EPS的助力特性分析

EPS的助力特性分析

電動助力轉向系統（EPS）相比液壓助力能夠更好地兼顧低速工況下轉向輕便性和高速工況下路感反饋及回正性能，同時由于取消了液壓管路和液壓閥，使得燃油消耗有所減少。EPS根據轉向盤力矩和車速這兩個輸入參數計算出電機電流，從而給轉向系統施加助力力矩，輸出與輸入的關系統稱為助力特性曲線。本文旨在為助力特性曲線的確定提供合理性依據并驗證其最優性。

分析EPS的作用力矩，并將系統的慣量、阻尼等效至轉向盤處，而對于占主導地位的輪胎與地面間摩擦力矩采用Dahl模型進行描述，摩擦力矩是與轉向盤轉角位移和相對角速度相關的函數，與角速度幅值大小無關。為設計助力幅值，假想駕駛員對負荷力矩的神經肌肉反應符合Stevens冪級數，并通過最小二乘法分別辨識位置目標控制（轉向盤轉角）和力矩目標控制（轉向盤力矩）下的參數冪級數n，分析得到位置目標控制下隨著轉角增大，“肌肉感覺”變化比率較小。

動力學的優化標準是能量功率最小化，而運動學優化標準為“肌肉抽搐”發生概率最小化。本研究認為電機控制目標是為使手部運動盡可能平滑，符合運動學優化標準。為得到最優的轉角運動軌跡，定義成本指數并使該值最小，將動態非線性有約束的優化問題簡化為靜態非線性模型，優化參數。

對研究內容進行了仿真分析，分別選擇冪級數n在1、0.9和0.5時助力力矩與轉向盤力矩的關系曲線。穩態工況下助力特性曲線呈指數增長，并且n越小曲線變化越明顯；瞬態工況下忽略轉向系統慣量和阻尼力矩的滯后效果，當n＜1時，表征肌肉刺激增長率的Stevens系數符合位置目標控制的假設。

V.Ciarla et al.2012 15th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems.

編譯：張為榮