關于電動汽車動力轉向建模優化設計

許棟鵬

摘 要：對于汽車的整體性能影響最大的就是電動助力轉向系統，它對汽車的穩定性和安全性都有著至關重要的作用。對此就需要我們能夠對轉向系統進行系統分析，進而找到相應的措施進行建模優化。

關鍵詞：電動助力轉向系統;性能分析;優化設計

對于電動汽車來說，其電動助力轉向系統主要是對其構成以及原理進行分析，并參照數據進行模型的構建，并且在此基礎上對其系統的傳遞函數、相關參數等等進行分析，找出可能受到影響的因素，進行對此來對此進行優化，讓其系統的穩定性和整體的安全性能有大幅度的提高。

1 電動助力轉向系統概述

總的來看，如今電動助力轉向系統越來越受人們的歡迎，它不同于液壓助力轉向系統。整體性能上都要比液壓助力轉向系統更加高，比如：轉向特性;節能;環保;穩定性以及安全性等等。并且它還在其基礎上采用了助力電動機和減速結構，能讓整體的轉向性能有了很大的提升。如今，助力電機的很多參數都對其汽車的性能都有一定的影響，需要我們能夠根據實際情況對其進行分析研究，以轉動慣量、轉向機構等參數進行多重考慮，進而讓整體的系統能夠有更好的依據進行系統的優化。在模型的建立過程中，通常用的是Matlab模型、simulink模型等等進行聯合構建，這樣能夠更加有針對性的進行相關轉動性能的影響分析。

2 電動助力轉向系統的建模

2.1 電動助力轉向系統的組成和工作原理

在電動助力轉向系統中有很多種助力方式，比如：轉向軸助力式、齒條助力式、小齒輪助力式等等。而轉向軸助力式最為常見，該系統在組成上也比較經典，主要有轉向盤、傳感器、減速機構、轉向器等等，其中傳感器里包括車速傳感器和扭矩傳感器。在轉向過程中，需要轉矩傳感器能夠在信號的推動下傳送到電子控制單元上，利用控制系統對其助力電機進行力矩的輸出，這樣再與齒輪齒條轉向器結合在一起最終實現轉向。

2.2 電動助力轉向系統的建模

在建模過程中，通常要對其系統進行一定的計算分析，這樣才能保證整體的模塊能夠更加精準。獨立模塊一般都是分成了若干個，利用之間的關系進行有機的連接。而模塊在進行分類時，主要是分成三個，即電機模塊、控制器模塊、機械轉向系統模塊。這幾個模塊的數學模型的建立就需要利用上述的幾種方法來進行，進而得出較好的動力學方程。

2.3 MATLAB與Carsim聯合仿真模型

模型的建立不僅僅需要大量的數據支持，還需要我們能夠利用好當前的構建模型的方法進行仿真模型的建立。它能夠讓整體的電動助力轉向系統模型變得更加生動形象化，方便大家能夠更好的進行系統的替換。利用Matlab/Simulink模型和CarSim整車模型進行一定的有效結合，能夠讓整個系統在此過程中更好的進行替換，所接收的信號都可以為聯合仿真模型提供有效的依據，進而為其操作實施做好準備。

3 汽車性能分析

3.1 電機轉動慣量的影響

在電機轉動慣量方面，通常是在兩方面進行分析的，即時域響應和頻域響應。它們結合當前其減速機構等因素和汽車轉向系統的各項性能進行對比，進而對其汽車運動狀態參數進行總結，確定其質心側偏角、前輪轉角等等。其具體參數直接反應了汽車的穩定性和安全性，進而對側偏以及側滑強度分析確定其轉向系統的靈敏性。進而對其確保其因素結果分析出對其轉向運動的影響。最后，在進行仿真模型構建時，其仿真結果也可以得出一定的結論。當電機轉動慣量增大的時候，橫擺角速度以及對應的超調量都會在一定程度上增大，進而其穩定性也會因此受到影響，相對變差。側偏情況相對會好一點，轉向靈敏性也會因為其震蕩和相應延遲慢慢變差。

3.2 減速機構減速比對汽車性能的影響

在減速機構方面，助力電機和轉向軸就是通過減速機構連接到一起的，減速比在一定程度上決定了助力力矩的大小，并且是成正比的。盡管它使轉向變得輕便，但是對汽車其他性能來說卻有了一定的影響。我們需要采集多組減速比進行系統分析，進行將這些數據進行一定的對比，進而得出相應的響應曲線，得出其汽車狀態受減速機構減速比的影響情況。根據仿真模型情況來看，減速機構減速比變大的話，就會使橫擺角速度隨之提前，相應也因此加快，最終影響其轉向穩定性。與此同時，質心偏向角也因此導致側偏情況嚴重，在一定程度上使其危險性大大增加。因此，為了讓汽車的相應情況能有所改變，就需要對其相關數據參數進行一定的優化，進而使汽車的整體性能有大幅度提升。

4 電動助力轉向系統的參數優化

根據上述內容分析我們可以知道，要想讓電動助力轉向系統能夠提供更好的安全性和穩定性，就需要能夠根據其相關因素的影響來進行優化。優化過程通常是在約束以及優化函數上進行優化，一般利用開環方差均方根來實現。

4.1 系統穩定性

根據實際數據分析我們可以得出對應的特征方程，這樣方程中就隱含了我們所需的系統穩定所需要的條件。它在一定程度上為我們之后的系統優化提供了極大地便利。

4.2 系統參數優化

要想讓系統參數能夠得以優化，就需要我們相關的技術人員能夠利用合適的評價方法來對汽車相應的好壞進行全面的分析，目前我們使用的是開環方差評價。它是由郭孔輝提出的，它所說的就是在階躍輸入狀態下，對其響應瞬態和穩態進行詳細的分析。并且也能夠根據這些內容產生一定的影響。要想讓汽車穩定性能有所提高，就需要其評價的開環方差足夠低。得出的開環方差需要進行系統分析，對其均方根值進行一定的計算，讓電機轉動慣量為基礎，在確保系統穩定性和安全性的前提下，進行電力助力轉向系統參數的優化。主要利用遺傳算法來進行，這樣能夠讓最終得出的數據更加精確，讓整體的優化達到最佳。因此，我們可以得知，優化的系統與之前相比很多參數都發生了一定的變化，比如：橫擺角速度在不同車速下對其汽車運動的影響大大降低，其開均方差數也隨之減小。

5 結束語

總的來說，它們在一定程度上都意味著汽車的整體性能在大大提高，對其減速機構減速比、電機轉動慣量等等都有很大程度的提高。因此，對其電動汽車動力轉向系統的優化十分重要。

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