【《EPS系统组成部分和结构原理分析》2200字】

EPS系统组成部分和结构原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u19005EPS系统组成部分和结构原理分析 173051.1EPS系统组成部分 1123011.2EPS系统结构原理 1243071.3EPS系统模型建立 21.1EPS系统组成部分该系统由力矩传感器、速度传感器、电子控制单元(ECU)、电机及电磁离合器等组成。它使用马达产生的能量来帮助驾驶员做转向助力。1.2EPS系统结构原理虽然每辆车的助力转向系统的结构是不一样的，但是每辆车助力转向系统的原理确实大同小异的。基于对图2-1的观察可以发现，EPS系统的主要构成部分包括扭矩、角度、转速传感器以及电机和电子控制单元，传动装置等模块。1输出轴2减速器3扭杆4传感器5方向盘6输入轴7车速信号8电动机9控制电流10开关电流11离合器12小齿轮13齿条14拉杆15轮胎图2-1EPS系统组成图转矩传感器通常是跟转向轴(小齿轮)相互连接的。当转向轴转动时，扭矩传感器便会跟随着一起工作。这时候，扭力杆便会发生作用，扭矩传感器在转向轴转动时开始工作。在扭力杆作用下，车辆的输入轴以及输出轴的相对转角位移转化为电子信号，发送给ECU。汽车速度传感器和转矩传感器发出信号，控制着电机的转向电流以及转向方向，进而在真正意义上实现对汽车转向的控制。方便实现电机在不同车速下的不同辅助作用，在低速转弯时能灵活转向车辆，在高速转弯时能稳定可靠地转向。本系统是基于传统的机械式转向系统开发的。汽车速度传感器检测到汽车速度信号，然后由控制器检测电压信号和汽车速度信号。马达执行指令控制来获得所需要的操纵辅助。EPS可方便地在全速范围内实现最优辅助控制，使汽车低速时转向灵活、轻便、高速时稳定可靠。在系统某一部件发生故障时，可将电磁离合器断开，使助力器与机械转向系统分离，并同时驱动故障指示器，保证行车安全。1.3EPS系统模型建立建立控制理论以及进行研究都需要通过建模来进行，而模型与实际系统的契合度以及匹配程度决定了建模的质量。因为EPS系统是比较复杂的系统，所以在进行模型建立的时候要对模型进行适当的简化。虽然简化后的模型相较于实际的系统会存在一些差异，但是这也不能妨碍建模对控制系统设计发挥它的基础作用；此外，研究系统具有复杂性，故此对系统的理解和方法等选择等诸多的因素均会影响建模与系统之间是否真的一直，但是建立研究系统的数学模型可以帮助我们更直观简洁的梳理投入和产出之间的关系，尤其是对于系统稳定性的判断。所以综上所述可以发现，建立可靠的EPS模型，应当是EPS系统性能分析以及对控制技术进行研究的基础。1.3.1EPS系统模型（1）EPS系统模型的简化以EPS系统中电机安装位置为判别方式，EPS系统一般可以分为三种形势，即转向管柱、小齿轮以及齿条式。为了使得研究更为直观便捷，本设计将采用转向管柱式的系统—C-EPS系统模型展开研究。通过对转向系统的分析，发现转向系统的组成中通常含有许多质量或惯量元件，并具有弹性和阻尼特性。在建模过程中，考虑了各个部分的特点，虽然可以更加全面的呈现出系统的特性，但同时也会造成模型复杂，甚至于无法对其进行解释等状况。通过合理的对模型进行简化，减少机械零件数，可以使主要因素更加突出。因此，建立了一个简化的机械转向系统模型。低频元件是EPS系统的基本传输特性，把EPS系统分成五个质量单元：1.转向盘、1.输出轴、3.电机、4.齿条、5.转向机。请看图（a）（b）。上中轴与管柱通过带有具有弹性的扭杆的传感器进行相连，下中轴通过涡轮、电机齿条通过齿轮分别相连。以传递路径以及扭动第二定律为依据，并列出相应的方程式。将手里转矩通过系统输入成Th、将电机转矩通过系统输入为Tm、将地面阻力力矩通过系统输入为Tload，这时候系统会输出一个传感器所采集到的信号，即转矩信号Tse。在这篇文章中的机械子系统中，我们将外部输入Tmo考虑的较为单一，仅仅考虑了惯量以及阻力，对于电气特性和控制策略等因素均不得不进行了忽略。(a)EPS系统模型简化图(b)EPS系统动力学建模简图（2）动力学方程对EPS系统动态特性进行描述的微分方程如以下公示所呈现:汽车转向盘和上管柱之间的动力学方程:（2-1）转矩传感器动力学方程:（2-2）转向管柱及中间轴动力学方程:（2-3）助力电机动力学方程:（2-4）齿轮齿条转向器动力学方程:（2-5）车轮及转向机构动力学方程:表2-1动力学方程参数定义（2-6）表2-1为前文中所提到的力学方程中各个参数的定义，表2-2为前文中所提到的动力学方程信号的相关定义上述动力学方程信号的定义。在对这个模型进行建立时，这个设计忽略了电机的扭转刚度，把电机转角以及中间轴转角二者的关系定位成了成比例的关系，如以下公示所示：（2-7）表2-2动力学方程参数定义 1.3.2模型检验当EPS模型被建立起来以后，相应参数和模型本身是否匹配是必须要考虑到的因素。这时候就需要运用时间域方法对这个模型进行一个验证，由于这个模型的物理意义比较模糊，而且难以实现对系统的特征参数进行准确评价，因此这篇文章运用系统频率响应的分析方法来对所建立的模型进行匹配程度验证。1.3.1.1EPS系统频率特性测试过程本设计用图2-2对EPS的闭环控制系统进行了呈现。在汽车没有转向盘操作输入以及汽车处于静止的状态之下，运用CANape工具对汽车的电子控制器输送一个目标为Tm_ref的电机助力力矩指令。这时候电子控制器便会控制系统中的电机，并且由电机输出充当这个转向系统中的被输入的信号。与此同时，电机所提供的