| 标题 | 纯电动汽车EPS系统控制策略研究 |
| 范文 | 刘晓爽 摘 要：随着世界经济及汽车电控技术的发展，人们对汽车的安全性、驾驶的舒适性、节能环保性、以及操纵稳定性越来越重视。具备着节能环保及助力可调节等优点的汽车电动助力转向（EPS）系统，越来越受到人们的重视，而且装配简单、占用空间小，因此，EPS系统有很大的应用领域及市场发展空间。对于新能源汽车来说，必须选择EPS系统，因为它不需要使用内燃机，助力转向系统动力的来源只有来自电动机。 关键词：纯电动；电动助力转向；控制策略 随着汽车电控技术的发展，人们对汽车的安全性、驾驶的舒适性、节能环保性、以及操纵稳定性越来越重视。传统的纯机械转向系统已经有被淘汰的趋势，目前的多种类型的液压转向系统，由于系统零部件较多，能源消耗多，高速时路感差；电动机驱动的油泵，虽然增用了电控系统来调节助力转向，但它依然存在液压管路，并且最环境造成污染，成本较高，这已经不能满足人们对汽车环保节能等方面的要求。 EPS系統既环保节能，又能满足人们对汽车性能越来越高的要求，而且其自身价格会随着产量的上升呈下降趋势，非常适合使用在大多数轿车身上，EPS系统代替液压助力转向系统在未来已经成为必然的转变趋势，所以EPS系统的在汽车市场的发展空间十分大。 1 发展趋势 EPS系统是以机械转向系统为基础，根据作用在转向盘上的转矩信号和车速信号，计算出目标电流从而使电机产生相应大小的驱动转矩，协助驾驶员进行转向并获得最好的转向特性的伺服系统。随着人们对汽车驾驶舒适性的要求越来越高及政府“节能环保”的大力支持下，EPS已成为未来汽车转向系统的发展方向。 2 电动助力转向的核心技术 （1）传感器技术方面。现代汽车技术主要以电自控制技术的应用为主，电控系统的主要元件是传感器，作为信息采集的重要元件。传感器数据采集的准确性是实现控制精度的前提。EPS系统中应用了多种传感器，如：转矩传感器、助力电机电流传感器等。融合多种先进技术，设计和开发性能优越、价格低廉的智能集成传感器，是传感器技术发展方向，例如，EPS系统相对较近部位的转向盘转矩传感器以及传感器的集成化。 （2）助力电机。助力电机是EPS系统的执行元件。电动助力转向系统普遍采用直流有刷电机，原因是其成本较低，采用较为传统的机械换向方式，且主要应用于微型及小型车的转向助力。无刷直流电动机采取电子换向的方式，其优点是低转速、大转矩、重量轻。 EPS系统采用的电动机，必须适用于其系统的工作条件。根据汽车转向时处于不同的工况，助力电机需要不同的工作状态，比如起动、停止、反向助力等。因此，EPS系统要求助力电机具有较高的性能。一般EPS系统对助力电机的基础要求为：噪声低、转矩大、可靠性较高等。 当前，由于直流有刷电机具有结构简单、成本低及输出转矩大等优点，被普遍应用于轿车上EPS系统助力。但是直流有刷电机功率密度低，采用机械式换向方式，具有电刷及换向器等易损件，定期维护率高。为了解决以上问题，使用电子换向的直流无刷电动机已经成为EPS系统探究和发展的方向，但是无刷电机的控制比较复杂，控制器成本高，目前国内应用较少，因此本课题中设计的控制器是以直流有刷电机为控制对象研发的。 电机电枢电压控制法属于开环控制，控制精度不高；转向盘转矩直接控制法及电机电枢电流控制法基本指导思想雷同，都属于闭环控制，前者是对转向盘转矩的反馈修正，后者是对助力电机的电流进行反馈修正。本文采用较易于实现且控制精度高的电枢电流控制方法，当上层控制策略确定目标电流后，与电机电流检测模块得到的反馈电流进行比较得到差值，电流控制器与此电流偏差进行调节，实现电流闭环控制，再经过对应的控制算法计算出助力电机的控制电压信号，以便使助力电机输出适合此工况的转矩。 在确定了EPS系统的助力电机电流跟踪反馈控制的基本控制策略前提下，需要确定关键的电机控制算法对电流进行控制。目前，常规的控制算法为PID控制，该控制方法计算相对简单、实时性好，但是对于非线性与较复杂的被控对象难以获得很高的控制效果；现代控制理论方法已经被普遍应用，使得控制系统更加智能化。本文前期采用较为简单易于实现的PID控制算法。 PID控制实际上就是对被控系统实施校正，例如稳定性（过渡之后实际输出量与希望输出量之间的偏差）、瞬态性（最大超调量、延迟时间、上升时间、调整时间等）等要求。实际应用中，要加必要的校正，使两方面性能都适当的满足。 3 应用领域 EPS系统主要应用于较为普及使用的小型乘用车上，应用十分普及，具备成熟的技术，但在商用车领域，尤其是大型商用车方面，EPS系统没有真正意义上的应用，只是处在研究及试验阶段，在商用车领域还有广阔的发展空间，所以该系统应用领域的扩大化是未来的重要发展方向及趋势。 4 电动助力转向优势 传统的纯机械转向系统已经趋于淘汰，目前的各类液压转向系统，由于系统元件较多，油泵是由发动机或电动机驱动，发动机驱动的油泵随着发动机的运作会持续工作，能源消耗多，高速时路感差；电动机驱动的油泵，虽然增加了电控系统来调节助力特性，但仍然存在液压管路，而且污染环境，成本高，这已经不能满足人们对汽车各个方面的要求。 5 总结 影响汽车性能，特别是驾驶员的操纵稳定性的主要系统是是汽车转向系统，它对于保证车辆的安全行驶起着重要作用。随着电控技术在汽车助力转向系统中的应用，使汽车的操纵稳定性达到了使人较为满意的程度。在国家大力提倡节能环保的影响下，以及人们对汽车行驶的安全性、操纵稳定性、驾驶的舒适性要求的提高，EPS系统由于具有节能环保与助力性能可调等优点，越来越受到人们的喜爱，而且在未来的市场中，发展空间较大。 参考文献： [1]毛彩云，吴暮春，柯松.汽车转向系统的发展[J].汽车维修，2009（4）： 4446. [2]苗立东，何仁，徐建平，徐勇刚.汽车电动转向技术发展综述[J].长安大学学报（自然科学版），2004， 24（1）： 7984. |
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