平衡，并且能夠?yàn)轳{駛員提供與機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)盡可能一致的、可控的轉(zhuǎn)向特性，既能滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向輕便性的要求，同時(shí)也能保證在整個(gè)助力特性區(qū)域內(nèi)都具有良好的路感，這樣駕駛員就很容易判定出汽車(chē)行駛狀況的變化，從而確定所需要的轉(zhuǎn)向操縱力矩的大小。助力目標(biāo)電流分別與車(chē)速、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲

17、線(xiàn)具有如下特征:(l)車(chē)速較低時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供的助力目標(biāo)電流比較大，可以滿(mǎn)足低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性。隨著車(chē)速的逐漸增大，助力目標(biāo)電流逐漸減小，提供的助力也逐漸減小，可以保證方向穩(wěn)定性。(VIF)(2)轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入力矩較小時(shí)，助力目標(biāo)電流較小，電動(dòng)機(jī)提供的助力也較小，可以保持較好的路感。(3)隨著轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入力矩的增大，助力目標(biāo)電流也增大，電動(dòng)機(jī)提供的助力也增大，從而可以使轉(zhuǎn)向輕便。上述的助力特性曲線(xiàn)特征表明，通過(guò)采用模糊控制器得到的助力特性曲線(xiàn)的特征滿(mǎn)足了EPS系統(tǒng)對(duì)助力特性曲線(xiàn)的基本要求。由于EPS系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)提供助力，電動(dòng)機(jī)的助力大小可以通過(guò)助力特性曲線(xiàn)方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，因此，可以很好的協(xié)調(diào)

18、轉(zhuǎn)向輕便性與路感的平衡關(guān)系。采用模糊控制器得到的EPS系統(tǒng)助力特性曲線(xiàn)能獲得比較理想的助力目標(biāo)電流值，只需通過(guò)修改轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入力矩、車(chē)速及助力目標(biāo)電流相應(yīng)的模糊論域、調(diào)整隸屬度函數(shù)及其模糊推理規(guī)則，就可非常方便的完成EPS系統(tǒng)助力特性與不同車(chē)型的匹配。EPS控制系統(tǒng)的控制模式EPS系統(tǒng)最基本、最主要的功能是助力與回正:助力控制減輕駕駛員轉(zhuǎn)向力，協(xié)助駕駛員轉(zhuǎn)向;回正控制協(xié)助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動(dòng)回正或在駕駛員操作下輕便回正。另外，為了減小轉(zhuǎn)向盤(pán)的抖動(dòng)，提高汽車(chē)高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性，還需要增加阻尼控制。于是，EPS系統(tǒng)基本的控制模式有三種:助力控制、回正控制與阻尼控制。(l)助力控制。這是EPS系統(tǒng)最主要、最基

19、本的功能。在助力控制模式下，電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)將助力轉(zhuǎn)矩作用在轉(zhuǎn)向軸上，以減輕駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的操縱力。這種控制模式通常都是利用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)電流成比例的特性，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)電樞電流來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩。當(dāng)汽車(chē)低速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力矩，并將該力矩以電信號(hào)的方式輸入到電控單元ECU中，然后ECU根據(jù)此時(shí)的轉(zhuǎn)向力矩及車(chē)速信號(hào)，根據(jù)制定的控制策略，控制電動(dòng)機(jī)輸出合適的助力，以此來(lái)協(xié)助駕駛員轉(zhuǎn)向，從而使轉(zhuǎn)向操縱輕便、靈敏;而當(dāng)汽車(chē)高速行駛時(shí)，ECU控制電動(dòng)機(jī)使其輸出的助力減小，以保證汽車(chē)高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性。(2)回正控制?；卣刂剖轻槍?duì)轉(zhuǎn)向回正特性提出來(lái)的

