【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 轉(zhuǎn)矩和車(chē)速的變化關(guān)系曲線(xiàn)來(lái)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(dòng)轉(zhuǎn)向盡可能一致的、可控的轉(zhuǎn)向特性。在滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向輕便性的條件下，如果路感強(qiáng)度在整個(gè)助力特性區(qū)域內(nèi)不變， 則駕駛員就能容易地判定汽車(chē)行駛狀況的變化，預(yù)測(cè)出所需要的轉(zhuǎn)向操縱力矩的大小。EPS助力特性曲線(xiàn)如圖5所示，為車(chē)速感應(yīng)型，即在同一轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩輸入下， 電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)電流隨車(chē)速的增加而降低，以較好地兼顧輕便性與路感的要求。針對(duì)EPS系統(tǒng)的特點(diǎn)，助力特性曲線(xiàn)滿(mǎn)足以下要求：1) 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入力矩小于某一特定值（通常設(shè)為 1Nm左右）時(shí)，助力力矩對(duì)EPS系統(tǒng)不起作用；2) 在轉(zhuǎn)向盤(pán)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(pán)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(pán)輸入力矩達(dá)到駕駛員體力極限的區(qū)域時(shí)，應(yīng)盡可能發(fā)揮較大的助力效果；5) 隨著車(chē)速的增高，助力應(yīng)減??；6) 符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的最大操縱力要求。 特殊工況補(bǔ)償設(shè)計(jì)根據(jù)助力特性曲線(xiàn)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(shí)際中汽車(chē)行使的工況是十分復(fù)雜多變的，對(duì)轉(zhuǎn)向性能的要求也各有不同，因此需要引入附加的補(bǔ)償電流， 使車(chē)輛在某些特殊轉(zhuǎn)向工況中均能達(dá)到理想的轉(zhuǎn)向效果。文章設(shè)計(jì)了回正過(guò)程補(bǔ)償、緊急避讓過(guò)程補(bǔ)償和滿(mǎn)載大角度轉(zhuǎn)彎補(bǔ)償?shù)热N補(bǔ)償控制電流，并進(jìn)行仿真分析。 回正過(guò)程補(bǔ)償當(dāng)汽車(chē)以一定速度行駛時(shí)， 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(kāi)轉(zhuǎn)向盤(pán)后，隨著作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力的減小，轉(zhuǎn)向盤(pán)將在回正力矩的作用下回正。汽車(chē)的回正能力在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)進(jìn)行考慮， 但是隨著汽車(chē)某些因素的變化（如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)干摩擦變大） ，會(huì)降低汽車(chē)的回正能力。這時(shí) EPS 系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)，以保證汽車(chē)的回正性能。在轉(zhuǎn)向盤(pán)回正過(guò)程中，有兩種情況需要考慮。一是回正力矩過(guò)小，轉(zhuǎn)向盤(pán)不能回到中間位置；二是回正力矩過(guò)大，引起轉(zhuǎn)向盤(pán)位置超調(diào)。汽車(chē)在低速轉(zhuǎn)向過(guò)程中，由于路面阻力矩較大，所以?xún)?yōu)先考慮的是轉(zhuǎn)向輕便性。 同時(shí)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(pán)不能及時(shí)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(guò)程中有必要施加一個(gè)回正補(bǔ)償電流， 通過(guò)補(bǔ)償使方向盤(pán)轉(zhuǎn)向后回到直行位置。隨著車(chē)速的提高，路面阻力減小，而回正力矩隨著車(chē)速的提高而增加，這就導(dǎo)致了在中高速情況下，方向盤(pán)在回正力矩的作用下有可能出現(xiàn)回正過(guò)度現(xiàn)象， 這對(duì)行駛安全是極不利的。因此需要增加一個(gè)補(bǔ)償電流，防止出現(xiàn)方向盤(pán)超調(diào)現(xiàn)象，以提高安全性。 緊急避讓過(guò)程補(bǔ)償在汽車(chē)高速行駛過(guò)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(chē)和急打方向盤(pán)。 在這種情況下極易發(fā)生操縱力過(guò)大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過(guò)度。同時(shí)，由于所設(shè)計(jì)的助力增益是隨著車(chē)速的減小而增大的，由于車(chē)輛減速，因此助力扭矩增大，進(jìn)一步加大了轉(zhuǎn)向力矩。最終的結(jié)果就有可能是車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)度導(dǎo)致車(chē)輛失控甚至甩尾及翻車(chē)。為了避免這種情況的發(fā)生，提高車(chē)輛的安全性，引入一種補(bǔ)償電流，起到摩擦阻力的作用，防止轉(zhuǎn)向過(guò)度。其工作原理是，控制器根據(jù)輸入的車(chē)速信號(hào)、轉(zhuǎn)矩信號(hào)、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)，實(shí)時(shí)估計(jì)車(chē)輛的行駛工況，當(dāng)車(chē)速超過(guò)一定值(40 km/h),且方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的變化率超過(guò)一定值時(shí)，觸發(fā)控制器，產(chǎn)生主動(dòng)摩擦補(bǔ)償電流。 滿(mǎn)載大角度轉(zhuǎn)彎補(bǔ)償在設(shè)計(jì)助力特性時(shí)，假設(shè)車(chē)輛自重均為空載。但在實(shí)際中，車(chē)輛的負(fù)載情況是對(duì)轉(zhuǎn)向阻力影響最大的因素之一。，因此，在滿(mǎn)載時(shí)容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重。當(dāng)汽車(chē)在滿(mǎn)載調(diào)頭轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向角度及轉(zhuǎn)向角速度很大，此時(shí)路面反饋到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻力就會(huì)變得很大。