汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略分析

宋波　陳爭　劉林

摘 要：汽車轉(zhuǎn)向是汽車性能的重要組成部分之一。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與技術(shù)水平的進(jìn)步，汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到了快速發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，還有利于汽車性能的優(yōu)化。主要探討了汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：汽車；電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；軟件設(shè)計(jì)；助力特性

中圖分類號：U463.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.149

Electric Power Steering（電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）簡稱EPS，是世界汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一。國外汽車電動助力轉(zhuǎn)向已部分取代HPS（傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向）。EPS通過對控制器軟件的設(shè)計(jì)，可方便地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的助力特性，使汽車在不同車速下獲得不同的助力特性，以滿足不同駕駛情況的需求。同時，EPS用電動機(jī)直接提供助力，能節(jié)約燃料和提高主動安全性，有利于環(huán)保。

1 汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

各種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和位置不同，主要包括轉(zhuǎn)向軸助力結(jié)構(gòu)、齒輪助力結(jié)構(gòu)和齒條助力結(jié)構(gòu)，雖然其位置不同，但基礎(chǔ)工作原理相近，其中，最典型的是轉(zhuǎn)向軸助力結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要依托輸入軸和輸出軸的動力，通過基礎(chǔ)傳動機(jī)構(gòu)引導(dǎo)整體轉(zhuǎn)向拉桿進(jìn)行車輪轉(zhuǎn)向，還可保證駕駛員在實(shí)體操作過程中，輸入軸產(chǎn)生規(guī)定化的角位移，車速的基礎(chǔ)傳感器能對基本車速進(jìn)行測試，并有效傳輸整體運(yùn)行信號，實(shí)現(xiàn)電控單元的信號采集，從而判斷助力大小和助力方向。電控單元可計(jì)算相應(yīng)助力轉(zhuǎn)矩的數(shù)值，并及時輸出相應(yīng)的控制信號，指導(dǎo)驅(qū)動電路進(jìn)行電壓和電流的供給，從而在電動機(jī)輸出基本轉(zhuǎn)矩的過程中，推動整體轉(zhuǎn)向軸起到助力轉(zhuǎn)向作用，實(shí)現(xiàn)整體實(shí)時控制。針對故障和超速情況，該結(jié)構(gòu)可根據(jù)基礎(chǔ)控制系統(tǒng)的要求，保證在離合器切斷的基礎(chǔ)上將系統(tǒng)轉(zhuǎn)為機(jī)械轉(zhuǎn)向。此外，汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括基礎(chǔ)信號傳感器、助力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)和電控單元等，能實(shí)現(xiàn)整體信號和運(yùn)行措施的升級。汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般為減速結(jié)構(gòu)，在電動機(jī)力矩輸出的運(yùn)行中減速增扭，從而完善助力系統(tǒng)的運(yùn)行。

2 汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主控軟件

在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，基本的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用單片機(jī)系統(tǒng)，對基本信號的處理使用微處理器，可實(shí)現(xiàn)對主控芯片集成性功能的優(yōu)化。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，不僅要保證設(shè)計(jì)出的控制系統(tǒng)短小精干，基礎(chǔ)項(xiàng)目成本符合實(shí)際，還要保證汽車電動助力轉(zhuǎn)向各子系統(tǒng)的集成結(jié)構(gòu)合理。

2.2 執(zhí)行電動結(jié)構(gòu)

在汽車內(nèi)部的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是低轉(zhuǎn)速、大扭矩的結(jié)構(gòu)，波動較小，整體轉(zhuǎn)動慣量和尺寸要求較高，因此，要提升可靠性能的基礎(chǔ)要求。在該結(jié)構(gòu)基本的工作原理中，直流電動機(jī)要根據(jù)無刷和有刷結(jié)構(gòu)滿足工作要求，實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)行原理的統(tǒng)一化。

2.3 扭矩傳感器結(jié)構(gòu)

在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，扭轉(zhuǎn)傳感器主要用于檢測轉(zhuǎn)向盤中基礎(chǔ)扭轉(zhuǎn)的數(shù)值和方向，整體結(jié)構(gòu)非常簡單，整體工作性能可靠，基本的精確度數(shù)值比較適中。在非接觸扭轉(zhuǎn)傳感器的運(yùn)行中，雖然基本的精確度較高，但整體價格偏高。

