车辆电子控制技术-第1课电动助力转向控制课件

车辆电子控制技术 讲授内容 第九章转向控制 第1课 主讲人 鲁植雄教授 车辆电子控制技术 课件 2020年2月26日星期三 Email luzx QQ 1607357229 2 2020年2月26日星期三 本章内容安排 第九章转向控制 第1课电动助力转向控制第2课线控转向控制第3课四轮转向控制 3 2020年2月26日星期三 一 电动式EPS的结构二 电动式EPS的工作原理三 电动式EPS的类型四 电动式EPS的特点五 电动式EPS动力学模型六 电动助力转向的主要评价指标七 影响电动式EPS各评价指标的因素八 电动式EPS的助力特性九 电动式EPS的控制功能 本节课的主要内容 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 4 2020年2月26日星期三 电子控制动力转向系统简写为EPS 是英文ElectronicPowerSteering的简写 汽车电控转向系统根据车速或发动机转速 改变动力放大倍数 可使汽车在停车或低速行驶时转动转向盘所需的力减少 当汽车高速行驶时 系统能保证最优控制传动比和稳定的手感 从而提高高速行驶时的稳定性 电子控制动力转向系统根据动力源不同可分为 电动式EPS和液力式EPS两种 一 电动式EPS的结构 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 5 2020年2月26日星期三 组成 传感器 控制单元 ECU 电动机 减速机构和离合器等 一 电动式EPS的结构 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 6 2020年2月26日星期三 1 传感器在电动式EPS中传感器主要应用了转矩传感器 转速传感器 速度传感器 转矩传感器时刻检测转向盘的运动情况 将驾驶员转动转向盘的方向 角度信息传送给控制单元作输入信号 转速传感器用于测量转向盘的旋转速度 速度传感器测量汽车的行驶速度 两者的测量结果同样送到控制单元作为输入 转矩测量系统比较复杂且成本较高 所以精确 可靠 低成本的转矩传感器是决定电动助力转向系统能否占领市场的关键因素之一 目前采用较多的是在转向轴位置加一扭杆 通过测量扭杆的变形得到转矩 另外也有采用非接触式转矩传感器 它的优点是体积小 精度高 缺点是成本高 一 电动式EPS的结构 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 7 2020年2月26日星期三 2 控制单元控制单元是电动助力转向系统的核心部分 目前普遍将控制单元设计为数字化 一般以一个8位或16位微处理器为核心 外围集成模 数电路 输入信号接口电路 报警电路 电源 要求具有简单计算 查表 故障诊断处理 存储 报警 驱动等功能 3 电动机电动机的功能是根据控制单元的指令输出适宜的辅助转矩 是电动助力转向系统的动力源 电动机对电动助力转向系统的性能有很大影响 是电动助力转向系统的关键部件之一 所以电动助力转向系统对电动机有很高要求 不仅要求低转速大转矩 波动小 转动惯量小 尺寸小 质量轻 而且要求可靠性高 易控制 在现有设计中 电动机主要采用直流电动机和无刷永磁式直流电动机 驱动电路根据采用的电动机和控制策略不同而不同 一 电动式EPS的结构 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 8 2020年2月26日星期三 4 减速机构电动助力转向系统的减速机构与电动机相连 起减速增扭作用 常采用蜗轮蜗杆机构 也有采用行星齿轮机构 5 离合器电动助力转向系统的离合器 装在减速机构一侧 是为了保证电动助力转向系统只在预先设定的车速行驶范围内起作用 当车速达到某一值时 离合器分离 电动机停止工作 转向系统转为手动转向 另外 当电动机发生故障时离合器将自动分离 一 电动式EPS的结构 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 9 2020年2月26日星期三 电动式EPS是在传统机械转向机构基础上增加信号传感装置 控制单元和转向助力机构 电动助力转向系统的转向轴由靠扭杆相连的输入轴和输出轴组成 输出轴通过传动机构带动转向拉杆使车轮转向 输出轴除通过扭杆与输入轴相连外 还经行星齿轮减速机构 离合器与助力电动机相连 驾驶员在操纵转向盘时 给输入轴输入了一个角位移 输入轴和输出轴之间的相对角位移使扭杆受扭 转矩传感器将扭杆所受到的转矩转化为电压信号输入电控单元 与此同时 车速传感器检测到的车速信号也输入电控单元 电控单元综合转向盘的输入力矩 转动方向以及车速等输入信号 判断是否需要助力以及助力的方向 