电动助力转向系统的综合主观评价.doc

1、电动助力转向系统的综合主观评价摘要：伴随着电子汽车技术的发展，人们对汽车转向舒适性的要求越来越高。随着电动助力转向系统（EPS）的产生，代替了普通的液压助力转向系统。电动助力转向系统作为新生的转向系统家族的一员，具有结构简单，占用空间小，重量轻，能耗低，噪声小等特点，正被人们广泛关注。随着其控制技术的发展，EPS 系统必将日趋成熟，成为转向系统中的主流。由于 EPS 系统优势明显，发展迅速，其应用范围也在不断的扩展。从小型车到大型车，从客车到货车，都可能会发现 EPS 系统的影子。本文首先从 EPS 系统的结构和原理入手，结合本文所研究的 EPS 与整车匹配的评价方法，确定了适用于微型车 EP

2、S 系统的开发模式及控制策略。 关键词：电动助力转向系统（EPS） ；综合主观评价 中图分类号： F407.6 文献标识码： A 引言 随着电动助力转向系统的应用，其需要满足的设计工况从最初的原地起步助力发展到整个转向操纵性能均可以满足开发的要求。根据车辆提供的发动机点火信号、发动机转速信号、车速信号及转角/扭矩信号，通过 ECU（控制器）的判断并将控制信号提供给电机，从而使电机按照设定值提供助力力矩，这样便实现了车辆的电动助力转向。而现在汽车的使用工况非常复杂，既要满足最简单的直线稳定性的要求，稳态转向及回正的要求，更要对更为剧烈的瞬态转向作出相应，甚至在更多的恶劣情况下实现准确安全的助力。

3、所以为满足电动助力转向系统与整车匹配后的良好使用，针对一款确定的车型进行电动助力转向系统的综合主观评价则是该系统是否开发成功的决定因素！ 一、电动车用 EPS 系统的结构及工作原理 图 1 为电动车 EPS 系统结构图。这种结构是最早出现的电助力型式，主要用于前轴载荷较少的车辆使用。而该型式则非常适合微型车辆使用。该 EPS 系统通过对管柱中扭矩传感器（图 2）取得的扭矩信号最为基本输入，配合整车其他方面信号提供给 ECU 进行判断，而作为转向系统最重要的部分，其工作的准确性与可靠性直接决定了该部件的可用性。 图 1 转向管柱式电动助力转向系统，其中 ECU 与电机整合到转向上轴内 图 2 磁

4、阻式扭矩传感器，通过对扭转角度的对比，可以确保转向扭矩的精准 图 3 为系统结构原理图，方向盘的转角通过传感器传递给 ECU，ECU则对各种信号进行综合判断后发出指令，对电机进行适当控制，以满足助力要求。 图 3 EPS 系统原理框图 二、EPS 系统的控制策略 （一） 、工作模式 汽车的 EPS 系统的工作模式主要有三种，即助力模式、回正模式、阻尼模式。助力模式是 EPS 系统工作的最主要模式，没有了助力模式也就不能称之为 EPS 系统，只有在一个好的助力模式下才有利于驾驶员的转向。回正模式是指汽车在转向结束后，EPS 系统能够使方向盘自动恢复到正中央位置的工作模式。阻尼模式是指当汽车在高速

5、行驶时，由于车轮受到的转向阻力矩太小，使得汽车的操纵性能较差，不易控制。此时系统应该提供一个适当的阻碍其转向的力矩，来达到增大阻力转矩的作用，提高汽车行驶的稳定性。 （二）基于目标的控制策略 由于本文研究的是一种微型车使用的电动助力转向系统，主要要对助力模式、回正模式进行匹配，而阻尼模式根据开发目标暂不进行开发。考虑成本及用户需求，不采用主动回正方式。 助力模式的基本控制策略如下： （1）原地助力：满足在车辆点火后原地助力的轻便性。由于静态转向力是整个转向系统力最大的工况，所以此时应满足电机有最大的确定并尽量使驾驶时转向力“最沉” ，以提供地面的反馈。 （2）低速助力：在车辆行驶车速在 0-2