2.4 主功率逆變器結(jié)構(gòu)

在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中采用的是基礎(chǔ)直流電動機(jī)，需要利用基本調(diào)解電樞電壓實(shí)現(xiàn)脈沖效能的優(yōu)化。在PWM的運(yùn)行中，基本的蓄電池直流電壓變成基礎(chǔ)的電壓脈沖，能促進(jìn)整體系統(tǒng)的順利運(yùn)行，并保證整體轉(zhuǎn)向能力的優(yōu)化升級。

3 汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略

3.1 基礎(chǔ)助力控制

在汽車轉(zhuǎn)向的過程中，要計(jì)算回正力矩與傳動比的關(guān)系，轉(zhuǎn)向力不能過小，并實(shí)現(xiàn)摩擦力的有效控制，減小反沖帶來的行車壓力。此外，在液壓動力轉(zhuǎn)向器中，基礎(chǔ)的液壓助力基數(shù)是固定的，需要相關(guān)人員在運(yùn)行過程中對扭桿的剛度和基礎(chǔ)過流面積進(jìn)行控制，保證汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性。

3.2 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩控制

汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本輸出轉(zhuǎn)矩主要依據(jù)電流控制算法計(jì)算和電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制，需要駕駛員對基礎(chǔ)方向盤進(jìn)行力矩和車速的控制，對目標(biāo)電流和電機(jī)反饋電流進(jìn)行實(shí)際轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化計(jì)算和閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的采集和匯總，并對實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系進(jìn)行精細(xì)化整合?；A(chǔ)控制系統(tǒng)要依據(jù)駕駛?cè)藛T施加在方向盤上的力矩進(jìn)行分析，保證基于基本助力特性對電機(jī)目標(biāo)助力和方向進(jìn)行控制，并針對汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本特征進(jìn)行轉(zhuǎn)向力矩的靈敏度控制，保證助力電機(jī)不會因負(fù)荷過大而導(dǎo)致故障的發(fā)生。

3.3 基礎(chǔ)控制方法

汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，整體微控制器也得到了升級，促進(jìn)了汽車的輕便性能和高速轉(zhuǎn)向性能的提高，實(shí)現(xiàn)了整體汽車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在助力控制中，基本控制結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目是在轉(zhuǎn)向過程中進(jìn)行的，能有效減小整體方向盤的控制阻力，有效地將減速結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)向性能的控制保持在基礎(chǔ)控制結(jié)構(gòu)中。在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案的運(yùn)行中，要根據(jù)基本的單片機(jī)軟件編程語言進(jìn)行高級語言與低級語言的區(qū)分，并利用C語言等技術(shù)進(jìn)行匯編語言程序的升級，主要的運(yùn)用結(jié)構(gòu)要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況而定。在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，基本的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)要求非常高，應(yīng)對整體故障檢測和處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析，對信號采集和處理模塊進(jìn)行技術(shù)分析，并對助力特性算法模塊進(jìn)行必要的運(yùn)算監(jiān)控，強(qiáng)化電機(jī)控制模塊的基本運(yùn)行，以保證能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行電機(jī)助力控制和阻尼控制。只有實(shí)現(xiàn)接口電路和斬波電路的合理化運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)對整體系統(tǒng)的優(yōu)化控制。在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過程中，基本的轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)也要具有實(shí)時性、可靠性和可維護(hù)性，從而保證整體軟件的設(shè)計(jì)能進(jìn)行調(diào)試和修改，實(shí)現(xiàn)有機(jī)的完善過程，且相關(guān)管理人員要對相應(yīng)汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行定期的數(shù)據(jù)處理和收集，保證整體軟件實(shí)現(xiàn)優(yōu)化升級。

4 結(jié)束語

綜上所述，相比于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，EPS結(jié)構(gòu)簡單，能較好地滿足汽車轉(zhuǎn)向性能的要求，在操縱舒適性、安全性、節(jié)能等方面充分顯示了其優(yōu)越性。EPS代表未來助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向，作為標(biāo)準(zhǔn)件裝備到汽車上，并將在助力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。

參考文獻(xiàn)

[1]邱琪.雙齒輪式電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)國產(chǎn)化應(yīng)用開發(fā)[J].內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2013（06）.

〔編輯：張思楠〕