二 电动式EPS的工作原理 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 10 2020年2月26日星期三 若需要助力 则依照既定的助力控制策略计算电动机助力转矩的大小并输出相应的控制信号给驱动电路 驱动电路提供相应的电压或电流给电动机 电动机输出转矩由蜗轮蜗杆传动装置放大再施加给转向轴起助力作用 从而完成实时控制助力转向 若出现故障或车速超出设定值则停止对电动机供电 系统不提供助力 同时 离合器切断 以避免转向系统受电动机惯性力矩的影响 系统转为人工手动助力 二 电动式EPS的工作原理 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 图4 10电动式EPS工作过程框图 11 2020年2月26日星期三 电动式EPS的控制过程 转矩和转向角信号经过A D转换器后输入ECU ECU根据这些信号和车速计算出最优化的助力转矩 ECU把输出的数字量经D A转换器转换为模拟量 再将其输入电流控制电路 电流控制电路把来自微处理器的电流命令值同电动机电流的实际值进行比较 并生成一个差值信号 该差值信号被送到电动机驱动电路 该电路可驱动动力装置并向电动机提供控制电流 二 电动式EPS的工作原理 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 12 2020年2月26日星期三 依据助力电动机助力位置不同 可分为转向轴式电动助力转向系统 齿轮轴式电动助力转向系统及齿条轴式电动助力转向系统三种形式 1 转向轴式电动助力转向系统转向轴式电动助力转向系统的电动机固定在转向轴一侧 通过减速机构与转向轴相连 直接驱动转向轴助力转向 三 电动式EPS的类型 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 13 2020年2月26日星期三 2 齿轮轴式电动助力转向系统齿轮轴式电动助力转向系统的电动机和减速机构与小齿轮相连 直接驱动齿轮助力转向 与转向轴式相比 可以提供较大的转向力 适用于中型车 其助力控制特性方面增加了难度 三 电动式EPS的类型 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 14 2020年2月26日星期三 3 齿条轴式电动助力转向系统齿条轴式电动助力转向系统的电动机和减速机构则直接驱动齿条提供助力 与齿轮轴式相比 齿条助力式可以提供更大的转向力 适用于大型车 对原有的转向传动机构有较大改变 三 电动式EPS的类型 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 15 2020年2月26日星期三 电动式EPS与液力式EPS相比 具有如下特点 助力性能优 能在各种行驶工况下提供最佳助力 减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动 改善汽车的转向特性 减轻汽车低速行驶时的转向操纵力 提高汽车高速行驶时的转向稳定性 进而提高汽车的主动安全性 并且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要 效率高 电动式EPS为机械与电动机直接连接 效率高 有的可高达90 以上 耗能少 汽车在实际行驶过程中 处于转向的时间约占行驶时间的5 对于液力式EPS 发动机运转时 油泵始终处于工作状态 油液一直在管路中循环 从而使汽车燃油消耗率增加4 6 而电力式EPS仅在需要时供能 使汽车的燃油消耗率仅增加0 5 左右 四 电动式EPS的特点 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 16 2020年2月26日星期三 路感 好 由于电力式EPS内部采用刚性连接 系统的滞后特性可以通过软件加以控 且可以根据驾驶员的操作习惯进行调整 回正性好 电力式EPS结构简单 内部阻力小 回正性好 从而可得到最佳的转向回正特性 改善汽车操纵稳定性 可以独立于发动机工作 电力式EPS以电池为能源 以电动机为动力元件 只要电池电量充足 不论发动机处于何种工作状态 都可以产生助力作用 应用范围广 电力式EPS可用于各种汽车 目前主要用于轿车和轻型载货汽车上 而对于环保型纯电动汽车 由于没有发动机 电力式EPS为最佳选择 装配性好且易于布置 因为电力式EPS系统零部件数目少 主要部件均可以组合一起 所以整体外形尺寸小 这为整车布置带来方便 且易于在装配线上安装 四 电动式EPS的特点 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 