電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù)

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù)1.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricPowerSteering，縮寫EPS）是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，EPS具有許多優(yōu)點，如節(jié)能、環(huán)保、可隨車速進行調(diào)整、維修方便以及可與不同車型匹配等。EPS系統(tǒng)主要由電機、減速器和傳感器等組成。其工作原理是，通過傳感器傳輸電信號到電子控制單元（ECU），ECU根據(jù)電信號在不同車速下輸送不同助力效果，從而實現(xiàn)對車輛的轉(zhuǎn)向輔助。EPS系統(tǒng)在汽車工程領(lǐng)域中有廣泛的應用，通過仿真技術(shù)可以優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高車輛的操控性能和安全性能。2.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理扭矩傳感器：安裝在轉(zhuǎn)向軸上，用于檢測駕駛員施加在方向盤上的扭矩大小和方向。車速傳感器：從儀表板上的車速表獲取車速信號，用于修正助力大小，以改善駕駛員在高速轉(zhuǎn)向時的路感。減速機構(gòu)：用于降低電動機的轉(zhuǎn)速，增加扭矩，以適應轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的需求。電子控制單元（ECU）：接收傳感器信號，計算所需的助力力矩，并控制電動機的工作。EPS的工作原理如下：當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，扭矩傳感器檢測到方向盤上的扭矩，并將信號傳遞給ECU。同時，車速傳感器將車速信號傳遞給ECU。ECU根據(jù)這些信號以及預設(shè)的特性曲線圖計算出所需的助力力矩，并控制電動機工作。電動機通過減速機構(gòu)增加扭矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)向齒條或齒輪，從而提供輔助扭矩，使駕駛員在轉(zhuǎn)向時感到更輕便。隨著車速的增加，ECU會減小助力力矩，以保持高速轉(zhuǎn)向時的路感。EPS還具有主動回正功能，當駕駛員在轉(zhuǎn)彎過程中減小方向盤上的力矩時，系統(tǒng)會提供回正力矩，使車輛回到直線行駛狀態(tài)。3.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的建模與仿真技術(shù)是理解EPS性能、優(yōu)化設(shè)計和進行故障預測的重要手段。建模的過程通常涉及系統(tǒng)動力學模型的構(gòu)建、控制策略的設(shè)計以及車輛與EPS交互的模擬。仿真技術(shù)則通過軟件模擬實際運行環(huán)境，以驗證設(shè)計方案的可行性和性能表現(xiàn)。建模過程中，首先要建立EPS的動力學模型，這包括轉(zhuǎn)向機構(gòu)、電動機、減速器和傳感器等關(guān)鍵部件的動態(tài)特性。這些特性需要基于物理原理、工程經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)來精確描述。同時，還需考慮EPS與車輛其他系統(tǒng)的交互，如車輛動力學模型、輪胎模型等，以確保整個系統(tǒng)的協(xié)同工作。在控制策略設(shè)計方面，建模過程需要涵蓋EPS的控制邏輯，包括助力控制、回正控制、阻尼控制等。這些控制策略旨在提供駕駛員所需的轉(zhuǎn)向力矩，同時確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。通過仿真技術(shù)，可以評估不同控制策略在不同駕駛條件下的性能表現(xiàn)，從而進行優(yōu)化。仿真技術(shù)在EPS建模中發(fā)揮著重要作用。通過仿真軟件，可以模擬實際道路環(huán)境、駕駛員行為和車輛運行狀態(tài)，以驗證EPS系統(tǒng)的性能。仿真結(jié)果可以用于預測EPS在實際運行中的表現(xiàn)，包括助力特性、穩(wěn)定性、能耗等。仿真還可以用于故障預測和診斷，幫助設(shè)計者及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行改進。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù)對于理解EPS性能、優(yōu)化設(shè)計和進行故障預測具有重要意義。隨著仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，EPS的建模與仿真將更加精確和高效，為EPS的設(shè)計和應用提供有力支持。4.仿真模型的建立與驗證在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究過程中，仿真模型的建立與驗證是至關(guān)重要的一步。仿真模型不僅能夠模擬實際系統(tǒng)的運行狀況，還能夠提供更為便捷的分析和優(yōu)化手段。本文著重探討了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù)，以期提高系統(tǒng)的性能和設(shè)計效率。建立電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的仿真模型，首先需要對系統(tǒng)進行深入的分析和理解。這包括對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及控制策略等方面的認識。在此基礎(chǔ)上，我們可以利用相關(guān)的仿真軟件，如MATLABSimulink等，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。該模型應能夠準確反映系統(tǒng)的動態(tài)特性，包括轉(zhuǎn)向力矩的傳遞、電機的響應以及控制算法的執(zhí)行等。在建立模型的過程中，我們還需要考慮一些關(guān)鍵因素，如系統(tǒng)的非線性特性、參數(shù)的不確定性以及外部干擾等。