一模糊PID控制策略在电动助力转向系统中的应用

第21卷 第4期石家庄铁道学院学报(自然科学版)Vo.l21 No.4 2008年12月J OURNAL OF S H IJI AZ HUANG RA I L WAY I N STI TUTE(NATURAL SC I E NCE)Dec.2008

模糊PI D控制策略在电动助力转向系统中的应用

郑建华1, 高占凤1, 吴文江2

(1.石家庄铁道学院计算机与信息工程分院,河北石家庄 050043;

2.石家庄铁道学院工程训练中心,河北石家庄 050043)

摘要:助力转向控制策略是EPS系统的核心技术之一。为提高电动转向系统的动态响应速

度和抗干扰能力,经分析采用模糊PI D控制策略实现助力控制。模糊控制器以电流误差及误差

变化率为输入,电机电压为输出,根据设定的模糊控制规则在线调整比例系数、微分系数和积分

系数,以使系统性能达到预定要求。应用M atlab软件进行了计算机仿真,仿真结果表明基于模

糊PI D控制策略的EPS比传统PI D控制具有更好的助力特性和抗干扰能力。

关键词:电动助力转向;仿真;模糊控制;控制策略

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1674-0300(2008)04-0079-05

1 引言

电动助力转向(E lectric Po w er S teering,简称EPS)系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统,是为了满足人们对驾驶轻便性、操纵稳定性、驾驶安全性和节能环保的要求而产生的。它可以根据不同的使用工况控制电动机提供不同的辅助动力,这也符合当前电控技术与汽车技术相结合的趋势[1]。EPS系统以其结构简单、控制灵活、安全可靠、节能环保等优点成为了汽车传统转向系统理想的升级换代产品。

EPS系统以蓄电池为能源,由电子控制单元控制电机提供动力。电子控制单元根据输入转矩和车速信号确定电机目标电流,按照设定的控制策略控制电机跟踪目标电流为转向机构提供大小适宜的助力。控制策略是影响EPS系统助力性能的关键因素,选择一种合适的控制策略对设计良好的EPS系统尤为重要。采用传统的PI D控制算法设计的系统稳定性能和抗干扰性能较差。近年来,许多学者在探讨将先进的控制理论应用于电动转向系统地研究,如将鲁棒控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论应用于转向控制系统,减小路面激励干扰和传感器测量噪声的影响,提高系统的稳定性、跟踪性和抗干扰性。据分析可知传统的控制理论很难实现电动转向控制系统的设计目标,为此,笔者将模糊控制理论应用于控制系统的研究,设计出模糊PI D控制器。该控制器采用闭环控制结构,根据输入目标电流和电机输出电流的偏差以及偏差变化率实时调整PI D控制参数,克服了常规PI D控制参数固定不变的弊端,增强了系统的稳定性和跟踪性。模糊PI D控制算法将PI D控制和模糊控制两种控制方法结合起来,能够发挥各自的优点,克服彼此的不足,而且算法简单,不需要知道系统精确的数学模型,非常适合于EPS非线性系统控制,具有重要的研究意义。

2 EPS系统的组成和工作原理

一个EPS系统通常由扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元ECU、电动机、减速机构等组成[2]。当转动方向盘时,扭矩传感器根据连接输入轴和输出轴的扭杆变形大小产生一个电信号,电子控制单元根据信号电压值计算出方向盘转矩;与此同时,车速传感器根据车速产生一定频率的脉冲信号,电子控制单

收稿日期:2008-07-09

作者简介:郑建华 男 1979年出生 硕士研究生

基金项目:河北省自然科学基金(F2007000679)

80 石家庄铁道学院学报(自然科学版)第21卷

元根据脉冲频率判断出车速。电子控制单元根据方向盘转矩和车速查助力特性曲线表确定电机电压信号,产生相应的助力转矩,经减速机构施加在转向机构上,得到一个与工况相适应的转向作用力。

3 模糊PI D 控制策略

EPS 的控制要解决两个问题,一是根据基本助力特性确定电机的目标电流,二是通过控制电动机电枢两端的电压,跟踪目标电流。3.1 目标电流的确定

目前常用的助力特性曲线有三种典型的形式:直线型、折线型、曲线型

[3]

