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电动助力转向系统动力学建模与分析 电动助力转向系统动力学建模与分析 福建工程学院机电及自动化工程系 丁志刚 钟 勇 [摘要] 本文介绍了汽车的电动助力转向系统（EPS）的基本结构，建立了 EPS 系统的动力学模型，并通过对动力学模型的分 析得到 EPS 系统的状态空间模型。 [关键字] 电动助力转向；动力学模型；状态空间模型 汽车转向系统是用来改变或保持汽车行驶方向的机构。 其性能直接关系到汽车的操纵稳定性和舒适性。汽车转向系 HPS ）、 统的发展历经了无助力转向系统、液压助力转向系统（ EHPS ）、电动助力转向系统（EPS ）、 电控液压助力转向系统（ 线控转向系统（SBW ）。电动助力转向相比于液压助力转向， 改善了汽车的转向助力特性，减少了能量消耗，结构紧凑， 质量降低，维护方便，对环境的影响减少。近 20 几年来，随 着电子技术的发展，传感器、电机及其控制理论的发展和完 1 方向盘；2 输入轴；3 传感器；4 扭杆；5 蜗轮蜗杆；6 输出轴； 7 转矩信号；8 车速信号；9 电机；10 电流控制；11 动力开关； 善，EPS 技术日趋完善，EPS 的助力型式也从低速范围助力 12 离合器； 12 小齿轮； 14 拉杆； 15 齿条； 16 车化 型向全速范围助力型发展，并且其控制形式与功能也进一步 图 2 EPS 的基本结构 加强。新一代的 EPS 则不仅在低速和停车时提供助力，而且 电动助力转向系统很容易实现在不同的车速下实时地为 还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。主要体现在模型创新 汽车转向提供不同的助力效果，减轻了汽车在低速时方向盘 [1] 与试验创新 2 个方面。 的操纵力，提高了操纵的灵便性和高速行驶的稳定性 。 1 EPS 系统的基本结构 2 EPS 系统的动力学模型 根据助力电机布置位置的不同，电动助力转向分为转向 2.1 EPS 系统各部件参数确定 齿条助力式、转向齿轮助力式、转向轴助力式，如图 1 所示。 为建立 EPS 系统的动力学模型，将图 2 中的 EPS 系统进 行简化，得到一个具有各部件动力学参数的简化模型[2] ，如 图 3 所示。 (a)齿条助力式 (b)齿轮助力式 (c)转向柱助力式 图 1 EPS 的 3 种形式 电动助力转向系统主要包括转向盘、转向轴、助力电机、 减速机构、传感器、ECU、转向器等部件（图 2 ）。ECU 根 据车速传感器和扭矩传感器输出的信号计算所需的转向助 力，并通过功率放大模块控制直流电动机的转动，电动机的 输出经过减速机构减速增扭后，驱动齿轮齿条机构，产生相 应的转向助力。 图 3 EPS 系统的动力学模型 * 基金项目：福建省教育厅项目（JA08166 ），福建省科技平台建设项目（2008J1002 ）。 166 2010年第12期（总第48期） 海峡科学 研究论文