电动助力转向系统建模与稳定性分析
电动助力转向系统的建模与转矩信号的补偿
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系统 工 作 原 理 和 结 构
，
电动 助力转 向系统 ( E P S ) 电子 控 制单 元
，
就 是 在机 械 转 向系统 中
，
加入
以 电池 为能 源
。
，
用 电子 控 制装 置 来 调 整 电 机输
。
出 转 矩 协 助 人 力转 向 的 系 统 电动机 仅在 需要转 向助 力 时 工 作
驾驶 员在操 纵方 向盘 时
，
控制 器
口]
。
3]
。
对 于 传 感 器 而 言 容 易 受 路 面 的扰 动 而 产 生 干
。
向执 行 器 发 出指 令
。
，
控制执行 器 的动作
扰
，
导 致 系 统 的 不 稳 定性
，
文 章 主 要 针对 这 种情 况 设 计 转 矩 信
。
结构
，
如图
1
所示
号 的补 偿 器
汽车电动助力转向特性分析-标准排版的本科论文
汽车电动助力转向特性分析摘要：汽车电动助力转向系统(Electric Power Steering System简称EPS)是近年来发展起来的种新型动力转向系统，具有节能、质量轻、安全、环保等一系列优点，正逐步取代传统的液压助力转向系统，成为未来汽车转向系统的发展方向，其出现并迅速成为世界汽车技术研究的热点。
汽车转向系统的发展经历了从简单的纯机械转向系统、液压助力转向系统，电控液压助力转向系统，到更为节能、操纵性能更好的电动助力转向系统这几个阶段。
本文论述了EPS的特点、工作原理、结构组成、国内外的研究现状，通过对EPS各组成部分和汽车转向系统的分析出了EPS性能评价指标，并对三种助力特性曲线的特点进行了分析和比较。
EPS系统作为今后汽车转向系统的发展方向，这给EPS带来了更加广阔的应用前景。
关键词：电动助力转向；特性；发展Electric Power Steering Characteristics were AnalyzedAbstract ：EPS is a new type of automobile steering system，which has the advantages of saving fuel，light，safety and producing less pollution. EPS is taking the place of HPS gradually and becoming the trend of steering system. It is rapidly become the hotspots in the research of automobile technology of the world.The developing process of steering system has experienced several phases from the simple Mechanical Steering System, Mechanical-Hydraulic Steering System to Electric-Hydraulic Steering System，till the Electric Power Steering System(EPS) with lower energy consumption and higher performance.The article discusses the characteristics of EPS，working principle，composition and the research status of domestic and abroad. Through the analysis of components of EPS system and the steering system, then the state function of the combination system model was deduced and the model for simulation was built in this paper. Given the EPS performance evaluation，analysis and compare the three types of assist characteristic，and then design a new type of assist curve in order to reduce the steering force which based on the parameters of a certain type of car. EPS has a great use in future.Keyword: Electric power steering Characteristic Development目录1 绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2国内外发展状况 (3)1.2.1国外发展状况 (3)1.2.2 国内发展状况 (4)2转向系统的概述 (6)2.1转向系统的发展过程 (6)2.1.1机械式转向系统 (6)2.1.2液压式助力转向系统(HPS) (7)2.1.3电液式助力转向系统(EHPS) (8)2.2电动助力转向系统 (10)2.2.1电动助力转向系统的结构 (10)2.2.2电动助力转向系统的工作原理 (11)2.2.3电动助力转向系统的类型 (13)2.2.4电动助力转向的关键技术 (14)2.2.5电动助力转向系统的优点 (15)3 电动助力转向系统受力与性能分析 (17)3.1电动助力转向系统受力 (17)3.2 理想转向盘力矩的研究 (18)3.3电动助力转向系统性能的主要评价指标 (19)3.3.1 转向回正能力评价 (19)3.3.2 转向轻便性评价 (19)3.3.3 转向盘中间位置操纵稳定性评价 (20)3.3.4 转向盘振动评价 (20)3.3.5 转向路感及路感强度 (21)4 电动助力转向助力特性研究 (22)4.1助力特性曲线定义 (22)4.2转向助力特性曲线设计概述 (22)4.3电动助力特性曲线类型 (23)4.3.1直线型 (24)4.3.2折线型 (25)4.3.3曲线型 (25)4.4不同助力特性曲线参数的影响 (26)5 结论与发展 (29)5.1结论 (29)5.2发展 (29)参考文献 (30)1绪论随着我国经济的持续发展，人民生活水平不断提高，汽车渐渐走入人们生活中，成为现代步伐的工具，而随着汽车保有量的增加以及由此带来的一系列问题，使得“安全、节能、环保”成为未来汽车发展的三大主题。
汽车电动助力转向系统的建模与仿真
图2- 1 转向轴助力式 EPS 的简化模型
Fig. 2 - 1 Steering shaft power assisted EPS simplified model
图中 :θ, X , J , b , K , T , J , N , G 分别代表各部件 的角位移 , 位移 , 转动惯量 , 粘性阻尼系数 , 刚度 , 扭 矩 ,齿条到转向轮的传动比 ,减速比等 拉格朗日动力学方程的一般形式 ,如式 ( 2 - 1) : d 5L 5L = Qi d t 5 qi 5 qi ( 2 21) i = 1 , 2 , …, n 对于转向轴助力式 EPS , 选择电机轴角位移 θ m ,转向轮角位移 δ和齿条平移位移 X r 三个参数为 系统的自由度 ; 作用在θ m 上的广义力是助力电机输 δ 出扭矩 T m ,作用在 上的外部力为回正力矩 M z ( 转 换到主销上) 。 系统的动能和势能分别为 :
吴亦君 ( 上海大众汽车有限公司 , 上海 210000) W U Yi2j un
( S han g hai D az hon g Co. , S han g hai 210000 , Chi na)
[ 摘要 ] 本文分析了动力转向系统的发展概况和国内外研究及应用水平 , 建立了电动助力转向系统的数学模
型 ,利用有关软件进行计算机仿真分析并与试验结果相比较 ,验证了模型的正确性 。
[ Abstract] This paper summarizes t he develop ment of power steering system , and analyzes t he current sit ua2 tio n of t he research and applicatio n of t his new technology bot h at ho me and abroad. Al so in t his paper , a mat hematical model of EPS system will be co nst ructed , and t hen analyzed by means of co mp uter simula2 tio n , where certain soft ware will be int roduced. Finally , t he p recisio n of t his model is to be co nfirmed by co mparing t he t heoretical analysis result wit h t he data acquired f ro m p ractical test s and experiment s.
汽车电动助力转向系统建模及助力特性
汽车电动助力转向系统建模及助力特性
刘培培;程源;罗威;邓英富;王宗伟
【期刊名称】《汽车工程师》
【年(卷),期】2015(000)010
【摘要】电动助力转向系统的助力特性作为研究电动助力转向的关键技术,已经越来越受到国内外汽车厂家的重视.通过ADAMS/Car软件建立了整车动力学模型,并通过建立蛇行试验和转向轻便性试验验证了模型的准确性和正确性.通过该整车动力性模型进行电动助力转向系统的助力特性的研究,并确定了一组车速感应直线型助力特性曲线,该曲线可以为转向稳定性和路感的研究提供理论指导,同时为后续的台架和整车试验提供依据.
