电动助力转向系统性能优化及参数研究

1、 152 机械科学与技术 第 29 卷 3. 2 转向系统稳定性 在第 2 节和第 3. 1 节分析的基础上， 我们使用参 数的影响进行了具体分析， 并给出了具体的优化结 果和结论。最后， 对各参数在不同工况下波动时对 系统稳定性的影响进行了分析并给出了详细的结 论。笔者的研究结果可为评价电动助力转向车辆的 系统设计和控制规律提供理论依据 。 参考文献 1 Suyama K. An Examination of EPS Using Cables to Connect the Steering Wheel and Gearbox R . SAE Paper， 2003 ，No. 2003 01

2、0584 2 Peter D，Gerhard R. Electric Power Steering The First Step on the Way to Steer by Wire R . SAE Paper，1999 ， No. 1999 01 0401 3 Kopf P. Trends and Alternatives in Power Steering Systems with Particular Emphasis on Energy Consumption R . SAE Paper， 1994 ，No. 945039 4 Chen J S. Control of Electri

3、c Power Steering Systems R . SAE Paper， 1998 ，No. 981116 5 Harter W，Pfeiffer W，Dominke P，et al. Future Electrical Steering Systems： Realizations with Safety Requirements R . SAE Paper， 2000 ，No. 2000 01 0822 6 Hur J. Characteristic analysis of interior permanentmagnet syn. chronous motor in electroh

4、ydraulic power steering systemsJ IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2008 ， 55 （ 6 ） 7 唐新蓬， 杨树. 电动助力转向系统与汽车转向盘力特性的仿 J . 机械科学与技术， 2005 ， 24 （ 12 ） ： 1387 1390 真研究 数灵敏度方法研究各参数对系统稳定性的影响。假 定所有的参数都能调节到最优取值， 它们会随着车况 和路况不同在这些取值附近上下浮动。但是这种变 动可能会导致系统稳定性下降甚至失稳， 因此这里采 的方法对其进行分析， 得到各参数 对系统稳定性的影响程度。灵敏度函

5、数表示为 用绝对灵敏度 3 18 SC xi = j =1 f j （ X ） x i ， i = 1， 2， ， 11 （ 26 ） X = X Opt 其中 T X = x1 ， x2 ， x3 ， x4 ， x5 ， x6 ， x7 ， x8 ， x9 ， x10 ， x11 = T i ms ， i pr ， ks ， Dm ， Im ， Ke ， L， R， Dw ， Iw ， Kp 将灵敏度函数编写成 Matlab 程序进行求解， 可 以得到各参数的绝对灵敏度， 如图 5 。 图5 转向系统各参数绝对灵敏度 8 Liu Z，Yang J J，Liao D X. The optimi

6、zation of electric power assisted steering to improve vehicle performance A . Proceedings of IMechE，Part D C ， 2003 ， 217 （ 8 ） ： 639 646 9 McCann R，Pujura L R，Lieh J. Influence of motor drive parameters on the robust stability of electric power steering systems A . Proceedings of IEEE Power Electro

7、nics in TransportaC ，Dearborn， 1998 ： 103 108 tion Annual Meeting 10 （ 日） 安部正人著. 汽车的运动和操纵 M . 北京： 机械工业出 1998 版社， 11 Fujinami A. Relationship between steering characteristics and driver feeling A . Conference of the Society of Automotive Engineers of Japan C ，Tokyo， 1995 ： 1841 1845 12 Adams F J. Pow

8、er Steering Road FeelR . SAE Paper， 1983 ，No. 830998 13 Baxter J. Analysis of Stiffness and Feel for a PowerAssisted Rack and Pinion Steering Gear R . SAE Paper， 1988 ， No. 880706 14 宗长富， J . 汽车技 郭孔辉. 汽车操纵稳定性的研究与评价 2000 ， （ 6 ） ： 6 11 术， 15 Baxter J. Analysis of Stiffness and Feel for a PowerAssiste

9、d Rack and Pinion Steering Gear R . SAE Paper， 1988 ， No. 880706 16 胡寿松. 自动控制原理（ 第四版 ） M . 北京： 科学出版社， 2003 17 Chabaan R C，Wang L Y. Control of electrical power assist systems： H design，torque estimation and structural stability J . JSAE Review， 2001 ， 22 （ 4 ） ： 435 444 18 罗键. 系统灵敏度理论导论 M . 西安： 西北工业

10、大学出版 1990 社， Dm ， Im ， Ke ， L 具有较高的绝对灵敏 由图 5 可知， 度， 需要特别注意。 这意味着它们的变化或波动比 其它参数更容易引起转向系统不稳定 。受电机工作 时间和条件的影响， 其电感 L， 阻尼系数 D m ， 转动惯 量 I m 和反电动势系数 K e 会有一定的变化。 因此， 要保证转向系统的稳定， 必须要使用稳定可靠的助 力电机， 并使其工作环境平稳。 其它的参数如电机 减速比 i ms ， 前轮绕主销阻尼系数 D w 和扭矩传感器 尽管这意味着其波 刚度系数 k s 的绝对灵敏度较小， 动对系统稳定影响较小， 但也要尽量使其稳定， 因为 多参数的同时变化也可能使系统失去稳定 。 4 结论 笔者建立了详细的 EPS 系统模型， 并结合考虑 悬架侧倾影响的整车模型对系统转向特性进行了研 究