毕业设计（论文）-电动助力转向.doc

第一章 绪论 1.1 引言 汽车工业作为我国的支柱产业，在国民经济中起着重要的作用。汽车转向器作为汽车的重要零部件，其性能的好坏直接影响着汽车行驶的安全性和可靠性。我国在发展汽车零部件的政策规划中，已将转向器列为优先发展的25种汽车关键零部件之一。随着电子技术的迅猛发展，汽车转向系统已从传统机械转向、液压助力转向（Hydraulic Power Steering）、电控液压助力转向（Electric Hydraulic Power Steering）EPS已成为现代汽车新技术的研究热点。EPS采用电动机直接提供助力，助力大小由电控单元(Electric Control Unit，简称ECU)控制。它不仅能节约燃料，提高主动安全性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术，所以一经出现就受到高度重视。国外各大汽车公司对EPS的研究已经有20多年的历史，但是很长一段时间一直都没有取得大的进展，其主要原因是EPS的成本太高。然而近几年来电子技术的突飞猛进，电子元器件价格的不断降低，大幅度降低EPS的成本己成为可能，加上EPS具有一系列较之传统转向系统不可比拟的优点，使得它越来越受到人们的青睐。所以EPS具有非常广阔的应用前景。 1.2 国内外电动助力转向控制技术的研究现状 目前，EPS技术日趋成熟，国外新生产的轿车一半以上都装备EPS。国外研发生产EPS的企业主要有美国的德尔福（DELPHI）、天合(TRW)，日本光洋(KOYO)、精工(NSK)、昭和(SHOWA)，德国的采埃孚(ZF)，英国的卢卡斯(LUCAS)等，它们都已具备大规模批量生产的能力。由于技术保密等原因，国内对EPS控制技术的研究工作刚刚起步，主要处于试验室研发阶段。清华大学对电动助力转向控制系统的基本助力控制，回正控制和阻尼控制进行了研究，设计了基于PID算法的控制策略，台架试验和道路试验表明所设计的控制策略能够实现基本的转向助力功能，取得了阶段性的研究成果。吉林大学就EPS的匹配设计、转向性能的客观评价进行了研究，探讨了EPS助力特性与车型的匹配原则；分析了电动助力转向对汽车转向性能的影响，提出从转向轻便性、转向回正性、转向盘中间位置区域性能、转向盘振动、随动灵敏度和助力特性等方面进行EPS转向性能的客观评价，并提出了相应的评价指标；设计了基本助力控制的增量式PID控制算法，并进行了台架试验，试验结果证明了控制策略的有效性。华中科技大学在汽车转向力矩、转向路感、EPS的控制等方面进行了研究。分析了影响转向力矩的主要因素，对转向力矩的测试曲线采用最小二乘法进行了解析拟合，为设计助力特性图提供了依据；对EPS进行了动力学建模，分析了影响路感的主要因素；采用基于混合灵敏度的设计方法，并利用MATLAB软件的鲁棒控制工具箱，获得了满足干扰抑制和鲁棒稳定性要求的控制器，仿真结果证实了控制器良好的鲁棒性能。江苏大学对EPS参数对转向轻便性能、跟踪性能的影响进行了研究。天津大学对EPS的助力特性、随从特性、转向路感及系统稳定性条件进行了理论研究[5][21]。 1.3 电动助力转向系统的关键技术及控制难点 电动助力转向系统与汽车操纵稳定性、转向轻便性、路感以及舒适性和安全性密切相关。该系统的关键技术主要有：对汽车EPS的数学模型研究、控制算法研究、助力特性的研究。 许多参考文献在推导数学模型过程中忽略了其非线性环节，而且抛开汽车单独研究转向系统，所建立的数学模型很难准确反映EPS的实际动态特性，所以建立完善的数学模型才能尽可能多的反映系统的动态特性。汽车的行驶工况多种多样，EPS工作时不但受到来自地面随机干扰和不确定因素的影响，同时还由于其一般安装在发动机附近，发动机发出的热辐射与电磁干扰对整个系统会产生很大的影响。这些因素都对EPS系统的控制策略的选择提出很高的要求。随着PID控制理论、动态补偿理论、自适应控制理论、鲁棒控制理论等控制理论的发展，为该系统的成功开发提供了有力的保障。助力特性关系到转向轻便性与路感，目前国内外对路感问题的研究手段主要以试验为主。助力特性是EPS的控制目标，助力特性是否合理决定着EPS的助力性能。EPS的助力特性属于车速感应型，主要分为全速型和低速型两种。全速型是指EPS在任何车速下都提供助力；低速型是指EPS只有低速时才提供助力，当车速超过某一预定值时，EPS停止工作。低速型的优点是对系统的要求相对较低，缺点是不能改善汽车高速操纵稳定性。全速型的优点是能改善汽车高速操纵稳定性，缺点是对系统的要求相对较高。 1.4 电动助力转向系统存在的主要问题及解决的方案 EPS系统包括三大部分:转向轴、转向器和电动机。考虑到可能的影响因素，该系统的输入包括转向盘力矩、传感器噪声、路面扰动及各部件的非线性摩擦等，输出包括电动机所需的助力