技术探讨与推广技术协作信息电动助力转向系统(EPS)是由电子控制单元(Ecu)控制，采集车辆行驶状态信号，实时控制和调整转矩，保证车辆转向时的稳定性和安全性的一种新型EPS系统。EPS系统因其具有低能耗、高环保、安全舒适、体积小、重量轻等诸多优点，被广泛应用在乘用车上。论文通过对EPS系统进行受力分析，建立转向助力系统的数学模型。在MATLAB/Simulink仿真环境下建立电动助力转向及其各子系统的仿真模型，并设计PID控制器。通过对仿真结果的分析，验证了本文所确定的的数学模型及助力控制策略的合理性。轿车EPS系统仿真分析◎王连生李佳轿车EPS系统仿真结果分析：汽车转向系统是用来保持或改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。转向系统主要由转向盘、转向器、转向传动机构等三大部分组成。汽车转向系统经历了机械式转向和助力式转向阶段。助力式转向又经历了液压助力转向、电控液压助力转向和电动助力转向三个阶段，并有继续向电子化和智能化发展的趋势。转向系统按能源的不同分为机械式的和动力式的。与其他转向系统相比，电动助力转向系统具有相当突出的优势，其主要表现在以下几个方面：显著降低燃油消耗；增强了转向随动性；改善转向回正特性，提高汽车操作稳定性；提供可变助力，有较好的路感；使用绿色能源，节能环保；结构紧凑，质量轻，生产线装配性好，易于维护保养。它一出现就受到各大汽车企业的重视，汽车企业对电子助力转向的开发和研究颇为重视。据有关专家预测，电子助力转向将成为动力转向系统的主流。1988年，日本铃木公司首先在小型轿车Cervo上装备转向柱助力式电动助力转向系统。1990年，日本本田公司在它的运动轿车NSX上安装了齿条助力式电动助力转向系统。1998年，Lucas公司研制的电动助力转向系统批量生产。1999年3月，TRW开发的EPS系统成功地装备在轿车上，比如FordFiesta和Mazda323E等。目前EPS系统在国外已经进入批量生产阶段，EPS系统的应用范围从微、中型轿车发展到客车甚至中型货车上。我国在电动助力转向的研究上起步较晚，我国自主设计的EPS与国外的产品有一定差距。目前我国的汽车装备的电动助力转向系统90%以上是外资或合资汽车企业生产的。自主生产的EPS系统市场占有率不到10%。一、EPS系统的助力特性助力特性是指助力随汽车运动状况和受力状况（车速和转向盘力矩）变化而变化的规律。电动助力转向系统提供的助力与助力电机电流成比例，因此它的助力特性可用电机电流与转向盘力矩、车速的变化关系来表示。理想的助力特性应该既能满足低速转向时有足够的轻便性能，又能满足高速转向时具有的良好的路感，并且保证汽车转向时具有良好的回正性等性能，故而EPS的助力特性应满足以下要求。1.当转向盘输入转向力矩小于某一特定值（通常设为1Nm左右）时，助力系统不提供助力，以保证驾驶员感受到清晰的路感。2.在转向盘输入转向力矩较小的阶段，助力系统提供相应的较小的助力力矩，保持驾驶员的良好的路感。3.在转向盘输入转向力矩较大的阶段，助力系统应提供相应较明显的助力，协助驾驶员转向，使转向轻便。4.在转向盘输入转向力矩达到设定最大临界值时，助力系统输出最大助力力矩。之后助力力矩保持恒定不再随转向盘输入力矩的增加而增加。5.助力力矩随车速的增加而相应的减小，确保汽车高速行驶时的行车安全。6.助力特性曲线的各个过渡区段应尽量平滑，避免助力跳跃使转向盘受到冲击。7.应该符合国家标准对助力转向作用在转向盘上的最大操纵力要求。本文对EPS系统最主要的、最基本的控制模式-助力控制进行深入研究。通过参考大量文献和借鉴前人的研究成果，本文针对助力控制模式采用PID控制的策略进行研究。并在论文中对这种控制策略进行仿真分析。二、PID控制的原理PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器在使用中不需精确的系统模型等先决条件，简单易懂因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。它将偏差比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值（rt）与实际输出值c（t）构成控制偏差：e（t）=r（t）-c（t）。三、直线型助力曲线模式下的PID控制EPS系统工作时，通过对助力电机输出电流的控制进而控制助力力矩。电控单元ECU接收到工况信号，根据EPS系统设计的助力特性确定电动机的助力目标电流。电流传感器对电机的实际输出电流进行跟踪和检测，并将检测的信号与目标电流值进行做差比较。将两者的差值信号作为控制信号输入PID控制器。经PID控制器调节后得到电动机电枢电压控制信号，从而控制电动机助力转矩的输出。通过PID控制器的调节，可使电机实际输出电流更接近目标电流，使系统能快速达到稳定。四、EPS系统仿真结果分析电动助力转向系统可以解决转向时\"轻\"和\"灵\"的矛盾，而且耗能低、体积小，是目前汽车转向系统的研究方向。本文在参考有关EPS系统的文献和研究结果的基础上，建立EPS系统的数学模型，在MATLAB/Simulink的仿真环境下进行仿真，并对仿真结果进行分析。通过以上研究分析得出以下结论：1.建立了EPS系统的数学模型，提出了采用PID控制策略对电机的输出电流进行控制的思路。2.用Simulink的仿真软件对EPS系统进行仿真。本文模拟汽车行驶的不同状况，主要针对目标电流和电机在PID闭环控制下的输出电流进行仿真分析。通过对仿真结果的分析，得到了PID控制参数变化对电机输出电流响应的的影响规律和在不同行驶条件下的电机电流输出情况。（作者单位：沈阳市汽车工程学校）窑窑