【总页数】5页(P34-37,59)
【作者】刘培培;程源;罗威;邓英富;王宗伟
【作者单位】芜湖德孚转向系统有限公司;奇瑞汽车股份有限公司;芜湖德孚转向系统有限公司;芜湖德孚转向系统有限公司;芜湖德孚转向系统有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.汽车电动助力转向系统建模及助力特性 [J], 刘培培;程源;罗威;邓英富;王宗伟;
2.汽车电动助力转向系统助力特性的研究 [J], 袁带英
3.基于虚拟样机技术的汽车电动助力转向系统助力特性研究 [J], 谢鹏;顾力强
4.汽车电动助力转向系统助力特性分析及仿真研究 [J], 于发加
5.基于PID模糊控制的汽车电动助力转向系统助力特性研究 [J], 谢林;唐岚;王园园
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基于模糊PD控制的电动助力转向系统建模及仿真分析
线性随动系统，这就决定 了获取系统精确的数学模 型的有很大困难。 另外系统本身受到诸如车速 、 扭矩 测量装置精度与灵敏度 、路况等因素产生的系统扰 动等变数的影响， 事实上对 系统对精确度要求不是 非常高， 而对系统的实时性要求 比较高。 而糊控制器 不依赖系统的精确数学模型，对系统参数变化不很 敏感， 具有很强的鲁棒性和控制稳定性 。 很适合汽车 这一类快速动态统。 针对转向系统 的 “ 与 “ 的矛盾 （ 轻” 灵” 车转 向 系统的转 向轻便性 与路感相互制约的现象 ） 提出一
图 １ 电动助力转 向的结构
１ 电动助力 转 向的工作原理
驾驶员根据路感操纵方向盘时，扭矩传感器将 检测输入扭矩的大小和方向信号传给控制器 ，控制
电动助 力转 向的数学模
２１汽 车 ２自由度 转 向模型 ．
将 汽车 简化为一个 具有侧 向和横摆运 动的 ２ 自由度 的汽车模型， 当其侧偏角很小（ 小于 ５ 时， 。） 其运动微分方程阎 。
轮胎 模型 ：
在小转角条件下，轮胎的特性可以认为是线性 的， 因此 ， 绕转 向主销作用与轮胎的力矩 Ｔ 为： ｒ
－
￣ｒ一 Ｊ ２［－ ，】 ６９ Ｂ ｄ ∞ Ｃ －
— —
（） ９ （ ０ １）
由于 Ｅ Ｓ的控制 目标是改善汽车操纵的轻便 Ｐ
和转 向的灵活性 ，所以选取汽车横摆速度 ∞ｒ 和传
感器测量 Ｔｗ其中（ ｓ＝ ０－ ） ｓ， Ｔｗ Ｋ ６） 作为输出： ｈ
Ｊ Ｂ ——汽车质心的侧偏角 ∞ — —汽 车横 摆角速 度 ｋ Ｋ ——分别为前轮 、 ２ ， 后轮侧偏刚度 ａ ——前轮到汽车质心的距离 ｂ ——后轮到汽车质心的距离 Ｕ ——为汽车质心速度
维普资讯
电动助力转向实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在了解电动助力转向系统（EPS）的工作原理、性能特点以及与传统液压助力转向系统的差异。
通过实验，验证EPS在提高转向效率、降低能耗、提升驾驶舒适性和安全性等方面的优势。
二、实验原理电动助力转向系统（EPS）是一种利用电动机作为动力源的新型动力转向装置。
与传统液压助力转向系统相比，EPS省去了液压泵、油管等液压部件，采用电机直接驱动转向机构，从而实现转向助力。
EPS系统主要由以下几部分组成：1. 信号传感装置：包括扭矩传感器、转角传感器和车速传感器，用于检测驾驶员的转向意图、方向盘转角和车速等信息。
2. 转向助力机构：包括电机、减速器、离合器等，用于根据驾驶员的转向意图和车速，提供相应的转向助力。
3. 电子控制单元（ECU）：根据扭矩传感器、转角传感器和车速传感器的信号，控制电机的旋转方向和助力电流的大小，实现实时助力转向。
三、实验内容1. EPS系统组成及工作原理讲解。
2. EPS系统与传统液压助力转向系统的对比实验。