這些因素會對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重要影響，因此在建模過程中必須予以充分考慮。建立好仿真模型后，我們需要對其進行驗證，以確保其能夠準確反映實際系統(tǒng)的運行情況。驗證過程通常包括兩個方面：一是模型的正確性驗證，即檢查模型是否正確地描述了系統(tǒng)的動態(tài)特性二是模型的精度驗證，即比較模型的仿真結(jié)果與實驗結(jié)果，以評估模型的精度和可靠性。在進行模型驗證時，我們可以利用一些常用的方法和技術(shù)，如參數(shù)辨識、靈敏度分析等。這些方法可以幫助我們更好地理解和評估模型的性能，從而為后續(xù)的優(yōu)化和設(shè)計提供有力的支持。仿真模型的建立與驗證是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究中的重要環(huán)節(jié)。通過建立準確的仿真模型，我們可以更好地理解和分析系統(tǒng)的運行特性，為系統(tǒng)的優(yōu)化和設(shè)計提供有效的手段。同時，模型的驗證也是確保仿真結(jié)果可靠性的關(guān)鍵步驟，必須予以足夠的重視。5.控制策略的優(yōu)化與評估系統(tǒng)分析：對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行全面分析，確定系統(tǒng)的主要功能和組成部分。這包括轉(zhuǎn)向力矩傳遞、轉(zhuǎn)向機械特性和電機特性等。數(shù)學模型建立：根據(jù)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。這包括使用數(shù)學分析方法建立系統(tǒng)各組成部分的數(shù)學模型，如駕駛員模型、電機模型、傳感器模型等。系統(tǒng)仿真：利用仿真軟件（如MATLABSimulink）搭建電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的仿真平臺。通過仿真，可以模擬系統(tǒng)在不同工況下的性能，并驗證所設(shè)計控制策略的有效性。仿真結(jié)果分析：對仿真結(jié)果進行深入分析，評估電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能和控制策略。這包括對系統(tǒng)響應速度、穩(wěn)定性、助力特性等方面的評估。根據(jù)分析結(jié)果，可以提出優(yōu)化建議，進一步改進控制策略。優(yōu)化控制策略：根據(jù)仿真結(jié)果分析，對控制策略進行優(yōu)化。這可能涉及調(diào)整控制參數(shù)、改進控制算法或引入新的控制方法。優(yōu)化后的控制策略需要再次進行仿真驗證，以確保其性能的提升。實車試驗：在完成仿真驗證后，優(yōu)化后的控制策略需要在實際車輛上進行試驗驗證。通過實車試驗，可以評估控制策略在真實駕駛環(huán)境中的性能，并進一步優(yōu)化和完善。通過以上步驟，可以實現(xiàn)對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略的優(yōu)化與評估，從而提高系統(tǒng)的駕駛舒適性和安全性。6.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能分析電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在不同車速下應具有不同的助力特性。在高速行駛時，系統(tǒng)應提供較小的助力，以確保駕駛員能夠獲得良好的轉(zhuǎn)向路感和控制精度。而在低速行駛時，系統(tǒng)應提供較大的助力，以減輕駕駛員的轉(zhuǎn)向負擔，提高駕駛舒適性。性能分析應包括對系統(tǒng)在不同車速下的助力特性進行評估和優(yōu)化。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動態(tài)響應是指系統(tǒng)對駕駛員轉(zhuǎn)向操作的響應速度和準確性。良好的動態(tài)響應能夠提高駕駛安全性和操控性能。性能分析應包括對系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)向操作下的響應時間、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等指標進行評估，并分析影響動態(tài)響應的因素，如控制策略、電機特性等。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實際應用中會受到各種干擾，如路面不平度、側(cè)風等。性能分析應包括對系統(tǒng)在存在干擾情況下的穩(wěn)定性和魯棒性進行評估。通過分析系統(tǒng)對不同類型和強度干擾的響應，可以優(yōu)化控制策略和參數(shù)設(shè)置，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。能控性和能觀性是評估系統(tǒng)可控性和可觀測性的重要指標。在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，能控性是指系統(tǒng)能夠通過控制輸入實現(xiàn)期望的輸出狀態(tài)，而能觀性是指系統(tǒng)能夠通過測量輸出狀態(tài)來估計系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)。性能分析應包括對系統(tǒng)能控性和能觀性的驗證，以確保系統(tǒng)在各種工況下都能夠穩(wěn)定可靠地運行。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能分析涉及多個方面，包括助力特性、動態(tài)響應、抗干擾能力和能控性能觀性等。通過深入分析和優(yōu)化這些性能指標，可以提高電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能和可靠性，從而提升駕駛體驗和安全性。7.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真設(shè)計與實現(xiàn)需要建立一個電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學模型。該模型應包括電機模型、減速器模型、傳感器模型等。這些模型可以通過MATLABSimulink等仿真軟件進行建立。硬件在環(huán)仿真平臺包括仿真計算機、接口硬件和實時操作系統(tǒng)。