三電機(jī)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究

陳曉陽(yáng)

摘 要：線控技術(shù)主要包括線控轉(zhuǎn)向技術(shù)，線控制動(dòng)技術(shù)和線控油門。線控轉(zhuǎn)向技術(shù)消除了一些機(jī)械連接機(jī)制，并使用電子控制技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、總線技術(shù)等來收集車輛狀態(tài)信息并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以進(jìn)行分析和處理。同時(shí)，道路信息會(huì)反饋給駕駛員，以優(yōu)化汽車，駕駛性能提高了安全性。線控轉(zhuǎn)向車輛可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)理想傳動(dòng)比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并具有高度的電子集成度。將來，電動(dòng)汽車，燃料電池汽車，混合動(dòng)力汽車和低排放汽車將在四大“ EV”汽車上得到更廣泛的使用。

關(guān)鍵詞：三電機(jī);線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng);策略研究

本文對(duì)三電機(jī)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的進(jìn)行研究，根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本功能要求，選擇三電機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向和減速器，并選擇轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)、助力電機(jī)和力感電機(jī)的參數(shù)和模型。在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，使用商業(yè)軟件CarSim選擇整個(gè)車輛模型，并與線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兼容性與合理性討論安全性。

一、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展背景

在傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向中，駕駛員的轉(zhuǎn)向操作通過操作諸如轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)部件而傳遞到方向盤，并且角度和力的傳遞特性是固定的，并且車速、橫向加速度和橫擺率不同。其次，汽車的轉(zhuǎn)向特性呈現(xiàn)出非線性，駕駛員必須不斷操縱轉(zhuǎn)向器進(jìn)行調(diào)整。這會(huì)增加駕駛員的體力勞動(dòng)和精神負(fù)擔(dān)，從而影響駕駛員的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性和駕駛安全性以及在極端情況下（側(cè)滑、轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定等）失去對(duì)操縱穩(wěn)定性的控制或在緊急情況下濫用會(huì)最終導(dǎo)致交通事故。隨著汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)師在1940年代開發(fā)了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）。借助于汽車的機(jī)油泵產(chǎn)生的液壓，可以幫助駕駛員實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向并減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)。隨著液壓助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的成熟和系統(tǒng)安全性的提高，已被主要的汽車公司廣泛使用。

二、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)中，我們經(jīng)歷了第一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，后來經(jīng)歷了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電子控制的液壓轉(zhuǎn)向動(dòng)力系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)在汽車中使用。這是最成熟的技術(shù)。業(yè)內(nèi)最廣泛使用的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是車輛安全性、舒適性、輕量化駕駛、電子控制的先進(jìn)集成、節(jié)能和環(huán)保。在在線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究中，其發(fā)展的限制因素主要是在線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，在線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用的電氣元件和控制器電子芯片制造技術(shù)越來越成熟，傳感器設(shè)備的靈敏度越來越高，線轉(zhuǎn)向更加安全。隨著電機(jī)系統(tǒng)可靠性、工藝水平和產(chǎn)量的提高，線控系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)也在逐步發(fā)展。通常，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將在電動(dòng)汽車、無(wú)人駕駛汽車、輔助汽車等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，這將使駕駛員的操作更加輕松，轉(zhuǎn)向更加安全，并且車輛的電子設(shè)備的控制集成化更好。