6、0 公里/小时时施加的助力，此时助力也较大； （3）中速助力：在车辆行驶车速在 20-40 公里/小时时施加的助力，此时应适当减少； （4）高速助力：在车辆行驶 40-60 公里/小时时施加的助力，此时助力为最小； （5）超过 60 公里/小时切断助力，依靠机械转向系统进行转向操纵。由于车型目标原因，不实施主动回正，该系统回正模式的基本控制策略如下： （1）在原地时，电机提供的助力随转向方向变化时方向相反； （2）在一般车速时，在方向转换时根据瞬时反电动势进行回正助力的微调后切断助力； 三、电动助力转向系统的综合主观评价 转向稳定性主要包括转向平顺性、整车跟随性和中心区域灵敏度。平滑性是指在合

7、适的方向盘转矩下，转向轮转角及方向盘转角能够平滑的变化。跟随性则是指转向轮转角的变化与方向盘转角的变化趋势的一致性以及转向轮转角变化随方向盘转角变化的快慢程度，即转向系统的响应速度，可以表示为方向盘转角到转向轮转角的传递函数。灵敏度则可以用方向盘转角到转向轮转速的传递函数来表示。 转向性能主观评价则有以下项目 一、直线工况转向性能 转向瞬态响应：考核转向输入下汽车转向运动的建立和侧向运动及横摆的超调、振荡衰减及残余量 中心区相应：汽车在幅值较小的转向输入下的响应和较小转向角转向力输入下横摆运动建立过程 沟渠相应能力：直线行驶的自动回正能力及直线进入转向过度的连续性 中心区回正能力：小幅值输入下

8、，转向盘转角、力矩和横摆角速度的相应和车辆则神回正能力 二、转向力特性 中心区转向盘力水平：小侧向加速度下，转向力水平在单移线过程中大小 转向盘保持特性：高侧向加速度力矩随车速和侧向加速度的变化关系，转向盘是否能提供极限情况下的路面反馈。 泊车转向盘力水平：原地与泊车慢驶完成大转角所需转向力力矩及回正性能 紧急转向力特性：车辆在快速阶跃转向输入下转角与力矩在初始阶段的不稳定性 三、转向操纵引起车辆车辆相应 回正振荡：评价入弯转向盘转角振动幅度和阻尼及汽车运动轨迹 变道引起的横摆振荡：猛烈转向输入车来那个横摆相应及撒手后车辆横摆衰减情况 出弯后转向残余效应：驶出弯道后车轴残留转向效应及转向盘力矩

9、波动 四、曲线工况 弯道路径保持能力：高速弯道行驶中汽车路径偏移及转向修正 路感：转向盘转角、力矩及力矩波动与车速、侧向加速度和驱动力之间关系 运动协调能力：在纵向和侧向力作用下，汽车转向特性、横摆响应、侧倾响应车身振动等综合表现及协调性 保舵力协调性能：由圆周行驶到直线行驶过渡阶段转向力矩随转角、车速和横向加速度的变化关系。 除此之外，还要对该电动助力转向系统在耐高温、耐低温、耐久可靠性及短时间大量剧烈运行进行考核，以满足车辆长时间使用要求。 结束语 总之，本文通过对 EPS 的结构原理的介绍，根据微型车使用的特殊性确定了 EPS 系统的控制策略，并对直线稳定性、转向盘操纵力特性、转向操纵引起的车辆响应、曲线工况、环境工况和耐久工况进行了综合主观评价。 参考文献 1 王迅.电动助力转向系统(EPS)技术现状与发展J.湖北汽车工业学院学报,2008,22(3):21-22. 2 贝尔恩德 海森英，汉斯 于尔根 布兰德尔编，石晓明 陈祯福译 汽车行驶动力学性能的主观评价