,如图1所示。

图1中,T d 为转向盘输入力矩;T a 为电机助力转矩;T d0为电动机开始提供助力时的转向盘输入力矩;T d max 为电动机提供最大助力时的转向盘输入力矩。直线型助力特性最简单,数据量小,存储方便,有利于控制系统的设计,在实际中容易调整,但是助力力矩随方向盘转矩变化的关系一旦确定,不能得到不同的转向特性要求;曲线型助力特性有利于实现连续、均匀助力,能根据需要的转向特性要求调节曲线形状,但特性复杂,数据存储量大,调整不方便;折线型助力特性的优、缺点则介于两者之间。本系统采用直线型助力特性曲线。在软件设计中用表格表示助力特性曲线,通过查表确定电机目标电流。

图1 助力特性曲线

3.2 跟踪目标电流

控制器设计的核心问题是用何种算法准确快速跟踪目标电流。在EPS 系统的控制算法研究上,基于PI D 控制的策略是最普遍的。常规PI D 控制器是按照误差的比例(P Propo rtional)、积分(I Inte -gral)和微分(D Derivati v e)的线性组合构成控制量,对被控对象进行控制。经过比例、积分和微分调节系统实际输出会逐渐接近于给定的目标值,达到跟踪目标电流的目的。虽然传统的PI D 控制能够取得较好的控制效果,但它的局限性是将参数K P 、K I 、K D 作为精确的参数来处理。实际上要得到满意的响应特性,这些参数在不同的情况下应取不同的值

[4]

。由于EPS 系统具有非线性特性,因而固定的一组参数是

不能满足要求的,仅仅采用常规PI D 控制难以达到满意的控制效果。因此在设计中引入了模糊控制的思想,根据各种工况在线调整PI D 控制参数,以便提高系统的动态响应速度,达到快速跟踪的目的。3.3 模糊控制规则的设计

模糊规则的建立是设计模糊控制器的关键。模糊控制器根据一系列模糊规则进行综合分析并做出控制决策,调整加到被控对象的控制作用,从而使系统达到预期的目标。模糊PI D 控制器的PI D 参数整定原则如下:

(1)调节过程初期当误差e 较大时,为了尽快减小误差,加快系统的响应速度,应取较大的K P ;过程中期当e 处于中等大小时,适当减小K P ,防止系统超调过大;当e 很小时将K P 调小,使系统超调减小,提高系统稳定性。根据e 和误差变化率ec 可判断出误差在增大还是减小,如果误差向增大的趋势发展则调大K P ,如果误差向减小的趋势发展则调小K P 。

(2)PI D 控制器中,积分作用主要是消除静态误差。通常在调节过程初期,为防止系统饱和非线性特性等影响所产生的积分饱和现象,而引起系统超调量的增加,这时积分应取弱些;在过程中期,积分作用应适中,不宜过大,以避免对动态稳定性造成影响;到过程后期,应增强积分作用,以减少系统静态误差,从而提高控制精度

[5]

。

第4期郑建华等:模糊PI D控制策略在电动助力转向系统中的应用81

(3)PI D控制器中,微分作用主要用来改善系统的动态性能[5]。在调节过程初期,为了避免由于开始时误差e的瞬时变大可能出现的微分过饱和而使控制作用超出许可的范围,应取较小的K D;当e处于中等大小时,为了保证系统的响应速度,K D取值要大小适中;在调节过程后期,K D应调小,增加系统对扰动的抑制能力。

根据PI D参数的整定原则,总结工程设计人员的技术知识和实际操做经验,结合电动助力转向系统的特点建立对K P、K I、K D三个参数整定的模糊控制规则,如表1、表2和表3所示。表中输入变量e的变化范围为[-10,10],将其分为七个模糊等级,分别为NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB。输入变量ec的变化范围为[-8,8],将其分为七个模糊等级,分别为NB、NM、N S、Z、PS、P M、PB。输出变量 K P、 K I、 K D的变化范围分别为[-3,3]、[-0.5,0.5]和[-0.005,0.005],分为七个模糊等级,分别为NB、NM、NS、Z、PS、P M、PB。

