電動助力轉向系統控制策略及其仿真研究

胡遠想

摘 要：我國在研究電動助力轉向系統的起步時間較晚，但是隨著我國這幾年綜合國力的不斷提升，電動助力轉向系統性能也有了大幅度的改善，但是目前我國制造的汽車在路試以及客戶體驗的過程中，電動助力轉向系統普遍存在許多不足之處，這些問題的存在對汽車乘坐人的生命財產安全都產生了一定的威脅。基于此，制定出針對性的優化改善措施，對電動助力轉向系統的構建結構以及工作原理進行了深入研究分析后，將復合控制策略的優點充分結合在電動助力轉向系統應用過程中，有效保障了電動助力轉向系統能夠帶給客戶更佳的使用體驗，保障復合控制策略準確性的同時，滿足電動助力轉向系統操縱性能要求，有效解決低速時輕便性不夠和高速時轉向路感不強的問題，滿足了人們對于生活質量和生活品質的追求。

關鍵詞：電動助力轉向系統;控制策略;仿真研究

我國科技水平在高速發展的同時也帶動了現代電子控制技術和汽車工業的發展，但是環境污染、能源損耗等問題也逐漸加劇，隨著人們對于生活品質和生活質量的追求，傳統汽車轉向系統供能方式已經被電能所替代，與時代發展中的環保、節能、安全三大主題所符合，更符合我國可持續發展戰略提出的要求。目前，我國研發的電動助力轉向系統已經成為了高新科技產業項目的一部分，這在一定程度上為我國電動助力轉向系統提供了經濟以及物質條件，為了實現汽行駛轉向的便捷性以及保障汽車乘坐人的生命安全和財產安全，需要對電動助力轉向系統控制研究，通過設定的控制策略和控制算法控制電機提供合適的助力矩[1]。

1 EPS研究現狀分析

雖然我國在電動助力轉向系統研究的起步較晚，但是幾年我國科技水平的不斷提升，電動助力轉向系統的發展進步飛快，較多企業和高校實施強強聯合，在電動助力轉向系統的研究上也獲取了較好地效果。EPS系統對于我國汽車企業的發展具有重要意義，因此為了增強我國汽車行業的競爭力，需要加大對EPS系統的研發程度。雖然我國之前對于電動助力轉向系統控制策略有一定的研究，但是以往的電動助力轉向系統控制策略研究的主要內容是電機的力矩控制。這些電動助力轉向系統控制策略不能全面考慮系統的性能指標，因此，可使用性并不強。為了實現電動助力轉向系統操縱性能要求，本文主要是針對EPS電動助力轉向系統低速時轉向輕便性不夠和高速時轉向路感不強的特點，提出一種復合控制策略[2]。

2 EPS系統復合控制器設計

2.1 電流環控制

運用電流環控制電動助力轉向系統具有較為嚴格的要求，其中首要要求就是電機產生助力作用，而且電機產生的助力作用不僅要迅速、靈敏，還要與駕駛員的輸入相匹配。因此這就對電流控制器提出了較為嚴格的要求，助力作用的靈敏、迅速主要與電流控制器有關，助力電機控制方式的好壞是電動助力轉向系統性能的決定因素。電流控制器的主要作用是用來控制助力電機的工作電流以及響應目標電流的信號的作用，電流控制器也能對電動機的工作電流的速度以及準確性起到至關重要的作用，確定完目標電流以后，能夠使電動機的工作電流更加準確的追蹤以及響應目標電流。因此，在設計過程中選擇一個合格的電流控制器能夠起到有效控制工作電流的作用，對助力電機持續輸出相對應的助力扭矩起到基礎的保障作用。

PID電流控制器具有簡單操作、可靠等特性，為編程提供了基礎，目前，在電動助力轉向系統中都是采用PID進行電流環節的控制，因此，在開展設計電流控制器的過程中也是采用PID控制方法。為了實現被控對象的有效控制，PID控制器通過對控制誤差的比例、積分、微分這幾個控制量進行控制。

2.2 助力控制

汽車助力控制電動轉向系統的目標電流主要組成部分是由基礎目標電流、慣性補償電流以及阻尼補償電流有效結合相構成的，基礎目標在控制電動助力轉向系統時不考慮方向盤的轉角以及轉矩的動態特性。目標電流值主要是通過助力特性而得出的電流值數據，轉向轉矩傳感器信號以及車速信號提供相應輔助作用。設計過程中為了有效改善EPS系統對動態特性進行控制時，在設計制造過程中加入了慣性補償電流以及阻尼補償電流，對助力控制提供了一定的幫助作用。

3 仿真實驗結果及分析

隨著我國制造行業發展迅速的過程中，我國汽車制造業為了能夠更好的滿足人們對汽車發展的要求，車企在設計過程中將汽車轉向系統的合理空間分布以及汽車前軸負荷量為主要考慮因素。現階段的汽車轉向系統大部分采用的都是軸助力設計模式，設計過程中將直流永磁電機來做為助力轉向系統中的助力電機，轉向系統中的減速機構采用的蝸輪蝸桿機構組合的方式進行設計，使直流永磁電機與減速機構兩者進行有效結合的方式實現設計制造過程。如圖1：

有效結合電動助力轉向系統動力學模型，電動助力轉向系統在仿真環節研究主要是分為傳感器模型、轉向輸入軸模型、電機和轉向輸出軸模型、阻力矩模型、電機模型和電流控制器模型，助力控制系統Simulink模型圖，模型中轉矩信號Td采用階躍輸入，其值為3.6N·m，整定后的PID參數分別為KP=1.69，KI=30，KD=0.0035，系統增益為0.0175，此時系統動態響應σP=1.94%。

4 結束語

目前我國人們的主要交通方式還是以汽車為主，汽車的穩定運行對乘坐人的生命安全和財產安全具有重要的意義，因此，應該全面減少影響汽車穩定運營的因素，有效提升電動助力轉向系統操作性能要求，針對電動助力轉向系統，合理調節和控制運動狀態，提升電機助力的準確度，有效保持汽車在行駛過程中的操縱穩定性。本次研究的電動助力轉向系統控制策略充分結合了實際情況，為提升乘坐人的生命安全打下強有力的基礎。

參考文獻：

[1]方暉.電動助力轉向系統故障原因分析與優化設計[J].南方農機，2020，51（09）：123.

[2]夏金軍.基于直流電機的乘用車電動轉向控制系統研究與設計[D].江蘇大學，2019.