3. EPS系统在不同车速下的转向助力性能测试。
4. EPS系统在转向过程中抗干扰性能测试。
四、实验步骤1. 准备实验设备：EPS系统实验平台、扭矩传感器、转角传感器、车速传感器、数据采集器等。
2. 搭建实验平台，连接实验设备。
3. 根据实验要求，设置实验参数。
4. 进行EPS系统与传统液压助力转向系统的对比实验，记录数据。
5. 在不同车速下进行EPS系统的转向助力性能测试，记录数据。
6. 在转向过程中进行EPS系统的抗干扰性能测试，记录数据。
7. 分析实验数据，得出结论。
五、实验结果与分析1. EPS系统与传统液压助力转向系统的对比实验结果显示，EPS系统在转向效率、能耗、驾驶舒适性和安全性等方面均优于传统液压助力转向系统。
2. EPS系统在不同车速下的转向助力性能测试结果显示，EPS系统在不同车速下均能提供稳定的转向助力，且转向助力大小与车速成正比。
电动助力转向系统介绍
电动助力转向系统1、功能原理汽车电动助力转向（EPS）系统是在机械式转向系统的基础上加装电动机驱动单元构成的。
其主要的是提供助力、改善汽车转向性能、协助驾驶员完成转向操作。
2、组成具体组成原理详细EPS系统由扭矩传感器、车速传感器、电自控制单元（ECU）、助力电动机及减速机构等。
○1扭矩传感器，又称转向传感器，其作用是测定方向盘与转向器之间的相对扭矩，并转化为电信号传递给ECU。
○电动机，其功能是根据ECU的相关指令，输出适宜的转向助力矩，是EPS系统的动力源。
○减速机构，接收电动机的转矩，经减速增矩后传递给转向轴、小齿轮或齿条。
○ECU，是EPS系统的控制中心，根据扭矩传感器和车速传感器的信号进行逻辑分析与计算并发出指令，控制电动机和离合器。
3、基本工作过程汽车转向时，扭矩传感器和车速传感器将检测到的扭矩、方向信号及车速信号传递给ECU，ECU根据扭矩传感器的信号和车速传感器的信号确定电动机扭矩的大小和方向，电动机再通过离合器、减速机构等把此扭矩传递给扭杆，最终起到为驾驶员提供转向助力的效果，使汽车转向更轻便。
车速越低转向助力越大，车速越高转向助力越小。
当车速大于一定值时，取消助力，将直流电动机反接制动，目的是在汽车高速行驶时增加操作方向盘的手感，保证行驶安全。
4、EPS系统的控制方式○助力控制：助力控制是EPS的基本控制模式，包括汽车原地转向助力控制和动态转向助力控制两个方面。
○回正控制：回正控制的目的是使方向盘能够更快、更准地回到中位，避免方向盘产生不必要的抖动。
○阻尼控制：阻尼控制是为了提高汽车高速行驶时的转向稳定性的一种控制模式。
5、EPS的优点○降低了燃油消耗液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。
相反电动助力转向系统（EPS）仅在需要转向操作时才需要电机提供的能量，该能量可以来自蓄电池，也可来自发动机。
○增强了转向跟随性在电动助力转向系统中，电动助力机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。
电动助力转向系统稳定性分析
电动助力转向系统稳定性分析
何仁;徐建平
【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2004(025)004
【摘要】在建立电动助力转向系统数学模型的基础上,对电动助力转向系统的稳定性进行了分析,应用控制理论推导了电动助力转向系统的稳定性判断条件,分析讨论了影响系统稳定性的结构参数等因素,指出了各影响因素的相应解决办法,为电动助力转向系统及控制器的设计与改进提供了有价值的理论依据.研究表明,对于一个设计定型的电动助力转向系统,各机构部件的许多参数很难改变,可以采用改变电子控制单元中助力增益的方法来使系统稳定工作,即在控制器设计中采用较小的助力增益,并通过试验进行了验证.