表1 K

P

模糊规则表

e

ec

NB NM N S Z PS PM PB

N B PB PB PB PB P M PS Z NM PB PB PB PB P M Z NS N S P M P M PM PS Z N S NM Z NM N S Z Z N S N S NM PS NM N S Z Z PS PM PM PM N S Z PS PM PB PB PB PB Z PS PM PM P M PB PB

表2 K

I

模糊规则表

e

ec

NB NM N S Z PS PM PB

N B NB N B NM NM N S PS Z NM NB N B NM N S N S Z Z N S NB NM NM Z PS PS PS Z NM N S PM Z N S NM N B PS NM N S Z Z PS PM PM PM NM N S NM Z P M PB PB PB Z PS PS Z PB PB PB

表3 K

D

模糊规则表

e

ec

NB NM N S Z PS PM PB

N B PS N S N B NB NB NM PS

NM PS N S N B NM NM N S Z

N S Z N S NM NM N S N S Z

Z Z N S N S N S N S N S Z

PS PS Z Z Z Z Z PS

PM P M P M PS PS PS PM PB

PB PB P M PM PM PS PS PB

4 仿真

用M atlab中的Si m u li n k工具箱进行仿真,模糊控制器的输入输出变量的隶属度函数均采用三角形隶属度函数,模糊推理方法采用M andani推理法,反模糊法采用重心法。

建立模糊PI D控制器S i m u li n k仿真模型,如图2所示。模糊控制器经过模糊化、模糊推理和解模糊化得到比例系数、微分系数和积分系数的修正值 K P、 K I、 K D,代入下式计算:K P=K P0+ K P;K I= K I0+ K I;K D=K D0+ K D。其中,K P0=20,K I0=4,K D0=0.02,是参数设置的初值;K P、K I、K D是最后推理的结果。

将模糊PI D控制器封装后加入到EPS系统中,建立电动助力转向控制系统模型,如图3所示。输入

82 石家庄铁道学院学报(自然科学版)第21卷

信号为方向盘转矩和车速,根据助力特性曲线计算得到助力转矩。助力转矩除以电机转矩系数即为电机目标电流值,再由模糊控制器和助力电机构成闭环跟踪电机目标电流值,输出信号为电机助力转矩。由下面的电动机模型、电动机动力学模型、电机转矩方程和电机反电动势方程可以得到仿真图3中EPS 系统的传递函数。

L m d I m /d t +R m I m +E =U a (1)J m d 2

m /d t 2

+B m d m /d t =T s -T m

(2)

T m =K a I m

(3)E =K b d m /d t

(4)

式中,L m 为电机电枢电阻,I m 为电机电流,R m 为电机电枢电阻,E 为电机反电动势,U a 为电动转向控制系统提供的助力电压,J m 为电机的转动惯量, m 为电机的转角,B m 为电机的阻尼系数,T s 为目标助力转矩,T m 为电机输出的转矩,K a 为电机转矩系数。K b

为电机反电动势系数。

图2 模糊P I D

控制器仿真模型

图3 EPS 系统模糊自整定P I D 参数控制仿

真模型

图4 仿真结果

对控制系统模型进行仿真,以阶跃信号为输入信号,助力电动机产生的助力转矩为输出信号。当车速为15km /h 时,助力特性曲线的梯度为1.6,此时若方向盘输入转矩为4.5N m,则助力转矩应为7.8N m 。图4是采用PI D 控制器和模糊PI D 控制器进行EPS 控制仿真的结果。仿真结果表明模糊PI D 控制的EPS 系统助力性能优于PI D 控制的EPS 系统,超调量减少、响应时间缩短,输出响应平稳,抗干扰能力增强,具有很好的动态跟踪品质和稳态精度。

5 结束语

模糊PI D 控制算法简单,不需要知道系统精确的数学模型,它将模糊控制和PI D 控制相结合,很好的发挥了两种控制方法的优势。在各种工况下,模糊控制器基

第4期郑建华等:模糊PI D控制策略在电动助力转向系统中的应用83

于若干条控制规则在线调整PI D参数,使得控制更加快速准确,能够大大减轻驾驶员扭转方向盘的疲劳,提高操纵稳定性,使驾驶员获得满意的路感。仿真结果证明了模糊PI D控制策略的正确性和合理性,适合于EPS系统的助力控制特性。

参 考 文 献

[1]陈家瑞,张建文.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2005:276-280.

