汽车电子与控制技术-5 底盘电控系统(EPS)

小齿轮助力
布置方便、助动力大 转向盘与转向器间有万向节，助力特性控制困难

齿条助力
助动力最大，用于大转向轴载荷
6.3 EPS助力特性

定义
助力随汽车运动状态和方向盘手力变化而变化的规律
目标
停车和低速时转向轻便，高速时操纵稳定性
转向系的设计制约
轻与灵：变传动比，小转角灵，大转角轻 转向力与路感
方向盘回正控制：基于转向角传感器 基于电机转速积分估计转向盘位置
6.4.1 电机电流控制方式
H桥驱动 PWM控制方式：双极、单极、受限单极

6.4.2 各种模式下电流控制

转向助力控制 转向过程中（不包括回正） 输入：转向盘转矩，车速 输出：查表计算电机控制电流 电流闭环控制
6.4.2 各种模式下电流控制
6.2.4 液压助力转向的缺点
结构复杂 功率消耗大 泄漏

6.2.4 电动助力转向系统

特点
精确转向——根据车速、转向盘快慢等提供最佳助力 节能 助力获得方便 助力功率较小
6.2.4 电动助力转向系统

基本构成
6.2.4 电动助力转向系统

转矩传感器
补偿线圈：补偿温度、电磁噪声
6.2.4 电动助力转向系统
Kp=0.4
Kp=2.5
6.3.3 对EPS助力特性的补偿

引入微分补偿
Kp=0.4
Kp=2.5
6.4 EPS的控制策略
EPS的控制目标 1 减小转向操纵力，提供与手动转向一致的路感 2 提高转向盘回正特性，快速准确回正，避免高速回正摆 振 控制目标1实现方法 电枢电压控制：方向盘转矩、转速和车速 电流控制 ：方向盘转矩和车速 直接方向盘转矩控制：方向盘转角、转矩和车速 控制目标2实现方法
6.4.2 各种模式下电流控制

中位控制 中位控制特点：
转向系惯性增加，回中位不易收敛 高速行驶时扰动
控制方法： 电机短路形成阻尼
6.4.3 电流闭环控制

数字PID控制

参数整定
基于模型 试验试凑
6.5 电动助力转向控制单元
6.6 小结
助力转向的几种类型 助力特性分析 助力控制策略

电机 无刷永磁直流电机 特点： 低速大扭矩 功率密度高 控制简单，只需增量位置传感器
6.2.4 电动助力转向系统

减速机与离合器
降速增矩 高速：离合器分离，机械转向不受电机惯性影响 故障：离合器分离
6.2.4 电动助力转向系统
分类 转向轴助力
结构紧凑、直接测量方向盘转矩，响应好 要求电机噪声和振动小

结构特点
旁路油压调节
6.2.3 电动液压助力转向系统

EHPS特点
传统液压助力转向由发动机驱动液压泵 由电机驱动液压泵工作产生助力油压
6.2.3 电动液压助力转向系统

EPHS工作原理
直线行驶
左转弯
6.2.3 电动液压助力转向系统

控制系统流程 控制策略： 电枢电压－>电机转速/转矩－>供油量－>助力
6.3.1 路感

定义
转向过程中，转向阻力包含车轮侧向力信息，使汽车的 运动状态（包括车轮与地面附着状况）与方向盘手力存 在对应关系

当量路感强度
1 Ed 1 k dTa k dTd
Ta 助力矩
பைடு நூலகம்Td 方向盘力矩
6.3.2 EPS助力特性曲线的确定

非助力装置的输入输出特性
方向盘作用力克服：车轮与地面摩擦、主销后倾内倾形成 的回正力、转向系的摩擦阻力

补偿控制 1 引入微分控制：降低助力增益变化对系统响应 的影响 2 引入方向盘转速补偿：转速 补偿电流
6.4.2 各种模式下电流控制

回正控制 回正特点：低速时侧向力和回正力矩小，回正慢
高速时回正力大，容易引起摆振
回正操作的判断：方向盘力矩微分 回正电流控制：
低速时电流快速衰减 高速时电流逐渐衰减
6.3.2 EPS助力特性曲线的确定

带助力装置的输入输出特性
1 无助力特性
2 助力特性：非线性 3 带助力的特性
6.3.2 EPS助力特性曲线的确定

理想助力曲线
低速助力比大，高速助力比小 助力死区，与车速相关 最大助力限制，保护电机和驱动
6.3.3 对EPS助力特性的补偿
机械系统
Text
G4 Ta
Td
G3
G2
G1
电机
助力 特性
力矩传 感器
6.3.3 对EPS助力特性的补偿
忽略电机和传感器的一阶环节，得到：
B
K
电机助力
Kb 反电动势参数
6.3.3 对EPS助力特性的补偿

系统固有频率

阻尼
助力特性影响系统的动态响应：
响应时间、超调、稳定性
6.3.3 对EPS助力特性的补偿

仅采用比例助力特性的系统响应
历史
1955年出现液压助力转向
6.2 助力转向类型
电子可变量孔助力转向 旁通式助力转向 反力式助力转向 电磁式助力转向 电动液压助力转向 电动助力转向

6.2.1 电子可变量孔助力转向系统

系统构成
6.2.1 电子可变量孔助力转向系统

助力特点
低速、停车 高速
6.2.2 旁通式助力转向系统

作业 分析比较电动助力转向所采用的电机特点，设计 一个30A/12V的永磁直流无刷电机驱动电路
汽车电子与控制技术
第六章 底盘电控系统——助力转向电控系统
汽车转向电控系统
概述 助力转向系统类型 助力特性 电动助力转向的控制策略 电动助力转向控制单元

6.1 概述
转向系统的基本要求

良好的操纵性 合适的转向力和位置感 具有回正功能 适当的路感 工作可靠 节能 低噪声