电动转向器控制系统研究(118页).rar

摘要
电动转向系统代表了汽车转向技术的未来发展方向，符合汽车技术电子化的要求。
电动助力转向系统EPS(ElectricPowersteeringSystem)是一种新型的电机驱动的汽车转
向技术，具有结构简单、安装方便、节能环保及控制精确等优点，它能实现助力大小随
车速变化而调整，比较好地解决了在助力转向中，驾驶员获得不同转向路感的问题。目
前该技术主要用在轿车的前轮转向中，电动转向系统的研究和开发具有很强的工程应用
价值。
论文从汽车操纵稳定性要求出发，分析了与转向密切相关四轮车辆的横向运动，建
立了四轮车辆横向动力学模型。研究了由于车辆转向引起的侧倾导致轮胎垂直载荷的重
新分配的问题。进一步对影响转向运动的侧偏力和回正力矩的特性，分别从轮胎压力、
垂直载荷和路面状况等方面进行分析和研究，建立了车辆的轮胎模型。将得到的车辆模
型和轮胎模型连接起来，构建了研究电动助力转向系统的车辆转向仿真平台并进行了仿
真实验。
分析和研究了电动转向系统的机械部分和电气部分的各构成环节，并对各部分进行
了参数化处理。在进行电动转向系统运动和受力分析的基础上，采用等效转换的方法，
建立了转向系统的二自由度机械模型。在分析助力电机结构的基础上，建立了助力电机
模型。在分析电控单元控制模块的组成的基础上，建立了电控单元模型。在研究三者之
间的传递关系的基础上，将机械系统模型、助力电机模型和电控单元模型合成为完整的
电动助力转向模型。再将电动助力转向模型引入车辆模型和轮胎模型构成的仿真平台
中，由此建立了含有电动助力转向模型、轮胎模型和车辆模型的完整电动助力转向系统
研究的仿真实验平台。
通过分析车辆和驾驶员对转向控制的要求和特点，确定了助力特性的基本要求。在
电动转向控制中采用了助力控制、补偿控制、回正控制和阻尼控制等控制策略。在助力
控制的研究中，分析和比较了三种助力特性曲线，确定了本系统的电动助力转向的基本
助力控制算法。针对助力电机惯性和摩擦等环节的存在，采用了根据电机转速变化的补
偿控制算法。在回正控制中，采用了依据方向盘转向、转角和转速的回正控制算法，实
现转向盘快速回正。同时在电动助力转向控制中引入了阻尼控制，防止在车辆高速行驶
或路面不平时，出现的转向盘振荡。为实现电动助力转向的不同控制要求，在电动助力转向控制策略中，采用了多种控制算法。
考虑到EPS系统动力学分析中进行的理想化处理，车辆在使用中载荷的变化等引起
控制对象模型参数的不确定性以及传感器噪声、路面干扰等难题，为了满足助力转向跟
踪性、路感要求和稳定性的性能指标，建立了电动助力转向器的广义模型，分析和确定
了满足各种性能指标要求的权函数，采用Matlab鲁棒控制工具，设计了基于H一的混合
灵敏度鲁棒控制器，并对引入控制器后的电动助力转向系统进行了仿真实验，实验结果
表明系统具有强的鲁棒性。
在理论研究基础上，对电动转向系统的控制单元Ecu(El七et飒工COntrolunit)进行
了设计。针对电控单元的输入和输出信号的不同特点进行了分析，并设计了相应的处理
控制电路。其中扭矩输入信号采用了三路处理模式，两路作为扭矩信号，一路直接经窗
口比较器通过H桥控制助力方向。助力电机采用直流永磁电机，由NMOS管构成的H
桥驱动，控制采用脉宽调制PWM和助力电机电流PID的反馈控制。从转向安全角度出
发，针对助力系统出现失效时，设计了故障检测和处理电路。
最后研究了电动助力转向台架实验的方案。对实验需要的各种车辆运行状态信号的
模拟方法进行了分析和确定，实际车辆的发动机速度、车速、转向扭矩信号采用仪器模
拟输入ECU，转向阻力矩采用磁粉制动器模拟，设计和完成了电动助力转向系统实验台
架，并在该台架上进行了ECU在EPS中和ECU脱离EPS的助力性能试验。实验结果
表明实际助力电流和理想助力电流有比较好的一致性，同时验证了建立的ECU离线检
测和开发平台的有效性。
关键词:电动转向助力特性H_控制电控单元台架实验





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