17 2020年2月26日星期三 为了研究电动助力转向系统的动态特性 必须推导出它的数学模型 即系统动态特性的数学表达式 同时 在研究电动助力转向系统对汽车操纵性的影响时 数学模型的建立也是进行理论研究一个必要的环节 通常根据基本物理定律来建立电动助力转向系统的数学模型 由这些定律分析电动助力转向系统间的一些变量关系 并用微分方程加以描述 在推导数学模型过程中通常要考虑在模型的简化和准确性之间进行折衷 系统的影响因素很多 把它们全部都考虑在内 模型固然很准确很全面 但是会使模型非常复杂 可用性也就成了问题 因此在建立系统数学模型时要根据系统的使用条件和研究对象 忽略一些次要因素 对模型进行适当的简化 五 电动式EPS动力学模型 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 18 2020年2月26日星期三 1 电动助力转向系统模型对于电动助力转向系统 为分析问题方便 把前轮和转向机构向转向轴简化 转矩传感器安装在转向盘和助力机构之间 可以看成是一个扭力杆 用来跟踪转向柱的角度变化 得到简化后的电动助力转向系统模型 五 电动式EPS动力学模型 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 图4 14简化后的电动助力转向系统模型 19 2020年2月26日星期三 2 助力电动机模型电动助力转向系统采用直流电动机 五 电动式EPS动力学模型 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 图4 15直流电动机等效电路图 20 2020年2月26日星期三 3 汽车二自由度动力学模型在建立线性二自由度汽车模型时 假设 直接以前轮转角作为输入 忽略悬架的作用 认为汽车只作平行于地面的平面运动 汽车沿x轴的前进速度视为不变 汽车只有侧向运动和横摆运动 汽车的侧向加速度限定在0 4g以下 轮胎侧偏特性处于线性范围 在建立运动微分方程时还假设 驱动力不大 不考虑地面切向力对轮胎侧偏特性的影响 没有空气动力的作用 忽略左右车轮轮胎由于载荷的变化而引起轮胎特性的变化力矩的作用 这样 实际汽车便简化成一个两轮摩托车模型 它是一个由前后两个有侧向弹性的轮胎支承于地面 具有侧向及横摆运动的二自由度汽车模型 五 电动式EPS动力学模型 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 图4 16二自由度汽车动力学模型 21 2020年2月26日星期三 4 轮胎模型在小转角条件下 轮胎的特性可认为是线性的 先将绕转向主销作用于轮胎的力矩等效到转向轴上 再经过零初始条件的拉普拉斯变换的轮胎的等效到转向轴的阻力矩 五 电动式EPS动力学模型 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 22 2020年2月26日星期三 5 电动助力转向系统状态方程把电动助力转向系统模型 电动机模型 轮胎模型 二自由度汽车模型通过中间变量联系在一起 建立一个考虑比较全面的电动助力转向系统整车模型 状态变量 转向盘转角 转向盘角速度 小齿轮转角 上齿轮角速度 横摆角加速度 质心侧偏角等输入变量 驾驶员操纵力矩 电动机端电压输出变量 横摆角速度 测量力矩建立电动助力转向系统的动力学方程求出系统的状态方程 状态变量与输入变量的关系得出输出方程 即输出变量与其他状态变量 输入变量的关系 五 电动式EPS动力学模型 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 电动助力转向系统及整车模型结构框图 23 2020年2月26日星期三 关于衡量转向操纵性能的指标有不少 但一个操纵性能良好的转向系统 应满足以下要求 转向路感合适 转向灵敏 具有较好的操纵稳定性 1 转向路感对于路感有许多定义 如Adams提出不同的车型 不同的转向环境 不同的操纵方式就需要不同的路感来适应 并在助力曲线的基础上分析了路感 但其分析方法仅仅停留在路感的定性分析上 路感定义1 从负载到转向盘转角的频率传递特性路感定义2 从负载到手力的传递特性 六 电动式EPS的主要评价指标 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 24 2020年2月26日星期三 2 转向灵敏度转向灵敏度对汽车操纵十分重要 它是衡量汽车操纵性能的主要指标 反映了汽车对转向动作的响应快慢 方法1 采用汽车的侧向加速度对转向角的微分来表示 方法2 用汽车的横摆角速度r S 与转向盘转向角 h S 之比来表示 选择从转向盘转角到汽车的横摆角速度的传递函数来表示转向灵敏度 