20、，回正控制能改善轉(zhuǎn)向盤(pán)的回正特性。汽車(chē)在轉(zhuǎn)向回正時(shí)，由于轉(zhuǎn)向輪主銷(xiāo)后傾角與主銷(xiāo)內(nèi)傾角的存在，使轉(zhuǎn)向盤(pán)具有自動(dòng)回正的特性。在理想情況下，轉(zhuǎn)向盤(pán)可以在自身回正力矩的作用下回正，然而實(shí)際上，隨著車(chē)速的提高及輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)的降低，回正轉(zhuǎn)矩會(huì)增大，因此，隨著車(chē)速及其他因素的影響，系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)回正不完全或回正超調(diào)兩種情況?；卣煌耆话愠霈F(xiàn)在低速行駛或原地轉(zhuǎn)向時(shí)，回正超調(diào)一般出現(xiàn)在高速行駛時(shí)。所以為了使汽車(chē)在任何行駛狀態(tài)下都能獲得理想的回正特性，需要引入回正控制。當(dāng)汽車(chē)低速行駛時(shí)，側(cè)向加速度較小，回正力矩也相對(duì)較小，這時(shí)就有可能會(huì)因?yàn)榛卣夭蛔闶罐D(zhuǎn)向盤(pán)不能回到中間位置，在這種情況下，需要電動(dòng)

21、機(jī)提供一定的回正力矩得以補(bǔ)償;當(dāng)汽車(chē)高速行駛時(shí)，側(cè)向加速度比較大，回正力矩也相對(duì)較大，容易導(dǎo)致回正超調(diào)，這時(shí)就需要通過(guò)增加電動(dòng)機(jī)的阻尼控制來(lái)限制回正超調(diào)，避免轉(zhuǎn)向盤(pán)出現(xiàn)擺振與超調(diào)。(3)阻尼控制。阻尼控制是針對(duì)汽車(chē)高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性及快速轉(zhuǎn)向回正收斂性提出來(lái)的。它的主要作用是減小轉(zhuǎn)向盤(pán)的抖動(dòng)、消除轉(zhuǎn)向車(chē)輪因路面不平輸入引起的橫擺振動(dòng)現(xiàn)象，以改善駕駛路感。阻尼控制主要用于兩種狀況:第一種狀況是轉(zhuǎn)向盤(pán)在轉(zhuǎn)向后回到中間位置時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，容易產(chǎn)生回正過(guò)度的現(xiàn)象，這時(shí)為了避免回正過(guò)度以及在中間位置附近產(chǎn)生抖動(dòng)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行阻尼控制;另外一種狀況是汽車(chē)在高速行駛時(shí)，由于路面的偶然因素的干擾會(huì)引起

22、側(cè)向加速度的變化，這時(shí)為了抑制橫擺振動(dòng)，也需采用阻尼控制。在具體的模式選擇上，需根據(jù)采集的各種信號(hào)和過(guò)去狀態(tài)來(lái)判斷當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，然后決定下一步的控制方式。系統(tǒng)控制邏輯如圖3.12所示。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)角度與角速度方向相同時(shí)，如果轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩Td大于T。，則選擇助力控制模式;當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)角度與角速度方向不同時(shí)，進(jìn)入回正控制模式?；卣梢苑譃橹鲃?dòng)回正與被動(dòng)回正:當(dāng)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)向盤(pán)方向相同時(shí)，駕駛員的操縱力矩與回正力矩方向相反，這種稱(chēng)之為被動(dòng)回正;而當(dāng)駕駛員向反方向操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，在回正力矩與駕駛員操縱力矩的共同作用下，轉(zhuǎn)向盤(pán)回到初始的中間位置，這種稱(chēng)為主動(dòng)回正。原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時(shí)，由于車(chē)輪與地面的摩擦產(chǎn)生的

23、力矩要大于回正力矩，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生回正不足的情況，需要采取回正助力控制。當(dāng)汽車(chē)高速行駛時(shí)，回正力矩大于車(chē)輪與地面的摩擦力力矩，容易產(chǎn)生回正過(guò)量，這時(shí)采取阻尼控制。另外，主動(dòng)回正容易使轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩的大小與方向突變，在這種情況下也需要選擇阻尼控制，利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，從而避免轉(zhuǎn)向盤(pán)的強(qiáng)烈抖動(dòng)。EPS系統(tǒng)的控制算法可分為五類(lèi):第一類(lèi)是PID控制第二類(lèi)是基于PID的補(bǔ)償控制補(bǔ)償控制包括摩擦補(bǔ)償、慣性補(bǔ)償及阻尼補(bǔ)償摩擦補(bǔ)償用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦的存在造成的損失，慣性補(bǔ)償用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的存在造成的損失，而阻尼補(bǔ)償用于克服電動(dòng)機(jī)的阻尼對(duì)EPS動(dòng)態(tài)特性的影響、減小系統(tǒng)的振蕩、保持穩(wěn)定性。第三類(lèi)是智

