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第2 8卷第 5期20 07年 9月

江苏大学学报(然科学版)自 Junlo i gu U i rt( aua Si c dt n ora fJ ns nv sy N trl ce eE io ) a ei n i

Vo128 No 5 . .

Sp 0 7 e .2 0

基于 A Sm的 E S系统的建模与仿真 ME i P晋兵营，林逸，施国标(京理工大学机械与车辆工程学院，京 10 8 )北北 0 0 1

摘要：通过对 E S系统的研究， P建立了系统主要模块的数学模型，并基于 A Sm软件平台构建了 ME i E S系统的仿真模型 . Ma a i l k中设计了控制器模型，行了联合仿真.电机使用“ P在 t bSmu n l i进对传统 P+速度负反馈” I控制，以动态改变 E S系统的阻尼，小车辆行驶过程中转向盘摆振，顾转可 P减兼向的轻便性与稳定性 .过计算结果分析，以明确 E S系统的关键参数对 E S系统动态性能的通可 P P影响， E S的设计与匹配提供依据 .为 P

关键词：电动助力转向系统； ME i建模；真 A Sm;仿中图分类号： P 7 . T 2 14文献标志码： A文章编号： 6 1 7 5 2 0 ) 5— 3 9— 4 1 7—7 7 ( 0 7 0 0 8 0

M o e i g a d sm u a i n o lc r c p we t e i g d l n i l to f e e t i o r s e r n n

s se a e n AM ES m y tm b sd o iJN B n -ig。 I Y。S u -io I ig yn L N i HIG o ba( col fMehncl n eiua nier g B in ntueo eh o g,B in 0 0 1 hn ) Sh o o ca i dV hclr gn ei, e igIstt f c nl y e ig10 8,C ia aa E n j i T o j

Absr t:Th t e t a d l ft e EPS p ma y mo u e we e b itt r u h su yng t e s se tac e ma h ma i lmo es o h c r r d l r u l h o g t d i h y t m. i Th o wa e n me e s f r a d AMES m s s d t sa ls i l t n mo

e f EPS s se a d t e c ntolr t i wa u e o e tb ih smu a i d lo o y tm n h o r l e mo lwa o sr c e n Ma lb S mu i k,wh c s e l y d t h o pl g o h i l t n.Th de s c n tu td i ta i ln ih wa mp o e o t e c u i ft e smu ai n o e

t dt n lpo ot n litga n p e e aiefe b c o t lo trw r p l d t P y tm r i o a rp r o a ne rla d s e d n g t e d a k c nr fmoo ee a pi oE S sse a i i v o ewi a a l a .S i t v r b e d mp h mmy o te n h e o l e r d c d C n r l b l y a d sa i t fse r g h i fse r g w e lc u d b e u e . o t l i t n t b l y o te n i o a i i is se we e b t ie te in.Fr m h n l ssr s lsi s c n l d d t a n mi h r ce siso y t m r o h g v n atnt o o t e a ay i e u t ti o c u e h tdy a c c a a tr tc f i

E S s s m r f e c d b e a a tr f P y t m.S g e t n o e in a d mac i g o S P y t a e i l n e y k y p r me e so S s se e n u E u g si s rd sg n t h n f o f EPa e p o i e r m n l sso he smulto e u t . r r vd d fo a ay i ft i a in r s ls Ke r s:e e ti we t e n y tm;AMES m;mo e ig;smua in y wo d lc rc po r se r g s se i i dl n i lto

随着汽车性能的不断提高，但要求低速和驻不车时的转向轻便性，同时也要求汽车高速时的操纵稳定性，然而传统的机械式转向系统 ( )液压动 MS、力转向系统 ( P )不能同时满足低速转向轻便性 H S都

种类型：向柱助力型、齿轮助力型、转小双小

齿轮助力型和齿条助力型]本研究以转向柱助力型的 . E S系统为研究对象 . P

和高速操纵稳定性的要求.电动助力转向系统 (P ) E S可以解决汽车转向“轻与灵”的矛盾，与传统液压动力转向系统相比有许多优点¨ . E S系统按照电机助力的位置不同可以分为四 P收稿日期： 0 7— 3— 3 20 0 2基金项目：北京市科技奥运项目()3 50 00 1 I 0 0 24 1 ) 0 1