仿真計算機用于運行仿真模型接口硬件用于將仿真模型與實際硬件連接起來實時操作系統(tǒng)用于提供實時控制和數(shù)據(jù)處理。在硬件在環(huán)仿真中，需要設(shè)計一個控制器來控制電機。該控制器應基于控制理論進行設(shè)計，并可通過仿真軟件進行模擬和優(yōu)化。最終，將優(yōu)化后的控制器應用于硬件在環(huán)仿真平臺進行測試和驗證。通過硬件在環(huán)仿真平臺，可以采集到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，例如電流、電壓、轉(zhuǎn)角等。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以評估系統(tǒng)的性能和可靠性，并發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題。通過以上步驟，可以實現(xiàn)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真，從而在產(chǎn)品開發(fā)初期發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題，提高系統(tǒng)的性能和可靠性，減少開發(fā)時間和成本。8.電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應用前景與意義EPS利用電機提供輔助轉(zhuǎn)矩，只在需要轉(zhuǎn)向時啟動電機，從而降低發(fā)動機燃油消耗量。EPS可以根據(jù)不同的駕駛條件提供最佳的助力，提高車輛的轉(zhuǎn)向特性，增強駕駛操控性。隨著電動汽車和混合動力汽車的普及，EPS系統(tǒng)的發(fā)展將迎來更大的機遇。由于EPS系統(tǒng)沒有液壓回路，更適合電動汽車和混合動力汽車的動力系統(tǒng)，有助于提高這些車輛的能源利用效率。EPS系統(tǒng)可以通過傳感器和控制器的配合，實時監(jiān)測車輛的行駛狀態(tài)，并及時調(diào)整轉(zhuǎn)向力矩，提高車輛的主動安全性。例如，主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和對開路面抗制動跑偏功能，都可以通過EPS系統(tǒng)來實現(xiàn)，從而減少交通事故的發(fā)生。EPS系統(tǒng)沒有液壓回路，調(diào)整和測試組裝容易，自動化程度高。同時，EPS系統(tǒng)還可以設(shè)定不同的程序，快速匹配不同的車型和駕駛模式，縮短生產(chǎn)周期和發(fā)展時間。由于EPS系統(tǒng)沒有液壓回路，不會產(chǎn)生滲油問題，減少了對環(huán)境的污染。EPS系統(tǒng)的使用也有助于降低汽車尾氣排放，對環(huán)境保護具有積極意義。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應用前景廣闊，不僅可以提高汽車的燃油效率和駕駛操控性，還可以增強車輛的安全性，提高生產(chǎn)效率和自動化程度，減少環(huán)境污染。隨著技術(shù)的不斷進步和新能源汽車的發(fā)展，EPS系統(tǒng)將成為汽車工業(yè)的主流技術(shù)之一。參考資料：隨著科技的發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)已成為現(xiàn)代汽車中的重要組成部分。這一系統(tǒng)使用電動機直接助力，提高了操控穩(wěn)定性和駕駛舒適性。對EPS進行建模與仿真研究，有助于我們深入理解其工作原理，優(yōu)化設(shè)計，提高性能。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要依靠電動機、減速機構(gòu)以及傳感器等部件工作。駕駛員在操縱方向盤時，傳感器感知力矩和轉(zhuǎn)向角度，將這些信息傳送到控制單元，控制單元根據(jù)這些信息計算出所需的助力大小，進而驅(qū)動電動機產(chǎn)生相應的助力。EPS的建模主要分為兩個部分：一是駕駛員模型，二是EPS系統(tǒng)模型。駕駛員模型主要模擬駕駛員的轉(zhuǎn)向行為，而EPS系統(tǒng)模型則模擬電動機、減速機構(gòu)以及傳感器等部件的工作。通過這兩個模型的耦合，可以全面地模擬EPS的工作過程。在建立了EPS模型之后，我們可以通過仿真研究來分析EPS的性能。例如，我們可以改變不同的參數(shù)，如轉(zhuǎn)向力矩、轉(zhuǎn)向角度、助力大小等，來觀察EPS的反應，從而找出最優(yōu)的設(shè)計參數(shù)。通過建模與仿真研究，我們可以深入理解電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理，優(yōu)化設(shè)計，提高性能。這不僅有助于提高汽車的性能，也有助于推動汽車工業(yè)的發(fā)展。未來的研究可以進一步探索EPS的智能化控制策略，實現(xiàn)更優(yōu)的駕駛體驗。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricPowerSteering，縮寫EPS）是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS（HydraulicPowerSteering）相比，EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點。EPS主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動機、減速機構(gòu)和電子控制單元（ECU）等組成。在汽車的發(fā)展歷程中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：從最初的機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ManualSteering，簡稱MS）發(fā)展為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HydraulicPowerSteering，簡稱HPS），然后又出現(xiàn)了電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectroHydraulicPowerSteering，簡稱EHPS）和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricPowerSteering，簡稱EPS）。