24、能控制智能控制理論模擬人類(lèi)思維方法和行為對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，它無(wú)需被控對(duì)象的精確定量模型，只需知道被控對(duì)象的有關(guān)定性知識(shí)即可。目前，研究較多，發(fā)展較成熟的智能控制理論有模糊控制、專(zhuān)家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。第四類(lèi)是基于PID的智能控制，也即智能PID控制常用的智能PID控制有基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PD控制、模糊自調(diào)整P.控制(如圖3.巧所示)、專(zhuān)家Pm控制、基于遺傳算法的PD控制等。第五類(lèi)是H控制在對(duì)EPS系統(tǒng)控制中， H控制通常都是以轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)矩、傳感器噪聲、路面擾動(dòng)為輸入，以電動(dòng)機(jī)的助力力矩、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角等作為輸出，以提高EPs系統(tǒng)的穩(wěn)定性與助力跟蹤性能為目的。電動(dòng)客車(chē)EPS的關(guān)鍵技術(shù)電動(dòng)

25、客車(chē)采用鋰離子電池作為驅(qū)動(dòng)能源，總電壓為384 V，最高時(shí)速為80 kmh，續(xù)駛里程為160 km，前軸最大負(fù)荷為6 180 kg由于電動(dòng)客車(chē)前軸負(fù)荷大，EPs采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器根據(jù)電動(dòng)機(jī)布置位置不同，EPS有螺桿助力式和搖臂軸助力式兩種螺桿助力式EPS的電機(jī)與搖臂軸之間有螺桿螺母起降速增扭作用，相比于搖臂軸助力式，結(jié)構(gòu)更加緊湊傳感器的匹配EPS配置的傳感器有轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)角傳感器、車(chē)速傳感器、電機(jī)電流與電壓傳感器其中轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩傳感器最為關(guān)鍵，既影響系統(tǒng)控制精度，又影響系統(tǒng)成本轉(zhuǎn)矩傳感器用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)上小和方向，有接觸式與非接觸式兩種形式接觸式中用得較多的是電位計(jì)式，非接觸式中用得較多的是電感

26、式和光電式接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，缺點(diǎn)是對(duì)傳感器機(jī)械精度要求較高、性能受溫度與磨損影響較大非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器對(duì)傳感器機(jī)械精度相對(duì)較低、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)，但是成本較高。電動(dòng)汽車(chē)中的電機(jī)使用電動(dòng)汽車(chē)所用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的技術(shù)規(guī)范要求：1、體積小、重量輕。占用有限的車(chē)載空間小，盡量減少總質(zhì)量。2、在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中的高效率。一次充電續(xù)駛里程長(zhǎng),特別是行使方式的頻繁改變時(shí)，低負(fù)載運(yùn)行也應(yīng)該具有較高的效率。3、低速大轉(zhuǎn)矩特性及高速寬范圍內(nèi)的恒功率特性。4、高可靠性。在任何情況下都應(yīng)確保其具有高度的安全性。5、價(jià)格低。要想達(dá)到量產(chǎn)普及,價(jià)格低廉是必須的。直流電動(dòng)機(jī)（DCM）的轉(zhuǎn)速控制：明顯弊端，

27、比如體積大但是效率卻很低，另外，由于它帶有電刷的原因，由于機(jī)械損耗的原因，需要經(jīng)常更換維護(hù)，而且還非常容易產(chǎn)生電火花，這就對(duì)電機(jī)的過(guò)載能力和最大轉(zhuǎn)速產(chǎn)生了極大的限制，在易燃易爆的工作場(chǎng)合發(fā)根本無(wú)法直接應(yīng)用。世面上應(yīng)用范圍最廣的是感應(yīng)電機(jī)（IM），大約占到市場(chǎng)上所有的中小型電機(jī)的百分之七十五左右。電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，相比與同等級(jí)的直流電動(dòng)機(jī)，體積可縮小一半。另外其可靠性高，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)力強(qiáng)，使用維護(hù)成本低，轉(zhuǎn)速范圍在12000-15000r/min之間，效率也比較高。但是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)也有很多固有缺點(diǎn)，例如損耗高，必須時(shí)刻對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻處理，運(yùn)行效率沒(méi)有永磁同步電機(jī)以及開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)高，功率因素也相