[2]唐小琦,关勇刚.汽车电动助力转向控制系统的研究[J].华中科技大学学报:自然科学版,2003,33(7):77-79.

[3]施国标,申荣卫,林逸.电动助力转向系统的建模与仿真技术[J].吉林大学学报:工业版,2007,37(1):31-36.

[4]谢刚,殷国富.基于P ID参数模糊自整定控制的电动助力转向系统跟随性研究[J].机床与液压,2007,35(7):15-18.

[5]诸静.模糊控制原理与应用[M].北京:机械工业出版社,1995:344-352.

Applicati on of Fuzzy-PI D Control A lgorith m i n

E lectric Po w er Steering Syste m

Zheng Jianhua1, Gao Zhanfeng1, W uW enjiang2

(1.Schoo l of Co m puter and In f o r m ati on Eng ineer i ng,Sh iji azhuang R a il w ay Institute,Shijiazhuang050043,China;

2.Eng i neer i ng T ra i n i ng Center,Sh iji azhuang R ail w ay Insti tute,Shijiazhuang050043,China)

Abst ract:The control strategy i s one o f the core techno log ies i n EPS syste m.I n order to i m prove the speed of dyna m ic response and the ab ility of resisti n g disturbance of the syste m,fuzzy PI D contr o ller is desi g ned after analysi s,in wh ich,the current error and the var i e ty rate of the current error are i n pu ts and the vo ltage of the m o-to r is the outpu,t and the propo rtional factor,the d ifferentia l factor and the integ ral factor are ad j u sted on-li n e acco r d i n g to the perfor m ance o f the syste m.A si m ulation using M atlab is perfor m ed,and the si m u l a ti o n result sho w s that the f u zzy PI D contr o ller has m ore satisfactory steering characteristics and ability o f resisting dist u rb-ance than the conventi o na lPI D contro ller.

K ey w ords:electric po w er steering;si m u lation;fuzzy contro;l contr o l sche m e

(责任编辑 车轩玉) (上接第51页)

M odel R esearch of Route Choice Under

R ea-l tim e Inform ation Based on Prospect Theory

Y ang Zhiyong, Yan Gui y un

(C i v il Eng ineer i ng D epart m ent,Fu jian U niversity of T echno l ogy,Fuzhou350007,Chi na)

Abst ract:Firstly,this paper i n troduces the disadvantages o fExpected U tility Theo r y,w hich is the tradition-al t h eory to research route cho ice fi e l d,and briefly i n troduces Pr ospect Theory.Based on the basic fra m e of Prospect T heory,this paper researches the proble m of r oute cho ice under the i n fl u ence o f rea-l ti m e traffic i n for-m ati o n,and analyses the cho ice process o f traveler s route cho ice.A fter choosi n g t h e reference po i n,t va l u e f u nction is estab li s hed.The forecast r oute travel ti m e is updated and ad j u sted by U sing BayesiTheory.A fter es-tablish i n g the w e i g h ti n g functi o n,dyna m ic choice m ode l o f travel rou te is estab li s hed.

K ey w ords:dyna m ic m ode;l prospect theory;route choice;rea-l ti m e i n for m ation

(责任编辑 车轩玉)

