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电动汽车EPS数字模型与电路原理分析

2016-07-08 00:09
夜隼008
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  转向系统是汽车的重要组成部分,其性能直接影响着汽车行驶的稳定性和安全性。早期的汽车转向系统为纯机械转向系统,没有助力,转向动力完全由驾驶员 提供,驾驶体验差。从上世纪30年代以后,逐渐出现了助力转向系统。目前,汽车助力转向主要有3种形式:液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering,HPS),电控式液压助力转向系统(Electric Hydraulic Power Steeing,EHPS)以及电动助力转向系统(Electric Power Steering System,EPS)。

  相比前两种,EPS由电机提供辅助力矩,没有油系统,很大程度降低了汽车转向系统的复杂度,且在燃油效率、模块化、助力效果和环境友好性等各方面具有明显的优势。根据EPS助力电机在齿轮和转向柱总成上位置的不同,EPS系统分为转向柱助力式、齿条助力式、小齿轮助力式和双小齿轮 助力式4种类型。小齿轮和转向柱助力式应用于轻型车辆,双小齿轮助力式应用于重型车辆。它们在构成上都具有3个基本部件:电控单元(Electrie Control Unit,ECU)、助力电机和安装在转向柱上的扭矩传感器。文中针对小型轿车,以美国Freescale公司的16位单片机MC9S12DP256为核 心进行了EPS控制器的设计。

  1、电动助力转向系统结构和工作原理

  电动助力转向系统结构如图1所示,主要由方向盘、扭矩传感器、电子控制单元(ECU)、电机、电磁离合器、减速机构、齿轮齿条转向器组成。在汽车发 动机点火后,转动方向盘时,由安装在转向轴上的扭矩传感器测得转向力矩,并送给ECU,ECU根据转矩和车速,通过预先设置好的助力特性曲线和控制策略计 算出一个电机所需的最佳电流,从而控制电机输出力矩和转动方向,然后经过减速机构施加到转向机构,最终得到一个与行驶工况相适应的转向作用力,辅助驾驶员 转向。

电动汽车EPS数字模型与电路原理分析

  2、控制策略

  2.1 EPS模型建立

  根据牛顿定律,可建立转向系统数学模型。

电动汽车EPS数字模型与电路原理分析

  其中:Th为方向盘输入转矩,Js为转向柱、盘总成转动惯量,Bs为输入轴阻尼系数,Ks为力矩传感器刚度系数,Tm电机输出力矩,Km为助力电机 和减速机构的刚度系数,Jm为助力电机转动惯量,Bm为助力电机阻尼系数,M为齿条质量,Br为齿条和转向轮粘性阻尼系数,Kr为齿条当量刚度,G为助力 机构传动比,rp为小齿轮半径,θs为方向盘转角,θm为电机转角,xr为齿条位移,Fr为转向阻力。

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