电动助力转向系统建模及仿真.pdf

第24卷第3期重庆理工大学学报(自然科学)2010年3月

V01．24No．3JournalofChongqingUniversityofTechnology(NaturalScience)Mar．201O

电动助力转向系统建模及仿真

钱学武，马明星，徐国民，管延才

(扬州大学机械工程学院，江苏扬州225127)

摘要：建立了电动助力转向系统主要部分的数学模型，根据助力原理设计了助力特性曲
线，采用Matlab／Simulink工具箱建立了无电机助力、无PID控制算法助力和有PID控制算法助力
的仿真模型。分析了3种模型的仿真结果，为进一步控制系统性能研究提供依据。
关键词：助力特性；Matlab；PID
中图分类号：U463．4文献标识码：A文章编号：1674—8425(2010)03—0014—04

SimulationandModelingofElectricPowerSteeringSystem

QIANXue—WU，MAMing—xing，XUGuo—min，GUANYan—cai

(SchoolofMechanicalEngineering，YangzhouUniversity，Yangzhou225127，China)

Abstract：Atfirst，themathematicmodelsofelectricpowersteeringsystemisbuilt．Theassisting

characteristicscurveisdesignedaccordingtotheassistingprinciple，andsimulationmodelsofsystems

withnopowermotor，noPIDcontrolassistandwithPIDcontrolassistarebuiltthroughMatlab／Simu—

linktoolbox．Atlast，thesimulationresultsofthethreemodelsareanalyzedtoprovidereferencefor

furtherstudyontheperformanceofcontrolsystem．

Keywords：assistcharacteristic；Maflab；PID

经过分析处理后对助力电机进行相应控制。
1系统组成及工作原理

电动助力转向系统(electricpowersteering，简
称EPS)主要由机械转向系统、转矩传感器、车速
传感器、电流传感器、控制单元(ECU)、离合器、助
力电动机及减速机构等组成，如图1所示。其工
作原理：汽车在运行过程中，扭矩传感器、车速传
感器及电流传感器会产生相应的传感器信号，这

些信号经过滤波、信号电平调整后传给ECU，ECU图1电动助力转向系统结构

收稿日期：2009—12—16
基金项目：江苏省汽车工程重点实验室开放基金项目(Qc2007o3)；2009年度扬州大学大学生学术科技创新基金
资助项目
作者简介：钱学武(198l一)，男，山东I临沂人，硕士研究生，主要从事汽车电子控制技术研究；马明星(1974一)，
男，安徽巢湖人，博士，副教授，硕士生导师，主要从事汽车系统动力学和汽车电子控制技术等方面的
研究。
钱学武，等：电动助力转向系统建模及仿真15

2电动助力转向系统建模3助力特性曲线的建立

在构建电动助力转向系统模型时，分析了实EPS的助力特性属于车速感应型，即助力特
际电动助力系统与模拟电动助力转向系统的区性不但随着转向盘转矩的变化而变化，而且随着
别，尽量结合实际构建电动助力转向系统模型。车速的变化而变化，因此可以较好地协调转向轻
但转向轴、齿条、助力电机的动力学模型与实际系便性与路感的关系。在实际的EPS中，ECU根据
统差别较大，因此在建模时都加入了相应的仿真转向盘转矩与车速两方面的信号确定助力
系数(如加入了阻尼、刚性系数等)，以达到实际工大小，其数值通过对助力特性曲线族查表来确定。
况，这样有助于对系统进行仿真分析。也就是说，电动机的助力矩是转向盘转矩
设转向轴转角、电机转角分别为0，0；转向和车速的函数，可以表示成助力增益和车速感
轴转动惯量、电机转动惯量分别为，J；转向盘应系数的乘积。EPS的助力特性具有多种曲线形
转矩、电机输出转矩分别为，；转向轴阻尼系式，典型的助力特性曲线有3种：直线型助力特
数、齿条阻尼系数和电机阻尼系数分别为b，b，性、折线型助力特性、曲线型助力特性J。考虑实
曰。电机减速机构减速比为G，小齿轮半径为r，际ECU的控制性能和控制方便，本文中采用了直
齿条和车轮的等效质量为m，齿条的位移输出为线型助力特性建立助力特性曲线。
0，0≤<
，电机的扭转刚度为，转向轴的