【总页数】4页(P294-297)
【作者】何仁;徐建平
【作者单位】江苏大学汽车与交通工程学院,江苏,镇江,212013;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏,镇江,212013
【正文语种】中文
【中图分类】U461.4
【相关文献】
1.电动助力转向系统稳定性分析与研究 [J], 申荣卫;施国标;林逸;台晓虹
2.电动助力转向系统建模与稳定性分析 [J], 赵玉霞;张志显;王家岭
3.电动助力转向系统动力学模型及其零点稳定性分析 [J], 宁胜花;谭光兴
4.非线性闭环汽车电动助力转向系统稳定性分析 [J], 李强;何仁
5.轻型货车电动助力转向系统控制策略研究 [J], 刘清;林慕义;陈勇
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汽车电动转向器动力学建模与控制仿真分析
摘要汽车电动转向器是一种新型的汽车转向助力系统。
文章先对EPS系统原理及结构进行说明，介绍了三种EPS典型助力曲线，建立了机械转向系统数学模型、EPS系统数学模型，文中提出了EPS系统控制目标，说明了EPS系统的PID控制策略，介绍了电动助力转向系统中的三种控制模式：助力控制模式，回正控制模式，阻尼控制模式，文章重点研究助力控制。
并建立了机械转向系统、EPS系统和基于PID控制的系统三种数学模型，然后应用MATLAB的Simulink模块进行运动仿真，通过调整参数和分析参数，来研究系统稳定性随参数变化的影响。
仿真结果表明，所设计的PID 控制对能对转向系统模型进提供助力控制，同时能使系统满足很好的动态性能。
关键词：电动转向器；助力控制；MA TLAB/Simulink；仿真AbstractElectric Power Steering is a new automotive power steering system.This article first on the principle and structure of EPS system are described, three kinds of typical EPS power curve is introduced in this paper, the mathematical model of the system, the EPS system mathematical model of the pure mechanical steering system is established in this paper, the target control of EPS system, the control strategy of EPS system of PID, this paper introduces three kinds of control mode of electric power steering in: power control mode, return control mode, the damping control mode, this paper focuses on the study of power control. Under pure mechanical steering system, EPS system and PID power control of EPS system based on the mathematical model, the application of MA TLAB/Simulink simulation, parameters, and analysis of influence parameters on the stability of the system, and the use of PID control strategy for power control of the model, and that the system can meet the dynamic performance is very good.Key words: electric power steering ; assist control ; MA TLAB/Simulink; simulationII目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (V)1 绪论 (1)1.1 本课题的研究背景和意义 (1)1.2 国内外的发展概况 (1)1.3 本课题应达到的要求 (2)2 电动转向系统的动力学模型 (3)2.1 电动转向系统的结构和工作原理 (3)2.2EPS典型助力曲线 (5)2.3 EPS动力学的模型 (7)2.3.1 机械转向系统数学模型 (7)2.3.2 EPS系统的模型 (8)2.4 EPS稳定性与转向助力增益分析 (10)2.4.1 转向助力增益的确定 (10)2.4.2 EPS稳定性与转向助力增益关系 (11)3 EPS系统控制分析 (16)3.1系统控制的目标 (16)3.2 EPS系统的控制策略 (16)3.3 系统的控制模式 (17)3.4 系统的补偿控制 (18)3.4.1 补偿控制原理 (18)3.4.2 补偿控制的作用 (18)4 EPS系统的仿真与分析 (19)4.1 MATLAB/Simulink仿真平台的介绍 (19)4.2 系统仿真参数取值 (19)4.3 机械转向系统仿真与研究 (20)4.3.1 机械转向系统的Simulink模型 (20)4.3.2 汽车机械转向系统在阶跃输入时不同参数下的仿真研究 (22)4.3.3 不同参数对系统性能影响的仿真分析 (28)4.4 EPS转向系统仿真与研究 (28)4.4.1 EPS系统的Simulink模型 (28)4.4.2 EPS系统加入PID控制的Simulink模型 (30)4.4.3 EPS系统加入PID控制的仿真与分析 (32)4.5 不同系统的比较仿真与分析 (36)5 结论与展望 (40)5.1 主要结论 (40)5.2 不足之处及未来展望 (40)致谢 (41)参考文献 (41)附录 (42)汽车电动转向器动力学建模与控制仿真研究1 绪论1.1 本课题的研究背景和意义目前汽车已经走入寻常百姓家中，人们对汽车需求逐渐增大。
