汽車電子電氣第10章汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-02-23 16:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 s(s)= J ss2 +bss + K s dm(s)= J ms2 +bms + Km + K? Ks +GKm rs2 2 式中： Ac(s)= D(s)+(ds ? Ks) GJ sbmKm mbsrs2(J sKm ? J mKs) + KaKs GKm + 2 GKmJ s 2(J sbm + Jmbs) J m 2bmKs 2 2 GKm Ks ? Ka K max a 由赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)可知： Δ30， Δ50。由這兩個(gè)不等式可得到： 式（ 10）中后兩項(xiàng)含有小參數(shù) Jm、 rs，所以 Ka可表示為 (10) (11) 由此式可以看出，助力增益 Ka的取值只有滿足式（ 11）時(shí)該系統(tǒng)才能穩(wěn)定工作。 以裝有齒輪軸驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的中型轎車為研究對象。各參數(shù)如表 1所示： rs G K ? i 117647 表 1 輸入信號(hào)為 Md，輸出信號(hào)為 Ma。根據(jù)式（ 1）～式（ 5）及式（ 7）～式（ 8），通 過對三自由度動(dòng)態(tài)模型仿真，得到如圖 7所示的順時(shí)針轉(zhuǎn)向助力特性圖，逆時(shí)針助力特 性圖與其左右對稱。 圖 7 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性 該助力特性圖有如下特點(diǎn)： （ 1）隨著 Ka值的不同，得到不同的助力曲線 MaMd。 Ka值越大，提供的轉(zhuǎn)向助力相應(yīng)增 加，即隨著車速的變化，該系統(tǒng)能夠提供不同的助力特性。 （ 2）在轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩較小的區(qū)域，提供的轉(zhuǎn)向助力較小或?yàn)榱?，且在不同車速時(shí)，提供的助力 時(shí)機(jī)不同，這就保持了較好的轉(zhuǎn)向路感；在常用的快速轉(zhuǎn)向行駛區(qū)間，助力效果明顯，轉(zhuǎn) 向輕便，降低了駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度。 （ 3）不同車速時(shí)，提供的轉(zhuǎn)向助力增益不同。原地轉(zhuǎn)向或車速較低時(shí)轉(zhuǎn)向助力增益較大， 轉(zhuǎn)向最輕便。 （ 4）當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩 Md≥7（ ）時(shí)，助力力矩 Ma將保持不變。這與如圖 109所示的力矩 傳感器輸出特性有關(guān)。當(dāng)其轉(zhuǎn)角大于 8176。（ Md＝ ）時(shí)，輸出電壓不再發(fā)生變化，相應(yīng) 助力轉(zhuǎn)矩 Md也不會(huì)發(fā)生變化。這使得電動(dòng)機(jī)電流不致過大而燒毀電機(jī)。 圖 8 轉(zhuǎn)矩傳感器輸出特性 （ 5）改變不同的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參數(shù)，應(yīng)用該方法，可得到不同的助力特性。 四 .電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的控制方法 電子控制電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向的控制系統(tǒng)如圖 9所示。該系統(tǒng)的核心是一個(gè)有 4KB ROM和 256KB RAM的 8位微機(jī)。 圖 9 電子控制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的控制系統(tǒng) EPS系統(tǒng)可以對轉(zhuǎn)向過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)（轉(zhuǎn)向、 回正、中間位置）進(jìn)行精確控制，從而提高汽 車轉(zhuǎn)向助力性能。微機(jī)可以根據(jù)各種傳感器的信號(hào)，判斷轉(zhuǎn)向狀態(tài)，選擇執(zhí)行不同控制模式，根據(jù)這 些要求，制定 EPS的控制策略。 ★ 助力控制 助力控制是在轉(zhuǎn)向過程（轉(zhuǎn)向角增大）中為減輕轉(zhuǎn)向盤的操縱力，通過減速機(jī)構(gòu)把電機(jī)轉(zhuǎn)矩作用到 機(jī)械轉(zhuǎn)向系（轉(zhuǎn)向軸、齒輪、齒條）上的一種基本控制模式。助力控制的驅(qū)動(dòng)方式為（ 參見圖 4電動(dòng) 機(jī)控制電路圖 ）：使三極管 V1導(dǎo)通， V2 、 V3管截止， V4管斬波。該控制利用電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)電流 成比例的特性，由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器檢測的轉(zhuǎn)矩信號(hào)和由車速傳感器檢測的車速信號(hào)輸入控制器單片 機(jī)中，根據(jù)預(yù)制的不同車速下 “轉(zhuǎn)矩－電機(jī)助力目標(biāo)電流表 ”，確定出電機(jī)助力的目標(biāo)電流，通過對反 饋電流與電機(jī)目標(biāo)電流相比較，利用 PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出 PWM信號(hào)到驅(qū)動(dòng)回路以驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn) 生合適的助力。 ★ 回正控制 回正控制是為改善轉(zhuǎn)向回正特性的一種控制模式?；卣刂浦饕糜诘退傩旭?，此時(shí)電動(dòng)機(jī)控制 電路實(shí)行斷路，即四個(gè)三極管均處于截止?fàn)顟B(tài)，保持機(jī)械系統(tǒng)原有的回正特性。對于高速行駛，為防 止轉(zhuǎn)向回正超調(diào)，采用阻尼控制方式。 ★ 阻尼控制 阻尼控制是汽車運(yùn)行時(shí)為提高高速直線行駛穩(wěn)定性的一種控制模式。汽車高速行駛時(shí)，如果轉(zhuǎn) 向過于靈敏，會(huì)影響汽車的行駛穩(wěn)定性，為提高直線行駛的穩(wěn)定性，在死區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行阻尼控 制。 電機(jī) 理想模型 的基本方程為： dia dt u(t)= Raia(t)+ KE?(t)+ La （ 11） 式中 u（ t）、 ia(t) —分別為電機(jī)的端電壓和電樞電流； ω（ t） —電機(jī)轉(zhuǎn)速； Ra、 La——分別為電機(jī)等效內(nèi)阻和電感； KE——電動(dòng)勢常數(shù)。 EPS系統(tǒng)中所用電機(jī)的電樞電感很小，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢可忽略不計(jì)。若將電機(jī)兩端短路，則有 ? K E?(t) Ra ia(t)= 因此，用一定占空比的 PWM信號(hào)在電動(dòng)機(jī)控制電路內(nèi)部使電機(jī)短路，電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢 形成阻礙電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的阻尼轉(zhuǎn)矩，改變占空比，即改變了阻尼轉(zhuǎn)矩的大小。 （ 12） 電
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