裝配機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行駛時駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負擔過于沉重，為了解決這個問題，美國GM公司在20世紀50年代率先在轎車上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，因此在1983年日本Koyo公司推出了具備車速感應功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這種新型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以隨著車速的升高提供逐漸減小的轉(zhuǎn)向助力，但是結(jié)構(gòu)復雜、造價較高，而且無法克服液壓系統(tǒng)自身所具有的許多缺點，是一種介于液壓助力轉(zhuǎn)向和電動助力轉(zhuǎn)向之間的過渡產(chǎn)品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轎車Cervo上配備了Koyo公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；1990年，日本Honda公司也在運動型轎車NS上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動助力轉(zhuǎn)向在汽車上應用的歷史。機械液壓助力是我們最常見的一種助力方式，它誕生于1902年，由英國人FrederickW.Lanchester發(fā)明，而最早的商品化應用則推遲到了半個世紀之后，1951年克萊斯勒把成熟的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)應用在了Imperial車系上。由于技術(shù)成熟可靠，而且成本低廉，得以被廣泛普及。機械液壓助力系統(tǒng)的主要組成部分有液壓泵、油管、壓力流體控制閥、V型傳動皮帶、儲油罐等等。這種助力方式是將一部分發(fā)動機動力輸出轉(zhuǎn)化成液壓泵壓力，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加輔助作用力，從而使輪胎轉(zhuǎn)向。由于機械液壓助力需要大幅消耗發(fā)動機動力，所以人們在機械液壓助力的基礎(chǔ)上進行改進，開發(fā)出了更節(jié)省能耗的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵不再由發(fā)動機直接驅(qū)動，而是由電動機來驅(qū)動，并且在之前的基礎(chǔ)上加裝了電控系統(tǒng)，使得轉(zhuǎn)向輔助力的大小不光與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)，還與車速相關(guān)。機械結(jié)構(gòu)上增加了液壓反應裝置和液流分配閥，新增的電控系統(tǒng)包括車速傳感器、電磁閥、轉(zhuǎn)向ECU等。EPS就是英文ElectricPowerSteering的縮寫，即電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動助力機直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護了環(huán)境。還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點。正是有了這些優(yōu)點，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù)，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。根據(jù)助力電機的安裝位置不同，EPS系統(tǒng)又可以分為轉(zhuǎn)向軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式3種。轉(zhuǎn)向軸助力式EPS的電動機固定在轉(zhuǎn)向軸一側(cè)，通過減速機構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向。齒輪助力式EPS的電動機和減速機構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動齒輪助力轉(zhuǎn)向。齒條助力式EPS的電動機和減速機構(gòu)則直接驅(qū)動齒條提供助力。駕駛員在操縱方向盤進行轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)矩電壓信號、轉(zhuǎn)動方向和車速信號等，向電動機控制器發(fā)出指令，使電動機輸出相應大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉(zhuǎn)向時，電子控制單元不向電動機控制器發(fā)出指令，電動機不工作。EPS的基本原理是：轉(zhuǎn)矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸（小齒輪軸）連接在一起，當轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)矩傳感器開始工作，把輸入軸和輸出軸在扭桿作用下產(chǎn)生的相對轉(zhuǎn)動角位移變成電信號傳給ECU，ECU根據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器的信號決定電動機的旋轉(zhuǎn)方向和助力電流的大小，從而完成實時控制助力轉(zhuǎn)向。因此它可以很容易地實現(xiàn)在車速不同時提供電動機不同的助力效果，保證汽車在低速轉(zhuǎn)向行駛時輕便靈活，高速轉(zhuǎn)向行駛時穩(wěn)定可靠。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它利用電動機產(chǎn)生的動力來幫助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操作，系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成，信號傳感裝置(包括扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和車速傳感器)，轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)(電機、離合器、減速傳動機構(gòu))及電子控制裝置。