更能直接体现电动助力转向系统和汽车系统的综合性能 六 电动式EPS的主要评价指标 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 25 2020年2月26日星期三 3 转向操纵稳定性汽车的操纵稳定性是指在驾驶员不感到过分紧张 疲劳的条件下 汽车能遵循驾驶者通过转向系统及转向车轮给定的方向保持稳定行驶的能力 汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度 而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能 被人们称为 高速汽车的生命线 转向操纵稳定性主要是指反映带有电动助力转向系统的整车系统的稳定性 与电动助力转向系统各部件的参数有关 六 电动式EPS的主要评价指标 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 26 2020年2月26日星期三 1 各种参数对转向路感的影响影响转向路感的因素有 电动机的转动惯量 阻尼系数和电气参数 助力机构传动比 转矩传感器刚度 转向盘转动惯量 各部件的黏性摩擦系数 因为电动机的电气参数不能任意选择 各部件的黏性摩擦系数不可随意调整 所以只考虑助力机构传动比 G1 电动机转动惯量 Jm 转矩传感器刚度 Ks 等因素对转向路感的影响 为方便考察各参数对转向操纵性能的影响 假定车速为10m s 助力增益K 10 计算各种参数对转向路感的影响 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 27 2020年2月26日星期三 1 助力机构传动比 G1 对转向路感的影响助力机构传动比 G1 的增加使得相位滞后增加而幅频曲线衰减但不显著 当它足够小时将导致幅频特性曲线振荡并最终失去稳定 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 图4 18助力机构传动比 G1 对转向路感的影响 28 2020年2月26日星期三 2 电动机转动惯量 Jm 对转向路感的影响电动机转动惯量 Jm 的增加将引起相位滞后的增加 而对幅频特性的影响不明显 但是当它超过某个定值时将引起幅频特性曲线的振荡 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 电动机转动惯量 Jm 对转向路感的影响 29 2020年2月26日星期三 3 扭矩传感器刚度 Ks 对转向路感的影响转矩传感器刚度 Ks 的增加使得相位滞后减少 而对幅频特性的影响不明显 当它超过某个定值时将引起幅频特性曲线的振荡 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 扭矩传感器刚度 Ks 对转向路感的影响 30 2020年2月26日星期三 4 助力增益K对转向路感的影响在助力增益系数K的增大将使得相位滞后减少而幅频曲线衰减 但是当它足够大的时候将导致幅频特性曲线振荡 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 助力增益K对转向路感的影响 31 2020年2月26日星期三 2 各参数对转向灵敏度的影响影响转向灵敏度的因素 有电动机转动惯量 电动机阻尼系数和电气参数 助力机构传动比 转矩传感器刚度 转向盘转动惯量 折算到小齿轮上的转动惯量 各部件的黏性摩擦因数 考虑到电动机的电气参数是不能任意选择的 而各部件的黏性摩擦因数也不可随意调整 故只考虑助力机构传动比 电动机转动惯量 转矩传感器刚度等因素对转向灵敏度的影响 为方便考察各种参数对转向操纵性能的影响 假定车速固定为10km h 计算得到其波形图 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 32 2020年2月26日星期三 1 助力机构传动比 G1 对转向灵敏度的影响助力机构传动比 G1 的增加使得相位滞后增加 但是 它足够小时将导致幅频特性曲线振荡并最终失去稳定 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 助力机构传动比 G1 对转向灵敏度的影晌 33 2020年2月26日星期三 2 电动机转动惯量 Jm 对转向灵敏度的影响电动机转动惯量 Jm 的增加将引起相位滞后的增加和带宽的减少 但当它超过某个定值时将引起幅频特性曲线的振荡并最终失去稳定 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 电动机转动惯量 Jm 对转向灵敏度的影响 34 2020年2月26日星期三 