為此，引入一個(gè)補(bǔ)償電流，為了防止控制器辨別工況時(shí)與緊急避讓發(fā)生沖突，其觸發(fā)情況為方向盤(pán)轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)矩均大于某一特定值， 且僅在車(chē)速低于40 km/h=時(shí)才觸發(fā)。3 EPS控制策略 EPS控制策略電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的核心問(wèn)題是電動(dòng)機(jī)助力如何隨轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩和車(chē)速等輸入的變化而變化。從車(chē)輛動(dòng)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(pán)操縱力,車(chē)身側(cè)向加速度,方向盤(pán)轉(zhuǎn)角,以及三者之間的相互關(guān)系來(lái)衡量助力特性對(duì)輕便性以及路感的影響,同時(shí)還將橫擺角速度、車(chē)身質(zhì)心側(cè)偏角、車(chē)身側(cè)傾角作為操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo),以便更全面地分析EPS對(duì)整車(chē)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(xiàn)形式,圖3為三種典型的EPS助力特性曲線(xiàn)。曲線(xiàn)分成三個(gè)區(qū)域,為無(wú)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(xiàn)型助力特性,其特點(diǎn)是在助力變化區(qū),助力與轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩成線(xiàn)性關(guān)系。(b)為典型折線(xiàn)型助力特性,其特點(diǎn)是在助力變化區(qū),助力與轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩成分段線(xiàn)性關(guān)系。(c)為典型曲線(xiàn)型助力特性,其特點(diǎn)是在助力變化區(qū),助力與轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩成非線(xiàn)性關(guān)系。助力特性對(duì)汽車(chē)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(jì)的關(guān)鍵之一。直線(xiàn)型助力特性曲線(xiàn)斜率單一， 難以協(xié)調(diào)輕便性與路感的矛盾。 折線(xiàn)型助力特性可有限地協(xié)調(diào)輕便性與路感的矛盾。 曲線(xiàn)型助力特性可通過(guò)改變曲線(xiàn)的線(xiàn)形實(shí)現(xiàn)連續(xù)可變的輕便性和路感。曲線(xiàn)型助力特性可以在轉(zhuǎn)向輕便性和路感之間達(dá)到一個(gè)較理想的平衡點(diǎn)， 但是難以找到一種合適的曲線(xiàn)形式， 以滿(mǎn)足比較理想的轉(zhuǎn)向輕便性和路感要求。汽車(chē)電動(dòng)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(chē)電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減速及傳遞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化后協(xié)助駕車(chē)者進(jìn)行動(dòng)力轉(zhuǎn)向。不同車(chē)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(cè)到有效汽車(chē)點(diǎn)火信號(hào)后,當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)角傳感器將檢測(cè)到的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角信號(hào)輸出至電子控制單元ECU,ECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號(hào),汽車(chē)速度、軸重負(fù)載信號(hào)等進(jìn)行分析和計(jì)算,得出助力電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和目標(biāo)助力電流的大小,從而實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向控制。在汽車(chē)點(diǎn)火后,EPS開(kāi)始實(shí)時(shí)對(duì)各傳感器信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算,根據(jù)系統(tǒng)助力、阻尼及回正控制算法,實(shí)現(xiàn)在全速范圍內(nèi)的最佳助力控制:在低速行駛時(shí),減輕轉(zhuǎn)向力保證汽車(chē)轉(zhuǎn)向“靈活、輕便”。在高速行駛時(shí),適當(dāng)增加阻尼控制,保證汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)操作“穩(wěn)重、可靠”。在各種車(chē)速下,協(xié)助汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)輕便、自動(dòng)回正,使汽車(chē)的駕駛性能達(dá)到令人滿(mǎn)意的程度。EPS系統(tǒng)在分析助力同時(shí),實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)各組件工作情況,如助力電機(jī)、蓄電池電源電壓、各傳感器等,當(dāng)檢測(cè)到某一組件發(fā)生故障時(shí),如蓄電池電源欠壓、車(chē)速傳感器無(wú)信號(hào)輸出等,立即斷開(kāi)電磁離合器,使助力系統(tǒng)脫離機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng),采用汽車(chē)本身的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),并同時(shí)驅(qū)動(dòng)故障信號(hào)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(chē)速下,給駕駛員提供一個(gè)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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不具有的優(yōu)點(diǎn),正逐漸成為汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)理想的升級(jí)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(chē)高速行駛時(shí)適當(dāng)增加轉(zhuǎn)向阻力,實(shí)現(xiàn)高速駕駛時(shí)的“穩(wěn)重手感”。回正控制協(xié)助汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)在轉(zhuǎn)向后自動(dòng)回正或在駕駛員操作下輕便的回正。在低