28、對(duì)比較低，對(duì)于大功率、高速電機(jī)必須使用大功率逆變器，恒功率區(qū)域的范圍較窄等等。交流電機(jī)具有比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)的同時(shí)卻有著非常復(fù)雜的控制方法。異步電機(jī)低價(jià)、高效，但在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速的能力卻不夠經(jīng)濟(jì)，并且還必須吸收滯后的勵(lì)磁電流，功率因數(shù)低，效率也比較低。無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）相對(duì)來(lái)說(shuō)有一定的優(yōu)勢(shì)，較大的功率及轉(zhuǎn)矩密度等，因?yàn)轵?qū)動(dòng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的是方波，所以必然存在一定程度的振動(dòng)，其控制精度就不夠高。永磁同步電機(jī)（PMSM）與無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)相類(lèi)似，區(qū)別于它采用的是正弦波驅(qū)動(dòng)。它具有小體積，大功率密度，小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，噪聲小，控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以改善電動(dòng)汽車(chē)

29、的舒適性和動(dòng)力性及行駛平順性等問(wèn)題。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）受到人們的關(guān)注度也越來(lái)越高。它具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如沒(méi)有換向器，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單（只在定子上有繞組，而轉(zhuǎn)子上沒(méi)有永磁體和繞組），修護(hù)比較容易，價(jià)格相對(duì)低廉，調(diào)速范圍較寬，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000-20000r/min，有著靈活的控制策略，并且能在故障狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行等。缺點(diǎn)：比如運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲和轉(zhuǎn)矩紋波都較大，而過(guò)多的電流波動(dòng)和電磁干擾噪聲等對(duì)其較復(fù)雜的逆變器的正常運(yùn)行產(chǎn)生了極大的影響，而且控制方法還不夠成熟。永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r永磁同步電機(jī)一般可分為兩種類(lèi)型，一種是由正弦波驅(qū)動(dòng)的永磁同步電機(jī)，另一種是由方波驅(qū)動(dòng)的永磁同步電機(jī)。目前主要有

30、變壓變頻控制技術(shù)（VVVF）、矢量控制技術(shù)（VC）以及直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）三種方法用于永磁同步電機(jī)控制，這三者都各有優(yōu)缺點(diǎn)。電源的電壓極其頻率是變壓變頻控制技術(shù)的控制目標(biāo)變量。變壓變頻控制技術(shù)對(duì)電機(jī)磁通的控制效果較好，但卻不能控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，因此綜合來(lái)說(shuō)控制性能較差，只用于對(duì)調(diào)速性能要求一般的場(chǎng)合。電動(dòng)汽車(chē)的行駛性能要求越來(lái)越高，常規(guī)的PID調(diào)節(jié)等線(xiàn)性控制算法已經(jīng)不能滿(mǎn)足高性能的控制要求，需要結(jié)合各種高級(jí)控制算法采用閉環(huán)控制以提高控制精度，將模糊邏輯控制、智能控制等先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用到車(chē)用驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中。目前車(chē)用高性能驅(qū)動(dòng)控制策略的應(yīng)用研究主要包括矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基

31、本原理是通過(guò)測(cè)量和控制電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流分別進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。主要過(guò)程是將定子電流矢量解耦為勵(lì)磁電流（產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量）和轉(zhuǎn)矩電流（產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量）兩個(gè)量，分別控制兩者的幅值和兩分量間的相位，即控制定子電流矢量，所以稱(chēng)這種控制方法為矢量控制方法。換句話(huà)說(shuō)，矢量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，分別設(shè)計(jì)出對(duì)這兩者的調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的高性能調(diào)速。1.這種控制方法對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴(lài)較較強(qiáng)并且對(duì)參數(shù)變化十分敏感。2.電機(jī)解耦運(yùn)算必須在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行，運(yùn)算比較復(fù)雜，對(duì)控制器也有著較高的要求。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)具有如下特點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。直接由開(kāi)關(guān)狀態(tài)表查表產(chǎn)生PWM信號(hào)控制逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)狀態(tài)表是預(yù)先制作并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的，這樣便于實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)字化。2、對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴(lài)小。直接轉(zhuǎn)矩控制方法采用定子磁場(chǎng)定向，只需知道定子電阻就可以測(cè)算出定子磁鏈。因此與矢量控制相比，直接轉(zhuǎn)矩控制對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴(lài)性較小。3、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速。目前的永磁同步電機(jī)DTC控制方法主要有以下三種，都是通過(guò)選擇最優(yōu)的開(kāi)關(guān)電壓矢量來(lái)實(shí)現(xiàn)