3 扭矩传感器刚度 Ks 对转向灵敏度的影响转矩传感器刚度 Ks 的增加使得相位滞后和带宽增加 但是 当它超过某个定值时将引起幅频特性曲线的振荡并最终失去稳定 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 扭矩传感器刚度 Ks 对转向灵敏度的影响 35 2020年2月26日星期三 4 控制器助力增益系数K对转向灵敏度的影响控制器助力增益系数K的增大将使得相位滞后减少 但是当它足够大的时候将导致幅频特性曲线振荡并最终失去稳定 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 控制器助力增益系数K对转向灵敏度的影响 36 2020年2月26日星期三 3 各参数对转向操纵稳定性的影响转矩传感器刚度 Ks 电动机的转动惯量 Jm 和控制器的助力增益系数K都对转向灵敏度和路感有很大的影响 并且会导致灵敏度函数失去稳定 因此 得到它们满足什么条件时可以使电动助力转向系统和汽车横向动力学系统的综合系统保持系统稳定是极其必要的 即必须知道它们满足的稳定性准则 这种稳定性在转向灵敏度函数中得到了充分的体现 可选择灵敏度函数的分母来分析系统的稳定性 七 影响电动式EPS各评价指标的因素 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 37 2020年2月26日星期三 1 电动式EPS的对助力特性的基本要求助力特性是指助力转矩随汽车运动状况 车速和转向盘输入力矩 变化而变化的规律 理想的助力特性应能充分协调好转向轻便性与路感的关系 并提供给驾驶员与手动转向尽可能一致的可控的转向特性 在满足转向轻便性的条件下 如果路感强度在整个助力特性区域内不变 则驾驶员就能容易地判定汽车行驶状况的变化 预测出所需要的转向操纵力矩的大小 在电动助力转向系统中 控制目标是助力电动机电流 而不同车速和转向盘转矩下的助力电动机电流由助力特性曲线确定 助力特性为曲线车速感应型特性曲线 由软件来设置 便于调整 八 电动式EPS的助力特性 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 38 2020年2月26日星期三 电动助力转向系统对助力特性的基本要求如下 当转向盘输入力矩小于某一特定值 通常设为1N m左右 时 助力力矩为零 电动助力转向系统不起作用 在转向盘输入力矩较小的区域 助力部分的输出应较小 以保持较好的路感 在转向盘输入力矩较大的区域 为转向轻便 助力效果要明显 存转向盘输入力矩达到驾驶员体力极限的区域时 应尽可能发挥较大的助力效果 随着车速的增高 助力应减小 当转向盘输入力矩大于6N m时 电动机提供的助力保持不变 避免了因电流过大而使电动机损坏 符合国家标准对动力转向作用在转向盘上的最大操纵力要求 八 电动式EPS的助力特性 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 39 2020年2月26日星期三 2 电动式EPS的助力特性曲线对电动助力转向系统 采用由电动机提供的助力力矩与转向盘输入力矩 车速的变化关系曲线来表示助力特性 助力特性曲线按照曲线形状可以分为线性和非线性两种 线性助力特性曲线特点是模型简单 助力增益在固定车速下固定不变的 所以控制实施更简便易行 但是在转向阻力上升很快时只能按固定比例提供助力 所以会造成手力较大 典型的线性助力曲线形式有直线型和折线型 八 电动式EPS的助力特性 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 40 2020年2月26日星期三 1 直线型助力特性曲线式中 Ta为电动机助力转矩 Tamax为电动机最大助力转矩 Td为转向盘输入力矩 K为助力特性曲线的梯度 Td0为系统开始助力时的转向盘输入力矩 Tmax为系统达到最大助力力矩时的转向盘输入力矩 当转向盘输入力矩小于Td0时 系统不工作 汽车靠转向盘输入力矩进行转向 当转向盘输入力矩达到Td0时 系统开始工作 提供助力力矩 帮助驾驶员转向 当Td超过Tdmax时 系统提供最大助力力矩 八 电动式EPS的助力特性 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 直线式助力特性曲线 41 2020年2月26日星期三 2 折线型助力特性曲线K1 K2为助力特性曲线的梯度 Td1为助力特性曲线的梯度达到K2时的转向盘输入力矩 当转向盘输入力矩小于Td0时 系统不工作 汽车靠转向盘输入力矩进行转向 当转向盘输入力矩达到Td0时 系统开始工作 提供助力力矩 帮助驾驶员转向 当转向盘输入力矩达到Td1时 