汽车电控电动助力转向系统的动态仿真分析

0 引言

    汽车EPS系统的关键技术之一就是具有良好的跟随性，即转向盘有转向输入时，系统中的各个元件（如电机等）及其他相关元件（如车轮等）均具有快速、协调和准确的响应性或随动性。其设计原则必须保证当在方向盘上输入一个偏转角位移时，下部输出轴要在直流电机的带动下，按照给定的输入角位移稳定、准确、快速地跟踪输入偏转角的位移。汽车EPS系统运动仿真面临着如何从该实物系统构造、简化物理模型，如何建立运动仿真数学模型以及图像处理和人机交互技术的实现。汽车EPS系统实物建模必须组织好所需数据及数据结构并与所需目标结合起来，为人机交互提供接口，从而实现由数据驱动的动画；人机交互技术通过实物建模和图像技术向用户提供控制输出画面的手段。传统的汽车EPS系统转向过程的显示，主要是通过转向系统进行理论分析计算，再将各主要参数以列表、曲线的方式显示；其缺点是转向系统的多种参数状态无法得到全面、直观地反映，增加了数据判读、确认的难度。如何自主开发出具有准确、形象、直观等优点的汽车转向过程可视化软件，已经是一个迫切需要解决的现实问题。

1 EPS系统工作原理

    由图1可知，EPS系统主要包括机械式转向机构、转向助力装置和电子控制系统三大部分。其工作原理是：驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力；汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。

    图1 EPS系统组成图

2 动态仿真设计

    在系统动态仿真过程中，当用户输入不同的条件时，系统都要重新进行数据的计算与集成，并生成新的模型。为了最大限度地实现对模型重用的支持，将系统实时动态仿真划分为3个互相关联的一级模块：①动态控制模块；②数据库管理模块；③系统仿真模块。由这3个模块组成的集成仿真环境能够较完整地描述EPS转向系统运动学和动力学特性。每一个子模块都集中反映了系统的某个方面或某种属性，针对任一个子模块进行的分析和计算的结果都会以某种形式映射到仿真结果中。仿真设计流程如图2所示。