三、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究

（一）力感控制策略

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的理想目標(biāo)設(shè)置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)比，在轉(zhuǎn)向過程中精確控制方向盤角度，并通過伺服系統(tǒng)進(jìn)行力感仿真。在國(guó)外的相關(guān)研究中，變傳動(dòng)比設(shè)計(jì)策略是法國(guó)Maximieuen Azzalwi等人提出的，具有變傳動(dòng)比設(shè)計(jì)的第一級(jí)模糊控制器使用方向盤角度和縱向車速作為輸入值，并使用變傳動(dòng)比作為輸出值。二級(jí)分層模糊控制器使用總傳動(dòng)比，縱向加速度和橫向加速度作為輸入值，傳動(dòng)比變化曲線的斜率和車輛工況作為輸出，車身的動(dòng)態(tài)參數(shù)作為控制器。將被糾正通過驗(yàn)證正常工作條件下的實(shí)際車輛實(shí)驗(yàn)，變速比設(shè)計(jì)具有出色的實(shí)驗(yàn)效果。然而，在極端條件下應(yīng)用的相關(guān)控制策略和算法需要進(jìn)一步研究。某大學(xué)建立了方向盤返回力矩算法模型，并通過駕駛員的主觀評(píng)估方法確定了模型參數(shù)，例如方向盤角度、縱向速度和橫擺率。通過方向盤轉(zhuǎn)角，車速和反饋，某大學(xué)提出了一種針對(duì)方向盤轉(zhuǎn)角，輪回力矩和縱向車速之間關(guān)系的算法，以感力模擬提出了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控制策略。

（二）雙電機(jī)控制策略

限制線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的重要因素是轉(zhuǎn)向過程中系統(tǒng)的安全性是否符合標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)是轉(zhuǎn)向的動(dòng)力源，如果電機(jī)發(fā)生故障，則會(huì)構(gòu)成重大的安全隱患。因此，將動(dòng)力輔助電機(jī)添加到在線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，并且如果單個(gè)電機(jī)發(fā)生故障，則雙電機(jī)結(jié)構(gòu)可以避免系統(tǒng)故障。另外，雙電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)合理的雙電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩分配策略，改善轉(zhuǎn)向響應(yīng)并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能。

四、三電機(jī)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型分析

（一）減速器選型

在本文考慮的三電機(jī)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，由于安裝的電機(jī)功率和空間大小的限制，電機(jī)的輸出功率很小，減速器必須起到降低電機(jī)轉(zhuǎn)速和增加輸入轉(zhuǎn)矩的作用。由于不是這種情況，因此本文采用相反的方法，蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向車輛中，效率低、空間小、傳動(dòng)大。具有相同參數(shù)的相同型號(hào)的蝸輪減速器用于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)、助力電機(jī)和力感電機(jī)。圖表2.1顯示了減速器的選擇。

（二）轉(zhuǎn)向器分類及選型

1.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器

循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)主要由殼體、螺釘、螺母和一些小鋼球等組成。在工作條件下，將一個(gè)小鋼球放置在螺母和螺釘之間的螺旋槽中，以驅(qū)動(dòng)螺母和螺釘。在輔助工作期間，滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，可以將傳動(dòng)效率提高到80%，這也是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)。另外，采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器提高了轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，并提高了傳動(dòng)效率并減少了輔助設(shè)備對(duì)的磨損，從而延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)向器的使用壽命。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可用于調(diào)節(jié)齒條和齒輪風(fēng)扇的嚙合，提高車輛在復(fù)雜道路條件下的安全性，主要用于吉普和SUV車型。

2.蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器

由于循環(huán)球在轉(zhuǎn)向器中的廣泛使用，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器逐漸發(fā)展，蝸輪蝸桿式轉(zhuǎn)向器逐漸停止使用。在中國(guó)制造的車輛中，蝸桿滾輪轉(zhuǎn)向僅由最初生產(chǎn)的解放品牌車輛采用，但在隨后的產(chǎn)品中，采用了循環(huán)球轉(zhuǎn)向。蝸輪式轉(zhuǎn)向器在結(jié)構(gòu)上主要由蝸桿和滾輪組成，主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)、制造容易。然而同時(shí)具有諸如低的正效率，難以調(diào)節(jié)間隙和恒定的傳動(dòng)比的缺點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，線控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比的個(gè)性化設(shè)計(jì)。由于集成了先進(jìn)的智能和電子控制，與EPS電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向和EHPS電子控制相比，車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的空間布局合理緊湊。在汽車工業(yè)的未來發(fā)展中，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向和電子控制液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將逐漸取代它們。

參考文獻(xiàn)

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