助力特性曲线的梯度为K1 当转向盘输入力矩达到Td2时 助力特性曲线的梯度为K2 当Td超过Tdmax时 系统提供最大助力力矩 八 电动式EPS的助力特性 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 折线式助力特性曲线 42 2020年2月26日星期三 3 非线性 如抛物线型 助力特性曲线在一定车速下助力力矩随转向盘输入力矩增大而迅速增加 因此更有利于减少手力 典型的非线性助力特性曲线形式是抛物线型 其表达公式为 式中 f Td 为转向盘输入力矩的函数 当转向盘输入力矩小于Td0时 系统不工作 汽车靠转向盘输入力矩进行转向 当转向盘输入力矩达到Td0时 系统开始工作 提供助力力矩 帮助驾驶员转向 当Td超过Tdmax时 系统提供最大助力力矩 八 电动式EPS的助力特性 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 典型非线性助力特性曲线 43 2020年2月26日星期三 4 三种助力特性曲线对比分析直线型助力特性最简单 控制系统设计方便 并且在实际中调整容易 曲线型助力特性复杂 调整不方便 折线型助力特性介于两者之间 从设计 调整 使用的角度看 直线型助力特性能满足实际应用中的要求 助力特性曲线按照控制器执行运算时的方式可分为参数模型和非参数模型 参数模型则需要执行时根据车速和转向手力两个参数运算可以得到助力控制信号 非参数模型以表格形式存储在固定单元 控制器运行时只需根据车速和转向手力查表就可以知道助力控制信号 八 电动式EPS的助力特性 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 44 2020年2月26日星期三 这两种模型各有优点 查表法执行迅速 对控制器的硬件性能要求低 但是查表法由于存储空间限制 只能按照车速和手力 划分一定的区间 分别给出助力结果 所以控制量是不连续的 参数模型则可以对任何车速和转向盘输入力矩下给出助力结果 但是参数模型类型的助力特性曲线对控制器运行速度提出了较高的要求 针对这一矛盾 可以采取相对简单的模型 这样既能够满足控制要求 又可以保证运算速度 八 电动式EPS的助力特性 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 45 2020年2月26日星期三 3 助力特性曲线的设计助力特性和控制策略是控制器实现的主要内容 当转向盘力矩信号和车速信号传至控制器后 控制器首先根据助力特性决定应施加的目标助力矩值 对于助力电动机 目标力矩对应一定的目标电流 当目标助力矩确定 目标电流也随之确定 然后控制器再根据电流控制策略 根据目标电流控制实际电动机电流 电动机输出助力矩完成助力过程 简言之 实现控制策略的过程就是确定助力特性和跟踪助力特性的过程 助力特性的确定需要根据理想转向盘力矩值和电动助力转向系统对助力特性的基本要求 最终应满足低速时的轻便性和高速时增加 路感 的目的 跟踪助力特性主要是根据控制理论 通过控制电动机电枢电压实现对目标电流的跟踪 八 电动式EPS的助力特性 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 46 2020年2月26日星期三 1 助力控制助力控制是在转向过程 转向角增大 中为减轻转向盘的操纵力 通过减速机构把电动机转矩作用到机械转向系统 转向轴 齿轮 齿条 上的一种基本控制模式 助力控制利用电动机转矩和电动机电流成比例的特性 由转向转矩传感器检测的转矩信号和由车速传感器检测的车速信号输入控制器单片机中 根据预制的不同车速下 转矩 电动机助力目标电流表 确定电动机助力的目标电流 通过对反馈电流与电动机目标电流相比较 利用PID调节器进行调节 输出PWM信号到驱动回路 以驱动电动机产生合适的助力 九 电动式EPS的控制功能 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 电动式EPS的助力控制逻辑 47 2020年2月26日星期三 2 回正控制回正控制是为改善转向回正特性的一种控制模式 汽车在行驶过程中转向时 由于转向轮主销后倾角和主销内倾角的存在 使得转向轮具有自动回正的作用 随着车速的提高 回正转矩增大 而轮胎与地面的侧向附着系数却减小 二者综合作用使得回正性能提高 根据转向盘转矩和转动的方向可以判断转向盘是否处于回正状态 回正控制主要用于低速行驶 此时电动机控制电路实行断路 保持机械系统原有的回正特性 对于高速行驶 为防止转向回正超调 采用阻尼控制方式 九 电动式EPS的控制功能 第1课电动助力转向控制 第九章转向控制 48 2020年2月26日星期三 3 阻尼控制