【文章內(nèi)容簡介】 轉(zhuǎn)矩和車速的變化關(guān)系曲線來表示助力特性， 其目的是獲得基本助力電流。理想的助力特性應(yīng)能充分協(xié)調(diào)好轉(zhuǎn)向輕便性與路感的關(guān)系，并提供給駕駛員與手動轉(zhuǎn)向盡可能一致的、可控的轉(zhuǎn)向特性。在滿足轉(zhuǎn)向輕便性的條件下，如果路感強度在整個助力特性區(qū)域內(nèi)不變， 則駕駛員就能容易地判定汽車行駛狀況的變化，預(yù)測出所需要的轉(zhuǎn)向操縱力矩的大小。EPS助力特性曲線如圖5所示，為車速感應(yīng)型，即在同一轉(zhuǎn)向盤力矩輸入下， 電動機的目標(biāo)電流隨車速的增加而降低，以較好地兼顧輕便性與路感的要求。針對EPS系統(tǒng)的特點，助力特性曲線滿足以下要求：1) 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤輸入力矩小于某一特定值（通常設(shè)為 1Nm左右）時，助力力矩對EPS系統(tǒng)不起作用；2) 在轉(zhuǎn)向盤輸入力矩較小的區(qū)域，助力部分的輸出應(yīng)較小，以保持較好的路感；3) 在轉(zhuǎn)向盤輸入力矩較大的區(qū)域，為轉(zhuǎn)向輕便，助力效果要明顯；4) 在轉(zhuǎn)向盤輸入力矩達到駕駛員體力極限的區(qū)域時，應(yīng)盡可能發(fā)揮較大的助力效果；5) 隨著車速的增高，助力應(yīng)減小；6) 符合國家標(biāo)準(zhǔn)對動力轉(zhuǎn)向作用在轉(zhuǎn)向盤上的最大操縱力要求。 特殊工況補償設(shè)計根據(jù)助力特性曲線所得到的基本目標(biāo)電流是基于理想轉(zhuǎn)向工況的，忽略了很多外界干擾因素，而實際中汽車行使的工況是十分復(fù)雜多變的，對轉(zhuǎn)向性能的要求也各有不同，因此需要引入附加的補償電流， 使車輛在某些特殊轉(zhuǎn)向工況中均能達到理想的轉(zhuǎn)向效果。文章設(shè)計了回正過程補償、緊急避讓過程補償和滿載大角度轉(zhuǎn)彎補償?shù)热N補償控制電流，并進行仿真分析。 回正過程補償當(dāng)汽車以一定速度行駛時， 駕駛員轉(zhuǎn)向后輪胎和路面之間將產(chǎn)生回正力矩。駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤后，隨著作用在轉(zhuǎn)向盤上的力的減小，轉(zhuǎn)向盤將在回正力矩的作用下回正。汽車的回正能力在設(shè)計階段就應(yīng)進行考慮， 但是隨著汽車某些因素的變化（如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)干摩擦變大） ，會降低汽車的回正能力。這時 EPS 系統(tǒng)應(yīng)實時監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)，以保證汽車的回正性能。在轉(zhuǎn)向盤回正過程中，有兩種情況需要考慮。一是回正力矩過小，轉(zhuǎn)向盤不能回到中間位置；二是回正力矩過大，引起轉(zhuǎn)向盤位置超調(diào)。汽車在低速轉(zhuǎn)向過程中，由于路面阻力矩較大，所以優(yōu)先考慮的是轉(zhuǎn)向輕便性。 同時由于輪胎回正力矩較小及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有摩擦阻力的作用，方向盤不能及時回到中間位置，存在殘余角度。因此，在低速轉(zhuǎn)向后的回正過程中有必要施加一個回正補償電流， 通過補償使方向盤轉(zhuǎn)向后回到直行位置。隨著車速的提高，路面阻力減小，而回正力矩隨著車速的提高而增加，這就導(dǎo)致了在中高速情況下，方向盤在回正力矩的作用下有可能出現(xiàn)回正過度現(xiàn)象， 這對行駛安全是極不利的。因此需要增加一個補償電流，防止出現(xiàn)方向盤超調(diào)現(xiàn)象，以提高安全性。 緊急避讓過程補償在汽車高速行駛過程中，當(dāng)前方突然出現(xiàn)障礙物，駕駛員的第一反應(yīng)是踩剎車和急打方向盤。 在這種情況下極易發(fā)生操縱力過大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過度。同時，由于所設(shè)計的助力增益是隨著車速的減小而增大的，由于車輛減速，因此助力扭矩增大，進一步加大了轉(zhuǎn)向力矩。最終的結(jié)果就有可能是車輛轉(zhuǎn)向過度導(dǎo)致車輛失控甚至甩尾及翻車。為了避免這種情況的發(fā)生，提高車輛的安全性，引入一種補償電流，起到摩擦阻力的作用，防止轉(zhuǎn)向過度。其工作原理是，控制器根據(jù)輸入的車速信號、轉(zhuǎn)矩信號、方向盤轉(zhuǎn)角信號，實時估計車輛的行駛工況，當(dāng)車速超過一定值(40 km/h),且方向盤轉(zhuǎn)角的變化率超過一定值時，觸發(fā)控制器，產(chǎn)生主動摩擦補償電流。 滿載大角度轉(zhuǎn)彎補償在設(shè)計助力特性時，假設(shè)車輛自重均為空載。但在實際中，車輛的負載情況是對轉(zhuǎn)向阻力影響最大的因素之一。，因此，在滿載時容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重。當(dāng)汽車在滿載調(diào)頭轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向角度及轉(zhuǎn)向角速度很大，此時路面反饋到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力就會變得很大。為此，引入一個補償電流，為了防止控制器辨別工況時與緊急避讓發(fā)生沖突，其觸發(fā)情況為方向盤轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)矩均大于某一特定值， 且僅在車速低于40 km/h=時才觸發(fā)。