电动液压助力转向系统用BLDCM工作原理及控制策略

电动液压助力转向系统用BLDCM 工作原理及控制策略 文章编号：1001-3997（2010）03-0262-02 【摘要】电动液压助力转向系统（EHPS ）将传统液压助力转向系统（HPS ）中的液压泵改为由变成单 独的电机驱动，并根据不同车速和转向盘转速控制等级转速，从而提供可变的转向助力，同时在一定程度上节省了能源的消耗。对POLO 轿车装备的EHPS 系统的电流无刷电机工作原理进行深入分析，并针对该电机设计控制器及制定相应控制策略，实现对电机转速的控制。 关键词：电动液压助力转向；直流无刷电机；电机控制 【Abstract 】The Electro-hydraulic Power Steering System （EHPS ）drives a hydraulic pump with a sep －arate motor ，in contrast to the traditional Hydraulic Power Steering System （HPS ）doing so by the engine.In this way ，EHPS shall be able to provide alterable steering force according to different vehicle speeds and steering wheel ratatioanl speeds ，and to save energy in a more effective way.It mainly discusses the Basic Principle and Control Strategy of the Brushless Direct Current （BLDC ）Motor Used in the Electro-hydraulic Power Steering system from POLO ，and designs an ECU with control strategy to control the motor. Key words ：EHPS ；BLDC motor ；Motor control 1引言 传统的液压助力转向系统（HPS ）通过汽车发动机带动液压泵以提供转向助力，因此无论驾驶员是否进行转向操作，只要发动机在运转，HPS 都处于工作状态，造成了不必要的能源浪费。同时，转向助力大小不能随着车速的变化而改变，难以满足汽车低速行驶时的转向轻便感和高速行驶时转向稳定的要求。电动液压助力转向系统（EHPS ）将传统HPS 中由发动机驱动的液压泵改变成由一个单独的电机驱动，使得转向助力完全脱离发动机的束缚，并且EHPS 所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态，从而控制电机转速以驱动液压泵提供必要的流量，这样不但在一定程度上节省了能源消耗，也保证了驾驶员在不同车速下均能获得良好的转向手感。 早期EHPS 系统大多以直流有刷电机驱动液压泵，随着无刷电机控制技术的发展及应用的普及，目前安装EHPS 系统的微型轿车均采用无刷电机驱动液压泵，例如上海大众POLO 、一汽大众宝莱、北京神龙以及雷克萨斯、皇冠、Chevy Silverado 、GMC Sierra 轻度并联混合动力皮卡等。对于一些电动车及新能源汽车而言，则大多采用了大功率直流永磁电机驱动[1]。 分析了由TRW 公司提供直流无刷电机和转向盘转速传感器的POLO 车上EHPS 系统的电机工作原理，并设计了该电机的控制器及控制策略，从而对电机的转速进行控制。 2EHPS 直流无刷电机的结构及工作原理 对于本系统所用的无刷直流电机，其转子、定子的外观结构， 如图1所示。 图1电机结构 由图1可见，该电机的转子是外置的，另外电机定子总槽数为12个，转子含7块永磁体，即7对极，根据公式： 电角度＝极对数×360°总槽数 ，或者 电角度＝极对数×机械角度，可以计算出该直流无刷电机的电角度为210°，由该电角度可绘制出电机绕组的星形矢量图，如图2所示。 图2 绕组星型矢量图 210° 1 7 6 11 4 109 2 12 5 8 3 262

电动助力转向系统阻尼特性分析及测试方法

第37卷第5期 2015-05(上 【99】 电动助力转向系统阻尼特性分析及测试方法 The analysis and test method of damping characteristics for electric power steering system李绍松 1,2, 牛加飞 2, 于志新 2, 李连京 2, 钟博浩 2 LI Shao-song1,2, NIU Jia-fei2, YU Zhi-xin2, LI Lian-jing2, ZHONG Bo-hao2 (1. 长春工业大学汽车工程研究院 , 长春 130012; 2. 长春工业大学机电工程学院 , 长春 130012 摘要:电动助力转向(Electric Power Steering,EPS在提供转向助力、减轻驾驶员操纵负担的同时,也能够提高汽车转向性能和驾驶舒适性,进而提高汽车的主动安全性。建立EPS系统仿真验证平台,分析阻尼补偿控制对汽车转向性能影响,结果表明阻尼补偿控制通过设定阻尼补偿控制系数,可改善EPS动态响应及回正性能。提出EPS系统阻尼特性测试方法,准确获得转向系统阻尼系数,为EPS阻尼补偿控制系数的设定提供参数依据。 关键词:电动助力转向;阻尼特性;阻尼补偿系数中图分类号:U461.6 文献标识 码 :A 文章编号:1009-0134(201505(上-0099-03Doi:10.3969/j.issn.1009- 0134.2015.05(上.28 收稿日期:2014-12-03 作者简介:李绍松 (1986 -, 男 , 讲师 , 博士 , 研究方向为汽车动力学仿真与控制。

