新能源汽車電子轉向自動控制系統設計研究

青島中測檢測技術服務有限公司 王金濤

在現代科技不斷發展的背景下，新能源汽車能夠使石化能源的危機得到緩解，而且在綠色與環保方面擁有突出優勢，不過其控制系統仍有很多要完善的地方，待控制系統功能充分發揮后，新能源汽車的能源利用率和實用性都會大幅提升，本文基于此，研究了新能源汽車電子轉向的自動控制系統的設計。

1 對新能源汽車的電子轉向自動控制系統的電流和轉矩傳感器的設計

對新能源汽車的電子轉向自動控制系統而言，其硬件系統是由電流傳感器以及轉矩傳感器構成的。電流傳感器這一反饋信號裝置非常重要，其主要功能是檢測電動機電流的大小。電流傳感器的產生是在LabCar的ES1292板卡之中模擬而成，轉矩傳感器的信號是在LabCar的PB4350板卡之中模擬而成。對電流傳感器的設計以及轉矩傳感器的設計來說，傳感器設計中的上位機需要完成數據處理工作，而下位機則是助力轉向系統。利用PC機串口來完成對數據的傳輸工作，進而能夠測試傳感器的信息、測試方向盤轉矩。傳感器設計的示意圖如圖1所示。

圖1 傳感器設計

2 新能源汽車的電子轉向自動控制系統的軟件設計

2.1 新能源汽車的轉向自動控制電路的模塊設計

新能源汽車的電子轉向自動控制系統的優化主要指的是電路模糊測試模塊，在明確系統的目標電流之后，整合整體的電流，使汽車運行時的目標電流無論是穩定性還是響應性均得到改善。電路模糊測試模塊的優勢除了有耗電很少以及性價比很高之外，還有操作流程相對比較簡單，可以有效符合新能源汽車的自動轉向控制系統的實際需要。需要依據具體需求對進步電機型號進行選擇，常見的進步電機型號以及主要的參數如下文所示：F-5718HB5401，步距角角度為1.8°，相電阻為1.4Ω，相電感為5mH，額定電流為4.4A，其最大靜轉矩為3.1N·m，重量為1.46kg；F-5718HB4402，步距角角度為1.8°，相電阻為0.81Ω，相電感為3mH，額定電流為2.2A，其最大靜轉矩為2.8N·m，重量為1.14kg；F-5718HB4401，步距角角度為1.8°，相電阻為3.1Ω，相電感為11.8mH，額定電流為4.4A，其最大靜轉矩為2.8N·m，重量為1.14kg；F-5718HB3401，步距角角度為1.8°，相電阻為0.95Ω，相電感為3.7mh，額定電流為3.1A，其最大靜轉矩為2.2N·m，重量為1.04kg。電路模糊測試模塊如圖2所示。

圖2 電路模糊測試模塊

2.2 新能源汽車的同步帶的傳動設計

在設計新能源汽車的同步帶轉動時，已經確定傳動比i是2，電機的最大輸出靜轉矩是2.8N·m，最大的轉向負載力矩是2.3N·m，主動轉速n1是300r/min，同步帶的中心距a是300m。在此情況下，同步帶功率的計算方式為：

公式中，Pd指的是同步帶的功率，K指的是載荷修正系數，Pm指的是進步電機功率。

在對同步帶輪的直徑進行確定之后，應該確定傳動帶的節距與同步帶輪的齒數，齒數直徑的計算方式為：

其中Pd指的是同步帶的節距，Z指的是同步輪齒。

2.3 對新能源汽車的轉向控制模塊進行設計

對轉向控制模塊的設計來說，極端比例控制的公式為：

公式中，u(t)指的是控制器所輸出的控制量，kp指的是比例系數，u0指的是時控制器所輸出的控制量。按照比例+積分控制來計算整體的控制規律。

3 實驗分析

出于對新能源汽車的電子轉向自動控制系統的優化效果進行驗證的目的，本文設計了一個對比實驗，對比實驗的內容如下文所示：把同種型號的新能源電動車的轉向自動控制的助力特性當作實驗對象，把未經優化的新能源汽車的電子轉向自動控制系統當作對比實驗中的對照組，把經過優化的新能源汽車的電子轉向自動控制系統當作對比實驗中的實驗組，對比這兩組系統的測驗結果。

出于盡最大程度保障實驗公平的目的，實驗中的實驗組和對照組的各個參數需要保證一致。為使新能源汽車的電子轉向自動控制系統在優化前與優化后的區別得到充分體現，實驗組應該依據新能源汽車的電子轉向自動控制系統的優化方式來操作，而對照組需要依然使用傳統的方法進行操作。對對比實驗的驗證環節來說，相關工作人員應該重點測試電動機所輸出的轉矩跟隨方向盤的力矩變化規律與行駛車速的變化規律，測試的結果需要使用助力特性曲線來表現。

在對比這兩組系統的過程中，應該著重對自動行駛的車速和方向盤的力矩變化規律進行比對。二者在EPS轉向能力方面的具體情況主要是通過助力特性曲線進行展現的。在測試時，如果兩組控制系統中的行駛車速發生變化，那么汽車輪胎的作用力點也會出現變化，在高速行駛的情況下，其控制力矩會比較小，在高速行駛的情況下，轉向力矩會比較大。在實際測試時，兩組系統的車速變動均會導致轉向力矩發生變化。實驗組的系統助力效果與對照組的系統助力效果如圖3所示。

圖3 阻力特性對比

在對兩組系統的阻力特性進行對比之后，能夠發現轉向系統在優化之后的轉向靈敏程度比較高，而且會更輕便，在相同轉向角度的背景下，優化之后的系統的轉向需求會變小，在提供助力相同的背景下，助力力矩會伴隨車速及力矩的改變而出現變化。汽車的助力力矩會在原地轉向助力的階段達到最大，從而能夠為汽車控制的輕便性提供保障。按照EPS在多個環境中的變化規律，對具體測試而言，伴隨車速的提高，電動機的助力特性將會不斷變小。由此可知，新能源汽車的電子轉向自動控制系統在優化之后能夠具有更加出色的助力特性，可以使新能源汽車的電子轉向自動控制系統在自動控制方面的精準程度得到大幅提升。

結束語：總而言之，電子轉向自動控制系統的性能會對新能源汽車的動力效率與汽車在運行時的安全性產生直接影響，所以，相關人員需要對新能源汽車的電子轉向自動控制系統設計進行研究，不斷完善電子轉向自動控制系統的設計內容，這樣做能夠為研究工作的順利進行提供便利。相信在經濟不斷發展與科技不斷進步的時代背景下，新能源汽車在未來的應用范圍將會逐漸擴大，其安全性能也會不斷提升。