电动助力转向系统集成建模及仿真

2011-11-22彭剑坤张小龙冯能莲

湖北汽车工业学院学报 2011年4期

彭剑坤，张小龙，冯能莲,2

（1.安徽农业大学工学院，安徽合肥230036；2.北京工业大学环能学院，北京100022）

电动助力转向（Electronic Power Steering，简称EPS）系统依靠电动机提供助力转矩，根据车速和方向盘输出转矩调整助力转矩的大小，以增强驾驶员在低速行驶的转向轻便性和高速行驶时的路感。与机械式和液压式助力转向系统相比，具有节能、环保、助力特性可控和结构紧凑等优点［1］。

汽车行驶过程中的姿态和选用轮胎的差异对动态助力特性存在影响。目前对EPS研究中的系统建模通常忽略了这2个因素［2］。本文采用整合EPS系统模型、轮胎模型和三自由度整车模型的集成仿真模型对EPS动力学特性进行研究，突出轮胎回正力矩和车身侧倾角对EPS的影响，为EPS的控制器开发以及实车实验奠定理论基础。

1 EPS集成模型结构

汽车本身是涵盖多个子系统的多刚体系统，通过惯性、阻尼、弹性等动力学因素相互作用。考虑到转向时车身侧倾角的变化会对轮胎的侧偏特性进行干涉，造成轮胎回正力矩的变化；而轮胎回正力矩的变化又会改变转向系的阻力，从而影响EPS系统的输出特性，具体表现为通过小齿轮位移的变化影响前轮转角的变化，而前轮转角的变化又会对整车动力学进行重新评价。由此构成一个闭环系统。基于上述考虑，将EPS系统模型、轮胎模型、整车模型和驾驶员模型按照彼此的关系整合起来，构成基于整车动力学的EPS集成模型，其工作原理如图1所示。