3 EPS控制策略 EPS控制策略電動助力轉(zhuǎn)向的核心問題是電動機助力如何隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩和車速等輸入的變化而變化。從車輛動力學(xué)與控制的角度,建立如圖2所示的EPS系統(tǒng)控制原理。并以方向盤操縱力,車身側(cè)向加速度,方向盤轉(zhuǎn)角,以及三者之間的相互關(guān)系來衡量助力特性對輕便性以及路感的影響,同時還將橫擺角速度、車身質(zhì)心側(cè)偏角、車身側(cè)傾角作為操縱穩(wěn)定性的評價指標(biāo),以便更全面地分析EPS對整車操縱穩(wěn)定性的影響。 助力特性型式EPS的助力特性具有多種曲線形式,圖3為三種典型的EPS助力特性曲線。曲線分成三個區(qū)域,為無助力區(qū),為助力變化區(qū),為助力不變區(qū)。圖3中,(a)為直線型助力特性,其特點是在助力變化區(qū),助力與轉(zhuǎn)向盤力矩成線性關(guān)系。(b)為典型折線型助力特性,其特點是在助力變化區(qū),助力與轉(zhuǎn)向盤力矩成分段線性關(guān)系。(c)為典型曲線型助力特性,其特點是在助力變化區(qū),助力與轉(zhuǎn)向盤力矩成非線性關(guān)系。助力特性對汽車的操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向路感有很大的影響， 是 EPS 系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵之一。直線型助力特性曲線斜率單一， 難以協(xié)調(diào)輕便性與路感的矛盾。 折線型助力特性可有限地協(xié)調(diào)輕便性與路感的矛盾。 曲線型助力特性可通過改變曲線的線形實現(xiàn)連續(xù)可變的輕便性和路感。曲線型助力特性可以在轉(zhuǎn)向輕便性和路感之間達到一個較理想的平衡點， 但是難以找到一種合適的曲線形式， 以滿足比較理想的轉(zhuǎn)向輕便性和路感要求。汽車電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)控制策略1 EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制原理汽車電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,經(jīng)過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減速及傳遞機構(gòu)轉(zhuǎn)化后協(xié)助駕車者進行動力轉(zhuǎn)向。不同車的EPS結(jié)構(gòu)部件盡管不一樣,但基本原理是一致的,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在檢測到有效汽車點火信號后,當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時,轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)角傳感器將檢測到的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角信號輸出至電子控制單元ECU,ECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號,汽車速度、軸重負載信號等進行分析和計算,得出助力電動機的轉(zhuǎn)向和目標(biāo)助力電流的大小,從而實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向控制。在汽車點火后,EPS開始實時對各傳感器信號進行分析計算,根據(jù)系統(tǒng)助力、阻尼及回正控制算法,實現(xiàn)在全速范圍內(nèi)的最佳助力控制:在低速行駛時,減輕轉(zhuǎn)向力保證汽車轉(zhuǎn)向“靈活、輕便”。在高速行駛時,適當(dāng)增加阻尼控制,保證汽車轉(zhuǎn)向盤操作“穩(wěn)重、可靠”。在各種車速下,協(xié)助汽車轉(zhuǎn)向盤輕便、自動回正,使汽車的駕駛性能達到令人滿意的程度。EPS系統(tǒng)在分析助力同時,實時檢測系統(tǒng)各組件工作情況,如助力電機、蓄電池電源電壓、各傳感器等,當(dāng)檢測到某一組件發(fā)生故障時,如蓄電池電源欠壓、車速傳感器無信號輸出等,立即斷開電磁離合器,使助力系統(tǒng)脫離機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng),采用汽車本身的轉(zhuǎn)向機構(gòu),并同時驅(qū)動故障信號指示燈,輸出故障碼,保障駕駛的安全性。因此,EPS可以在各種路況和車速下,給駕駛員提供一個安全、穩(wěn)定、輕便、舒適的駕駛環(huán)境。不僅如此,EPS還具有安全可靠、節(jié)能環(huán)保等傳統(tǒng)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不具有的優(yōu)點,正逐漸成為汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)理想的升級換代產(chǎn)品。2 系統(tǒng)控制策略 控制內(nèi)容EPS系統(tǒng)控制算法是系統(tǒng)控制性能的關(guān)鍵。根據(jù)助力控制內(nèi)容的不同,系統(tǒng)控制算法分為助力控制、阻尼控制和回正控制。助力控制協(xié)助駕駛員轉(zhuǎn)向,減輕轉(zhuǎn)向力。阻尼控制在汽車高速行駛時適當(dāng)增加轉(zhuǎn)向阻力,實現(xiàn)高速駕駛時的“穩(wěn)重手感”?；卣刂茀f(xié)助汽車轉(zhuǎn)向盤在轉(zhuǎn)向后自動回正或在駕駛員操作下輕便的回正。在低