電動機僅在需要助力時工作，駕駛員在操縱轉(zhuǎn)向盤時，扭矩轉(zhuǎn)角傳感器根據(jù)輸入扭矩和轉(zhuǎn)向角的大小產(chǎn)生相應的電壓信號，車速傳感器檢測到車速信號，控制單元根據(jù)電壓和車速的信號，給出指令控制電動機運轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)向助力。傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由發(fā)動機帶動轉(zhuǎn)向油泵，不管轉(zhuǎn)向或者不轉(zhuǎn)向都要消耗發(fā)動機部分動力。而電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只是在轉(zhuǎn)向時才由電機提供助力，不轉(zhuǎn)向時不消耗能量。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以降低車輛的燃油消耗。與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對比試驗表明：在不轉(zhuǎn)向時，電動助力轉(zhuǎn)向可以降低燃油消耗5%；在轉(zhuǎn)向時，可以降低5%。轉(zhuǎn)向助力大小可以通過軟件調(diào)整，能夠兼顧低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，回正性能好。傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所提供的轉(zhuǎn)向助力大小不能隨車速的提高而改變。這樣就使得車輛雖然在低速時具有良好的轉(zhuǎn)向輕便性，但是在高速行駛時轉(zhuǎn)向盤太輕，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向“發(fā)飄”的現(xiàn)象，駕駛員缺少顯著的“路感”，降低了高速行駛時的車輛穩(wěn)定性和駕駛員的安全感。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的助力大小可以通過軟件方便的調(diào)整。在低速時，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以提供較大的轉(zhuǎn)向助力，提供車輛的轉(zhuǎn)向輕便性；隨著車速的提高，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)向助力可以逐漸減小，轉(zhuǎn)向時駕駛員所需提供的轉(zhuǎn)向力將逐漸增大，這樣駕駛員就感受到明顯的“路感”，提高了車輛穩(wěn)定性。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速時轉(zhuǎn)向盤能夠精確的回到中間位置，而且可以抑制高速回正過程中轉(zhuǎn)向盤的振蕩和超調(diào)，兼顧了車輛高、低速時的回正性能。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了液壓轉(zhuǎn)向油泵、油缸、液壓管路、油罐等部件，而且電機及減速機構(gòu)可以和轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向器做成一個整體，使得整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，在生產(chǎn)線上的裝配性好，節(jié)省裝配時間，易于維護保養(yǎng)。通過程序的設(shè)置，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容易與不同車型匹配，可以縮短生產(chǎn)和開發(fā)的周期。由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有上述多項優(yōu)點，因此近年來獲得了越來越廣泛的應用。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加裝了電機及減速機構(gòu)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器和ECU電控單元而成。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已發(fā)展了半個多世紀，其技術(shù)已相當成熟。但隨著汽車微電子技術(shù)的發(fā)展，對汽車節(jié)能性和環(huán)保性要求不斷提高，該系統(tǒng)存在的耗能、對環(huán)境可能造成的污染等固有不足已越來越明顯，不能完全滿足時代發(fā)展的要求。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將最新的電力電子技術(shù)和高性能的電機控制技術(shù)應用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能顯著改善汽車動態(tài)性能和靜態(tài)性能、提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性、減少環(huán)境的污染等。該系統(tǒng)一經(jīng)提出，就受到許多大汽車公司的重視，并進行開發(fā)和研究，未來的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中電動助力轉(zhuǎn)向?qū)⒊蔀檗D(zhuǎn)向系統(tǒng)主流，與其它轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)突出的優(yōu)勢體現(xiàn)在液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動機帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，浪費了部分能量。相反電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）僅在需要轉(zhuǎn)向操作時才需要電機提供的能量，該能量可以來自蓄電池，也可來自發(fā)動機。