四轮转向汽车的转向特性及控制技术-Read

四轮转向汽车的转向特性及控制技术 东南大学机械工程系汪东明 摘要：本文分析比较了四轮转向汽车的转向特点，概述了电控四轮转向汽车的结构原理，介绍了四轮转向系统的控制策略，指出了四轮转向系统控制技术所面临的困难，并展望其发展趋势。 关键词：四轮转向；转向特点；工作原理；控制；发展。 １、引言 随着现代道路交通系统和现代汽车技术的发展，人们对汽车的转向操纵性能和行驶稳定性的要求日益提高。作为改善汽车操纵性能最有效的一种主动底盘控制技术——四轮转向技术，于二十世纪80年代中期开始在汽车上得到应用，并伴随着现代汽车工业的发展而不断发展。汽车的四轮转向（Four-wheel Steering ——4WS）是指汽车在转向时，后轮可相对于车身主动转向，使汽车的四个车轮都能起转向作用。以改善汽车的转向机动性、操纵稳定性和行驶安全性。 ２、四轮转向汽车的转向特性 ２·１4WS汽车与2WS汽车转向过程分析 普通两轮转向汽车（2WS汽车）的前轮既可绕自身的轮轴自转又可绕主销相对于车身偏转，而后轮只能自转而不偏转。当驾驶员转动方向盘后，前轮转向，改变了行驶方向，地面对前轮胎产生一个横向力，通过前轮作用于车身，使车身横摆，产生离心力，使后轮产生侧偏，改变前进方向，参与汽车的转向运动。而4WS汽车的后轮与前轮一样，既可自转也能偏转。当驾驶员转动方向盘后，前、后轮几乎同时转向，使汽车改变前进方向，实现转向运动。 2WS汽车在转向时，前轮作主动转向，后轮只是作被动转向。显然，2WS汽车在转向过程中，从方向盘转动到后轮参与转向运动之间存在一定的滞后时间。2WS汽车的这种相位滞后特性使汽车转向的随动性变差，并使汽车的转向半径增大。另外，2WS汽车在高速行驶时，相对于一定的方向盘转角增量、车身的横摆角速度和横向加速度的增量增大，使汽车在高速行驶时的操纵性和稳定性变差。而4WS汽车在转向时，前、后轮都作主动转向，在转向过程中，灵敏度高，响应快，有效地克服了上述缺点。 ２·２4WS汽车的转向方式 根据理论分析研究和大量路试表明，四轮转向能够提高汽车转向的的机动灵活性和高速行驶时的操纵稳定性，现代4WS汽车就是根据这一指导思想研制的。一般来说，4WS汽车在转向过程中，根据不同的行驶条件，前、后轮转向角之间应遵循一定的规律。目前，典型4WS汽车前、后轮的偏转规律一般是这样的： （１）逆相位转向 如图1（a）所示，在低速行驶或者方向盘转角较大时，前、后轮实现逆相位转向，即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相反，且偏转角度随方向盘转角增大而在一定范围内增大（后轮最大转向角一般为5°左右）。这种转向方式可改善汽车低速时的操纵轻便性，减小汽车的转弯半径，提高汽车的机动灵活性。便于汽车掉头转弯、避障行驶、进出车库和停车场。对轿车而言，若后轮逆相位转向5°，则可减少最小转向半径约0.5m。 （２）同相位转向 如图1（b）所示，在中、高速行驶或方向盘转角较小时，前、后轮实现同相位转向，即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相同（后轮最大转角一般为1°左右）。使汽车车身的横摆角速度大大减小，可减小汽车车身发生动态侧偏的倾向，保证汽车在高速超车、进出高速公路、高架引桥及立交桥时，处于不足转向状态。 现在，有许多4WS汽车把改善汽车操纵性能的重点放在提高汽车高速行驶的操纵稳定性上，而不过分要求汽车在低速行驶的转向机动灵活性。其工作特点是低速时汽车只采用前轮转向，只在汽车行驶速度达到一定数值后（如50Km/h），后轮才参与转向，进行同相位四轮转向。

