三電機線控轉向系統控制策略研究

陳曉陽

摘 要：線控技術主要包括線控轉向技術，線控制動技術和線控油門。線控轉向技術消除了一些機械連接機制，并使用電子控制技術、傳感器檢測技術、總線技術等來收集車輛狀態信息并將其轉換為電信號以進行分析和處理。同時，道路信息會反饋給駕駛員，以優化汽車，駕駛性能提高了安全性。線控轉向車輛可以實現轉向系統理想傳動比的優化設計，并具有高度的電子集成度。將來，電動汽車，燃料電池汽車，混合動力汽車和低排放汽車將在四大“ EV”汽車上得到更廣泛的使用。

關鍵詞：三電機;線控轉向系統;策略研究

本文對三電機線控轉向系統的進行研究，根據車輛轉向系統的基本功能要求，選擇三電機轉向系統的轉向和減速器，并選擇轉向執行電機、助力電機和力感電機的參數和模型。在線控轉向系統中，使用商業軟件CarSim選擇整個車輛模型，并與線控轉向系統兼容性與合理性討論安全性。

一、線控轉向系統發展背景

在傳統的機械轉向中，駕駛員的轉向操作通過操作諸如轉向器的轉向傳動部件而傳遞到方向盤，并且角度和力的傳遞特性是固定的，并且車速、橫向加速度和橫擺率不同。其次，汽車的轉向特性呈現出非線性，駕駛員必須不斷操縱轉向器進行調整。這會增加駕駛員的體力勞動和精神負擔，從而影響駕駛員的轉向穩定性和駕駛安全性以及在極端情況下（側滑、轉向不穩定等）失去對操縱穩定性的控制或在緊急情況下濫用會最終導致交通事故。隨著汽車轉向技術的發展，設計師在1940年代開發了液壓動力轉向系統（HPS）。借助于汽車的機油泵產生的液壓，可以幫助駕駛員實現車輛的轉向并減輕駕駛員的負擔。隨著液壓助力轉向技術的成熟和系統安全性的提高，已被主要的汽車公司廣泛使用。

二、線控轉向系統的發展趨勢

在汽車轉向系統的開發中，我們經歷了第一個傳統的機械轉向系統，后來經歷了液壓動力轉向系統和電子控制的液壓轉向動力系統，現在已經在汽車中使用。這是最成熟的技術。業內最廣泛使用的電動助力轉向系統的發展趨勢是車輛安全性、舒適性、輕量化駕駛、電子控制的先進集成、節能和環保。在在線轉向系統的設計和研究中，其發展的限制因素主要是在線轉向系統的安全性和經濟性。隨著電子工業的飛速發展，在線轉向系統中使用的電氣元件和控制器電子芯片制造技術越來越成熟，傳感器設備的靈敏度越來越高，線轉向更加安全。隨著電機系統可靠性、工藝水平和產量的提高，線控系統的應用經濟也在逐步發展。通常，線控轉向系統將在電動汽車、無人駕駛汽車、輔助汽車等領域得到更廣泛的應用，這將使駕駛員的操作更加輕松，轉向更加安全，并且車輛的電子設備的控制集成化更好。

三、線控轉向系統控制策略研究

（一）力感控制策略

線控轉向系統可以根據駕駛員的理想目標設置轉向系統的傳動比，在轉向過程中精確控制方向盤角度，并通過伺服系統進行力感仿真。在國外的相關研究中，變傳動比設計策略是法國Maximieuen Azzalwi等人提出的，具有變傳動比設計的第一級模糊控制器使用方向盤角度和縱向車速作為輸入值，并使用變傳動比作為輸出值。二級分層模糊控制器使用總傳動比，縱向加速度和橫向加速度作為輸入值，傳動比變化曲線的斜率和車輛工況作為輸出，車身的動態參數作為控制器。將被糾正通過驗證正常工作條件下的實際車輛實驗，變速比設計具有出色的實驗效果。然而，在極端條件下應用的相關控制策略和算法需要進一步研究。某大學建立了方向盤返回力矩算法模型，并通過駕駛員的主觀評估方法確定了模型參數，例如方向盤角度、縱向速度和橫擺率。通過方向盤轉角，車速和反饋，某大學提出了一種針對方向盤轉角，輪回力矩和縱向車速之間關系的算法，以感力模擬提出了系統實現的控制策略。

（二）雙電機控制策略

限制線控轉向系統發展的重要因素是轉向過程中系統的安全性是否符合標準。在系統中，轉向驅動電機是轉向的動力源，如果電機發生故障，則會構成重大的安全隱患。因此，將動力輔助電機添加到在線轉向系統的結構中，并且如果單個電機發生故障，則雙電機結構可以避免系統故障。另外，雙電動機系統可以根據需求設計合理的雙電動機轉矩分配策略，改善轉向響應并實現目標功能。

四、三電機線控轉向系統結構選型分析

（一）減速器選型

在本文考慮的三電機線控轉向系統中，由于安裝的電機功率和空間大小的限制，電機的輸出功率很小，減速器必須起到降低電機轉速和增加輸入轉矩的作用。由于不是這種情況，因此本文采用相反的方法，蝸輪蝸桿減速機構被廣泛應用于電動助力轉向車輛中，效率低、空間小、傳動大。具有相同參數的相同型號的蝸輪減速器用于轉向驅動電機、助力電機和力感電機。圖表2.1顯示了減速器的選擇。

（二）轉向器分類及選型

1.循環球式轉向器

循環球轉向器的結構主要由殼體、螺釘、螺母和一些小鋼球等組成。在工作條件下，將一個小鋼球放置在螺母和螺釘之間的螺旋槽中，以驅動螺母和螺釘。在輔助工作期間，滑動摩擦轉化為滾動摩擦，可以將傳動效率提高到80%，這也是循環球式轉向器的主要優點。另外，采用循環球式轉向器提高了轉向穩定性和轉向穩定性，并提高了傳動效率并減少了輔助設備對的磨損，從而延長了轉向器的使用壽命。循環球式轉向器可用于調節齒條和齒輪風扇的嚙合，提高車輛在復雜道路條件下的安全性，主要用于吉普和SUV車型。

2.蝸桿滾輪式轉向器

由于循環球在轉向器中的廣泛使用，齒輪齒條式轉向器逐漸發展，蝸輪蝸桿式轉向器逐漸停止使用。在中國制造的車輛中，蝸桿滾輪轉向僅由最初生產的解放品牌車輛采用，但在隨后的產品中，采用了循環球轉向。蝸輪式轉向器在結構上主要由蝸桿和滾輪組成，主要優點是結構簡單、工作可靠、壽命長、制造容易。然而同時具有諸如低的正效率，難以調節間隙和恒定的傳動比的缺點。

結語

綜上所述，線控系統可以實現轉向系統傳動比的個性化設計。由于集成了先進的智能和電子控制，與EPS電動助力轉向和EHPS電子控制相比，車輛轉向系統的空間布局合理緊湊。在汽車工業的未來發展中，電動助力轉向和電子控制液壓助力轉向系統將逐漸取代它們。

參考文獻

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