EPS电动助力转向系统分析说明书
毕业设计说明书课题名称EPS电动助力转向系统的分析系别电气电子工程学院专业汽车电子技术班级汽电0811姓名王月学号0806221105指导教师陈宁起讫时间： 10 年9 月06 日～ 11 年1月16 日（共19周）摘要现在电子技术在汽车领域被广泛应用，电子化已经成为汽车发展的必然趋势。
理想的汽车助力转向系统不仅要求操纵轻便和灵敏,而且要求驾驶员有良好的“路感”。
传统的液压助力转向系统在整个助力过程中按固定的比例提供转向助力,所以能提供有效的转向助力，但还不能根本地解决汽车驾驶员操纵“路感”不足的问题。
电动助力转向系统(Electrical Power Steering，简称EPS) 与液压助力转向系统相比它有许多优点。
例如节能环保，回正性好，效率高，路感好等。
电动助力转向是转向系统中较新的技术，在国内外发展都很快。
本文研究的目的主要针对电动助力转向的结构特点和工作原理，分析电动助力转向对汽车转向性能的影响，提出转向轻便性、转向回正性、转向稳定性。
现在电动助力转向已经成为世界汽车技术发展的热点和前沿技术之一。
关键词：电子技术；汽车；电动助力转向系统；发展前景AbstractElectronic technology is now widely used in the automotive sector, Electronic technology has become the inevitable trend of automobile development.An ideal steering system is not only easy to handle and more effective, but also providesthe best steering feel to the driver. A conventional hydraulic power steering system uses power to supplement the force requirement to steer the wheel based on a fixed assist ratio of the driver’s input. So a conventional hydraulic power steering system is capable of providing power-assisted steering, but it is difficult to supplythe best steering feel.Electric power steering system (EPS) is more appropriate to realize an ideal steering .Than a conventional hydraulic power steering system. Such as saving and environmental protection, return, good, high efficiency and good road feel. Electric power steering is the steering system in the newer technologies develop very quicklyat home and abroad.The purpose of this study focused on the structural characteristics of electric power steering and working principle,Analysis of electric power steering on the vehicle steering performance, made light of the shift, shift back to positive, steering stability.Now the world's electric power steeringhas become a hot vehicle technology development and cutting-edge technologies.Keywords: electronics;vehicle; electric power steering system; development prospects目录摘要 (2)ABSTRACT (3)第一章绪论 (5)第二章电动助力转向系统 (6)2.1电动助力转向系统的组成 (6)2.2电动助力转向系统的功能 (6)2.3电动助力转向系统的工作原理 (8)第三章电动助力转向系统的控制系统 (10)3．1EPS控制系统总体结构 (10)3．2EPS控制系统的三种基本控制方式 (10)第四章电动助力转向系统技术要求 (13)4．1电动助力转向系统总体技术要求 (13)4．2EPS的关键部件 (13)4．2．1 扭转传感器 (13)4．2．2 直流电动机 (14)4．2．3 电磁离合器 (14)4．2．4 减速机构 (15)4．2．5 车速传感器 (16)4．2．6 电子控制单元ECU (16)第五章结论 (18)参考文献 (19)致谢 (20)第一章绪论随着电子技术在汽车领域的广泛应用，电子化将成为汽车发展的必然趋势。