汽车电动助力转向控制系统控制器设计说明

第一章绪论 电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。它是近代各种先进汽车上所必备的系统之一。 1.1电动助力转向的发展 从最初的机械式转向系统（Manual Steering，简称MS）发展为液压助力转向系统（Hydraulic Power Steering，简称HPS），然后又出现了电控液压助力转向系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS）和电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）。 装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统；1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。

1.2 电动助力转向的分类： 机械液压助力 机械液压助力是我们最常见的一种助力方式，它诞生于1902年，由英国人Frederick W. Lanchester发明，而最早的商品化应用则推迟到了半个世纪之后，1951年克莱斯勒把成熟的液压转向助力系统应用在了Imperial车系上。由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛普及。 机械液压助力系统的主要组成部分有液压泵、油管、压力流体控制阀、V型传动皮带、储油罐等等。这种助力方式是将一部分发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转向。电子液压助力 由于机械液压助力需要大幅消耗发动机动力，所以人们在机械液压助力的基础上进行改进，开发出了更节省能耗的电子液压助力转向系统。这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动，而是由电动机来驱动，并且在之前的基础上加装了电控系统，使得转向辅助力的大小不光与转向角度有关，还与车速相关。机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向ECU等。电动助力 EPS就是英文Electric Power Steering的缩写，即电动助力转向系统。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又

汽车电动助力转向系统电机选择控制系统设计

汽车电动助力转向系统电机选择及控制系统设计摘要：电动助力转向系统是对传统机械转向系统的创新，操控性能好，操作轻便，转配迅速，消耗动能少，燃油经济。分析比较了几种常见的电动助力系统结构的优缺点，给出了相应的电机选择原则，并进一步做出了相应的电机控制方案。 关键词：电机；助力；转向系统；功率 中图分类号：tp271 文献标识码：a 文章编号： t2012-03(03)-9031 abstract: electric power steering system is on the traditional mechanical steering system innovation, control good performance, convenient operation, zhuanpei rapidly, less kinetic energy consumption, fuel economy. analysis and comparison of several common electric power system and the advantages and disadvantages of the structure, the corresponding motor selection principle, and further make the corresponding motor control scheme. keywords: motor; power; steering system; power 1．引言 电动助力转向系统eps（electric power steering）是在传统的机械式转向系统的基础上，利用直流电机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号控制电机转矩的大小和转动方向。

吉利电动助力转向系统维修手册

一、概述 电动助力转向系统由电子控制模块，车速传感器，发动机转速传感器和其它安装在转向柱上的扭矩传感器、电机等部件组成，系统控制模块根据扭矩传感器和汽车速度传感器传出的信号，确定转向助力的大小和方向，并驱动电机辅助转向操作。 二、控制流程图 三、电路图及各接插件功能（附图表） 四、控制模块 控制模块是由微电脑，A/D（模拟/数字）转换，I/O（输入/输出）装置等组成的控制器，它不仅含有控制助力转向的大小和方向的主要功能，还有车载诊断系统（自我诊断功能）和安全保护功能。 五、自诊断功能： 在点火开关在ON位置和发动机起动时，控制模块可以诊断下面部件发生的故障，并通过故障指示灯显示故障结果。 1.扭矩传感器 2.车速传感器 3.发动机转速传感器 4.电机 5.离合器 6.控制模块 控制模块和故障指示灯按下述操作 当点火开关在ON位置，发动机在起动状态，诊断线接头没有接地时，在上述部件内如果没有故障存在，指示灯亮约2秒后关闭，这是检查指示灯泡和系统电路，当控制模块发现在上述部件内产生故障时，指示灯亮，警告驾驶员发生故障，同时 第 1 页共11 页·1·

