基于Matlab的汽车电动助力转向系统的仿真

根据 受力分析可 以得到电机 组件运动方程为 ：
＝ 一 一 ＋ （ ２ ． ３ ）
通 过 对 电机 模 型 的 等 效 得 到 如 下 公式 ：
尉 ＋Ｌｉ 。＝ 一Ｋ
＝
（ ２４ ）
．
条前端 的牵 引前 轮转 向的横拉杆 ， 最终达到为驾驶 员提供 转 向
助 力 的 目的 。 ２ ． ２ Ｅ Ｐ Ｓ系统 的动 力 学模 型
耐
（ ２１ ）
．
（ ２ ） 齿轮齿条及横拉杆组件： 齿 条 是 在 金 属 壳体 内来 回滑 动 的 ， 加 工有 齿 形 的 金 属 条 。
齿条可代替梯形转 向杆 系的摇杆和转 向摇臂 ， 并保证 转 向横拉 杆在适 当的高度 以使他 们与悬架下摆臂平行 ； 齿轮是一只切有 齿形的轴 。它安装在转 向器壳体上并使其齿与齿条上 的齿相啮 合 。转 向盘 的旋转使齿条横 向移动 以操纵前轮 。齿轮 轴由安装
Ｊ ｈ
一 Ｋ （ 一 ） 一
十
制单元 （ Ｅ Ｃ Ｕ ） 控制 ， 具有较 理想 的转 向轻便性 和操 作稳定 性 。 与传 统的机械转 向系统 如液 压动力转 向相 比， 电动助力转 向具 有 诸多特 点： 燃油消耗低 、 结构紧凑 、 质量轻 、 生产 线转 配 好 ， 易 于维护保养 以及环保等 。因此 ， 电动助 力系统依然是未来汽 车 转 向 系 统 的 主 要 发 展 方 向。为 了分 析 系 统 性 能 、 设计算法 、 运 作
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基于 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ的汽 车 电动助力转 向系统 的仿真
任俊 名 ，刘 依 ，胡 卓
Ｋａ ｉ ａ
（ ２ ． ５ ）
输 到 电 子 控制 单元 。电子 控 制 单 元 对 这 些 输 入 信 号 进行 运 算 处 理， 根 据 存 储 在 内部 Ｒ Ｏ Ｍ 中 的 助 力 特 性 ＭＡ Ｐ图确 定 合 适 的 助 力 电动 机 然 后 通 过 离 合 器 及 减 速 机 构 将 扭 矩 传 递 给 在 齿 轮 齿
力电动机 、 减速机构等［ ２ １ 。
具体 工作 过 程 ：
当汽 车进 行转 向时 ，驾驶 员操 纵方 向盘转 向并产 生力矩 。 与此同时 ， 装在转 向柱上 的方 向盘扭矩 传感器将实时 的监测 出 作 用 于 转 向柱 扭 杆 上 的扭 矩 和 方 向位 置 ， 并 将 这 些 信 号 一 同传
的稳定性 ， 在Ｅ Ｐ Ｓ系 统 的设 计 过 程 中 ， 建 立 一 个 准 确 的 仿 真 系 统 是 非 常 重 要 的 。本 文 借 助 于 Ｍａ ｌ ｆ ａ ｂ和 ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ的仿 真 功 能 ， 对Ｅ Ｐ Ｓ以及 Ｐ Ｉ Ｄ系 统 进 行 仿 真 分 析 ， 说 明 该 系 统 能 够 快 速 、 稳 定、 准 确 的对 车 辆 转 向进 行 仿 真 【 ｌ ＿ 。 ２ Ｅ Ｐ Ｓ 系统 的动 力学 模 型 建 立 ２ ． １ Ｅ Ｐ Ｓ系 统 结 构 和 工 作 原 理
（ 武汉东湖学院 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ０ ０ ）
【 摘 要】 本文先对 电动助力转 向（ Ｅ Ｐ Ｓ ） 系统 的原 理和结构进行 了说 明， 介绍 了 Ｅ Ｐ Ｓ 的动力 学模 型并通过 分析得 出
动 力学方程 为仿真 建模提供依据 。 文章重点研究助力 系统的控 制 ， 建立 了 Ｅ Ｐ Ｓ系统和基 于 Ｐ Ｉ Ｄ控制的 以及比较 系统三种 数 学模 型， 然后在 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ软件下进 行运 动仿 真 ， 通过分析与调整 参数 来研 究参数对 系统稳定性 的影响 。仿 真结 果表 明， Ｐ Ｉ Ｄ 系统的添加给 Ｅ Ｐ Ｓ系统模 型提供 了助力控 制 ， 改善 了系统的动 态性能。
【 关键词 】 电动助 力转 向； Ｍａ ｄ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ； Ｐ Ｉ Ｄ 控制 ； 助力控 制
１引 言
根据理论 力学相关公式 ， 得 到 方 向 盘转 向轴 组 件 运 动 方 程
为：
汽 车 转 向 系统 是 控 制 汽 车 行 驶 方 向 的 重要 装 置 ， 而汽 车 电 动助 力 转 向系 统 是 用 电 动机 直 接 提 供 助 力 ， 助 力 大 小 由 电子 控
电动机 ， 这 样 就 可 以 在 不 占用 系 统 体 积 的 情 况 下 ， 使Ｅ Ｐ Ｓ满 足 于 需 要 较 大 转 向扭 矩 的汽 车 上 。 此 外 ， 直 流 电动 机 原 理 简 单 以 及 有厚重 的理论基 础 ， 因此 ， 选 用 无刷 直 流 电 动 机 作 为研 究 助 力电机的对象。
由以下几个部分组成 ： 电子 控 制 单 元 （ Ｅ Ｃ Ｕ ） 、 转 向助 力 机 构 、 助
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（ ３ ） 直流 电动机： 由于一般的直流 电动机难 以满足转 向系统 的需求 ， 而永磁 无刷 直流电机除 了拥有 电刷 、 转换器且结构简单 、 体积小 、 环境 适 应力强 、 运行 可靠等优 点外 ， 它 的比功率也 大于一般 的直流
在 转 向器 壳 体 上 的 球 轴 承 支 承 。
如图 ２ ． ３ 所 示， 根据受力分析， 列如下运动方程为：
Ｋ， （ Ｇ －Ｇ）
：
， 一 ＋
电动助力 系统 是在传统机械转 向系统 的基础 上进 行改进 ， 增加 了信 号传感器装置 、 电子控制装置及转 向助 力机 构等构成 的。电动助力转 向系统 的主要 原理 是使用 电力驱动执行机 构， 实现在不 同驾驶条件下 为驾驶员提高适宜 的辅助力 。 系统主要