1系统的组成和工作原理 1 1 E S系统组成 . P

E S系统的基本组成如图 1示， P所主要包括：转

作者简介：晋兵营 (9 2一，, 17 )男河南偃师人，讲师，博士研究生 ( y9@ 13 cm)主要从事电动助力转向系统研究. j 96 6 . b o, 林逸 (9 3一)男， 15,吉林长春人，教授，博士生导师 (iy@bte u c )主要从事车辆系统动力学及控制研究 1 i i d .n, n .

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江苏大学学报(然科学版)自

第2 8卷

向盘、转向柱、转向盘转角传感器、转矩传感器、电控

的微分方程为

条转器转车等蜗减机、齿苎向及向轮杆轮速构轮 式齿.

=s一) Ko (r p

() 2

式中 K为扭杆刚度系数，齿条位移，。 为 r为小齿轮分度圆半径.2 3电机模型 .

对助力电机的一般要求如下：电机应具有高的

可靠性，的功率，噪声和振动，大低较低的摩擦转矩， 较小的体积和重量；电机能够在堵转下输出转矩；电机有良好的机械特性，在工作过程中，转矩波动尽量要小；电机应能快速反转；电机的转动惯量应尽可能小. P E S助力电机常用的是直流电机.

图 1 E S系统的结构图 PF g 1 S r c u e d a r m fEP i . t t r i ga o S u

1 2 E S系统的基本工作原理 . P

转向时，向盘转角传感器测量出转向盘的转转角和方向，同时转矩传感器中的扭杆发生变形，测量出驾驶员作用在转向盘上的转矩 .Fg 2 i.

m

? J B

图 2直流电机等效电路图 E u v l n ic i d a r m fDC mo o q ia e t r u t ig a o t r c

E

U根据转向盘的转角和方向、 C转矩传感器信号、车速及电机状态等信号分别实施助力控制、回正控制、阻尼控制 J计算电机所需电流的大小、向.,方电机按照 E U的信号产生助力， C并将此力经蜗

由 K rh o电压定律， i hf c可列出电枢回路的微分方程：da

+尺a+/ Z a e=/ Z a u=K T=K o

(3) ( 4) ( 5)

杆蜗轮降速增扭后传给齿轮齿条转向器，最后输出到转向车轮上，服汽车的转向阻力矩，现汽车的转克实向.

+m+m ) B K一= 0 (一 一

2 E S系统数学模型 PE S系统的组件可以分为机械和电子两大类 . P 为了研究方便，先分别建立各个子系统的数学模型， 然后再将各个子系统组装在一起，成一个完备的形 E S系统 . P。 J2 1转向盘模型 .

(, )

( 6)

式中为电机转子与蜗杆的等效转动惯量，为电 机转子转角，为电机与蜗杆的等效粘性阻尼系 B数，为蜗杆的输出转矩即助力转矩，为电机的 电磁转矩， (, )为电机处静摩擦力矩和库仑 摩擦力矩，电磁转矩常数， K为 K为反电动势常数，尺为电枢的电阻，为反电动势，为电枢两端电““压，为电枢电感，为电枢电流.

由牛顿第二定律，列出转向盘模型运动微分可方程： J +B a w = 一一 (, )

24转向柱与转向轮模型 .假定转向柱为刚性的，向柱的运动微分方程转为+B。= T+ s一F r (。 ) 一， (7)

式中

(1) 为转向盘转动惯量，为转向盘转角， B

为粘性阻尼系数，为作用在转向盘上的转矩，

为转矩传感器输出转矩， ( 静摩擦力矩和库仑摩擦力矩 .2 2转矩传感器模型 .

)为转向盘处

式中为转向柱与小齿轮的等效的转动惯量， B为转向柱的粘性阻尼系数，。为小齿轮输出的力， F。

(, )为转向柱的静摩擦和库仑摩擦力矩. 齿条的运动微分方程为

转矩传感器可被简化为一个扭杆弹簧，其运动