在控制模块的备份存贮器里存贮故障代码。 当诊断开关接地进，通过指示灯闪动，控制模块控制故障指示灯显示故障代码。 当检查故障时，发动机必须运转。 六、安全防护功能，当出现异常的DTC时，控制模块将关闭电机和离合器。 七、VSS（转速传感器） 车速传感器根据车速大小产生成比例的信号（有的传感器信号可直接输入模块），车辆里程表将这些信号转换出相应的车速读数，同时也把它转换成双倍周期的方波信号输入控制模块。 八、发动机速度信号 点火线圈的点火信号，作出发动机转速信号，通过ECU转换成数字信号，其一端送仪表，另一端输入控制模块。 九、诊断（附图故障代码表） 在故障诊断中的注意事项 1.当产生两个或更多的故障，故障诊断代码总是从最小的代码开始依次显示。 2.当点火电开关打开和发动机不起动时，显DTC22（发动机速信号），但是当发动机起动时，如果显示正常变化，就意味着正常。 3.由于故障诊断代码（DTC）存储在控制模块的备份存储器中，所以在维修后，一定要清除存储器中的代码，清除方法是将故障诊断线接地，显示故障代码三次。 4.参阅故障代码诊断表，记下显示的故障代码，对故障进行处理。 5.故障诊断代码（DTC）的显示 (1)找到故障诊断线“A2” (2)将故障诊断线“A2”接地 (3)起动发动机（如发动机没起动，将显示DCT22） (4)当产生两个或更多的故障时，故障诊断代码（DTC）总是从最小的代码开始依次显示。 十、“EPS”指示灯线路检查（在点火开关打开时，“EPS”指示灯不亮） 1、蓄电池 2、主保险丝 3、点火开关 4、电路保险丝（15A） 5、控制模块 6、EPS灯 7、主保险丝 8、控制盒插座 9、接插件 第 2 页共11 页·2·

车辆四轮转向系统的控制方法_郭孔辉

1998年 吉　林　工　业　大　学　学　报Vol .28第4期JOU RNAL OF JI LIN UN IVERSITY OF TECH NOLOGY 总第92期 收稿日期:1998-03-02 ＊国家自然科学基金(5957522)资助项目 郭孔辉,男,1935年7月生,教授,中国工程院院士 车辆四轮转向系统的控制方法 ＊ 郭孔辉　轧　浩 (吉林工业大学汽车动态模拟国家重点实验室)摘　要　系统地评述了车辆四轮转向系统的原理及其控制方法的发展,在此基础上指出四轮转向系统的研究必须以闭环综合评价为出发点,并与其它主动安全技术相结合才能真正达到实用阶段。 关键词　四轮转向　闭环评价　反馈控制　优化控制　神经网络 随着汽车技术的发展,作为实现主动安全性的方法之一的四轮转向技术日益受到重视。很多汽车厂商纷纷推出了带有四轮转向系统的概念车,如Honda ,Nissan ,M azda 等,并把一些成熟的四轮转向技术应用到了普及型汽车中,提高了汽车的主动安全性。四轮转向汽车的主要优点是在转向时能够保持重心侧偏角基本为零,极大地改善了横摆角速度和侧向加速度的瞬态性能指标。另外低速时能够减小汽车的转弯半径(前后轮转角方向相反),使汽车在低速行驶时更加灵活。 四轮转向系统按其结构可分为四类:机械式、液压式、电动式和复合式。按其控制方法〔2,3〕可分为:①定前后轮转向比四轮转向系统〔4〕;②前后轮转向比是前轮转角函数的四轮转向系统;③前后轮转向比是车速函数的四轮转向系统〔4〕;④具有一阶滞后的四轮转向系统;⑤具有反相特性的四轮转向系统〔5〕;⑥具有最优控制特性的四轮转向系统〔6〕;⑦具有自学习、自适应能力的四轮转向系统〔3〕。 1　后轮转向机理分析 为分析四轮转向车辆的机理,首先从后轮转向的特性分析入手。本文采用二自由度模型对前、后轮转向车辆进行比较。 1.1　侧向加速度时域特性比较 如图1所示,无论高速还是低速行驶,前轮转向车辆和后轮转向车辆的转向轮转动方向相同时(这里指转向轮皆顺时针转动),前轮转向车和后轮转向车所产生的车辆重心处— 1—