純電動汽車EPS系統控制策略研究

劉曉爽

摘 要：隨著世界經濟及汽車電控技術的發展，人們對汽車的安全性、駕駛的舒適性、節能環保性、以及操縱穩定性越來越重視。具備著節能環保及助力可調節等優點的汽車電動助力轉向（EPS）系統，越來越受到人們的重視，而且裝配簡單、占用空間小，因此，EPS系統有很大的應用領域及市場發展空間。對于新能源汽車來說，必須選擇EPS系統，因為它不需要使用內燃機，助力轉向系統動力的來源只有來自電動機。

關鍵詞：純電動；電動助力轉向；控制策略

隨著汽車電控技術的發展，人們對汽車的安全性、駕駛的舒適性、節能環保性、以及操縱穩定性越來越重視。傳統的純機械轉向系統已經有被淘汰的趨勢，目前的多種類型的液壓轉向系統，由于系統零部件較多，能源消耗多，高速時路感差；電動機驅動的油泵，雖然增用了電控系統來調節助力轉向，但它依然存在液壓管路，并且最環境造成污染，成本較高，這已經不能滿足人們對汽車環保節能等方面的要求。

EPS系統既環保節能，又能滿足人們對汽車性能越來越高的要求，而且其自身價格會隨著產量的上升呈下降趨勢，非常適合使用在大多數轎車身上，EPS系統代替液壓助力轉向系統在未來已經成為必然的轉變趨勢，所以EPS系統的在汽車市場的發展空間十分大。

1 發展趨勢

EPS系統是以機械轉向系統為基礎，根據作用在轉向盤上的轉矩信號和車速信號，計算出目標電流從而使電機產生相應大小的驅動轉矩，協助駕駛員進行轉向并獲得最好的轉向特性的伺服系統。隨著人們對汽車駕駛舒適性的要求越來越高及政府“節能環保”的大力支持下，EPS已成為未來汽車轉向系統的發展方向。

2 電動助力轉向的核心技術

（1）傳感器技術方面。現代汽車技術主要以電自控制技術的應用為主，電控系統的主要元件是傳感器，作為信息采集的重要元件。傳感器數據采集的準確性是實現控制精度的前提。EPS系統中應用了多種傳感器，如：轉矩傳感器、助力電機電流傳感器等。融合多種先進技術，設計和開發性能優越、價格低廉的智能集成傳感器，是傳感器技術發展方向，例如，EPS系統相對較近部位的轉向盤轉矩傳感器以及傳感器的集成化。

（2）助力電機。助力電機是EPS系統的執行元件。電動助力轉向系統普遍采用直流有刷電機，原因是其成本較低，采用較為傳統的機械換向方式，且主要應用于微型及小型車的轉向助力。無刷直流電動機采取電子換向的方式，其優點是低轉速、大轉矩、重量輕。

EPS系統采用的電動機，必須適用于其系統的工作條件。根據汽車轉向時處于不同的工況，助力電機需要不同的工作狀態，比如起動、停止、反向助力等。因此，EPS系統要求助力電機具有較高的性能。一般EPS系統對助力電機的基礎要求為：噪聲低、轉矩大、可靠性較高等。

當前，由于直流有刷電機具有結構簡單、成本低及輸出轉矩大等優點，被普遍應用于轎車上EPS系統助力。但是直流有刷電機功率密度低，采用機械式換向方式，具有電刷及換向器等易損件，定期維護率高。為了解決以上問題，使用電子換向的直流無刷電動機已經成為EPS系統探究和發展的方向，但是無刷電機的控制比較復雜，控制器成本高，目前國內應用較少，因此本課題中設計的控制器是以直流有刷電機為控制對象研發的。

電機電樞電壓控制法屬于開環控制，控制精度不高；轉向盤轉矩直接控制法及電機電樞電流控制法基本指導思想雷同，都屬于閉環控制，前者是對轉向盤轉矩的反饋修正，后者是對助力電機的電流進行反饋修正。本文采用較易于實現且控制精度高的電樞電流控制方法，當上層控制策略確定目標電流后，與電機電流檢測模塊得到的反饋電流進行比較得到差值，電流控制器與此電流偏差進行調節，實現電流閉環控制，再經過對應的控制算法計算出助力電機的控制電壓信號，以便使助力電機輸出適合此工況的轉矩。

在確定了EPS系統的助力電機電流跟蹤反饋控制的基本控制策略前提下，需要確定關鍵的電機控制算法對電流進行控制。目前，常規的控制算法為PID控制，該控制方法計算相對簡單、實時性好，但是對于非線性與較復雜的被控對象難以獲得很高的控制效果；現代控制理論方法已經被普遍應用，使得控制系統更加智能化。本文前期采用較為簡單易于實現的PID控制算法。

PID控制實際上就是對被控系統實施校正，例如穩定性（過渡之后實際輸出量與希望輸出量之間的偏差）、瞬態性（最大超調量、延遲時間、上升時間、調整時間等）等要求。實際應用中，要加必要的校正，使兩方面性能都適當的滿足。

3 應用領域

EPS系統主要應用于較為普及使用的小型乘用車上，應用十分普及，具備成熟的技術，但在商用車領域，尤其是大型商用車方面，EPS系統沒有真正意義上的應用，只是處在研究及試驗階段，在商用車領域還有廣闊的發展空間，所以該系統應用領域的擴大化是未來的重要發展方向及趨勢。

4 電動助力轉向優勢

傳統的純機械轉向系統已經趨于淘汰，目前的各類液壓轉向系統，由于系統元件較多，油泵是由發動機或電動機驅動，發動機驅動的油泵隨著發動機的運作會持續工作，能源消耗多，高速時路感差；電動機驅動的油泵，雖然增加了電控系統來調節助力特性，但仍然存在液壓管路，而且污染環境，成本高，這已經不能滿足人們對汽車各個方面的要求。

5 總結

影響汽車性能，特別是駕駛員的操縱穩定性的主要系統是是汽車轉向系統，它對于保證車輛的安全行駛起著重要作用。隨著電控技術在汽車助力轉向系統中的應用，使汽車的操縱穩定性達到了使人較為滿意的程度。在國家大力提倡節能環保的影響下，以及人們對汽車行駛的安全性、操縱穩定性、駕駛的舒適性要求的提高，EPS系統由于具有節能環保與助力性能可調等優點，越來越受到人們的喜愛，而且在未來的市場中，發展空間較大。

參考文獻：

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