而且,能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當前的車速有關(guān)。當轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時，電機不工作，需要轉(zhuǎn)向時，電機在控制模塊的作用下開始工作,輸出相應大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動轉(zhuǎn)向力矩，而且，該系統(tǒng)在汽車原地轉(zhuǎn)向時輸出最大轉(zhuǎn)向力矩，隨著汽車速度的改變，輸出的力矩也跟隨改變。該系統(tǒng)真正實現(xiàn)了"按需供能"，是真正的"按需供能型"（on-demand）系統(tǒng)。汽車在較冷的冬季起動時，傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)反應緩慢，直至液壓油預熱后才能正常工作。由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計時不依賴于發(fā)動機而且沒有液壓油管，對冷天氣不敏感，系統(tǒng)即使在-40℃時也能工作，所以提供了快速的冷起動。由于該系統(tǒng)沒有起動時的預熱，節(jié)省了能量。不使用液壓泵，避免了發(fā)動機的寄生能量損失，提高了燃油經(jīng)濟性，裝有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛和裝有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛對比實驗表明，在不轉(zhuǎn)向情況下，裝有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國輛燃油消耗降低5%，在使用轉(zhuǎn)向情況下，燃油消耗降低了5%。在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動助力機與助力機構(gòu)直接相連可以使其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)利用慣性減振器的作用，使車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振大大減水。因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動能力大大增強和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于電機，沒有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應，增強了轉(zhuǎn)向車輪對轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能。直到今天，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的發(fā)展已經(jīng)到了極限,電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正特性改變了這一切。當駕駛員使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動一角度后松開時，該系統(tǒng)能夠自動調(diào)整使車輪回到正中。該系統(tǒng)還可以讓工程師們利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。從最低車速到最高車速，可得到一簇回正特性曲線。通過靈活的軟件編程，容易得到電機在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這種轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動態(tài)性能相機匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)起來有一定困難。通過對汽車在高速行駛時過度轉(zhuǎn)向的方法測試汽車的穩(wěn)定特性。采用該方法，給正在高速行駛（100km/h）的汽車一個過度的轉(zhuǎn)角迫使它側(cè)傾，在短時間的自回正過程中，由于采用了微電腦控制，使得汽車具有更高的穩(wěn)定性，駕駛員有更舒適的感覺。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力來自于電機。通過軟件編程和硬件控制，可得到覆蓋整個車速的可變轉(zhuǎn)向力?？勺冝D(zhuǎn)向力的大小取決于轉(zhuǎn)向力矩和車速。無論是停車，低速或高速行駛時，它都能提供可靠的，可控性好的感覺，而且更易于車場操作。對于傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，可變轉(zhuǎn)向力矩獲得非常困難而且費用很高，要想獲得可變轉(zhuǎn)向力矩，必須增加額外的控制器和其它硬件。但在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可變轉(zhuǎn)向力矩通常寫入控制模塊中，通過對軟件的重新編寫就可獲得，并且所需費用很小。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應用"最干凈"的電力作為能源，完全取締了液壓裝置，不存在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液態(tài)油的泄漏問題，可以說該系統(tǒng)順應了"綠色化"的時代趨勢。該系統(tǒng)由于它沒有液壓油，沒有軟管、油泵和密封件，避免了污染。而液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油管使用的聚合物不能回收，易對環(huán)境造成污染。由于該系統(tǒng)具有良好的模塊化設(shè)計，所以不需要對不同的系統(tǒng)重新進行設(shè)計、試驗、加工等,不但節(jié)省了費用，也為設(shè)計不同的系統(tǒng)提供了極大的靈活性，而且更易于生產(chǎn)線裝配。由于沒有油泵、油管和發(fā)動機上的皮帶輪，使得工程師們設(shè)計該系統(tǒng)時有更大的余地，而且該系統(tǒng)的控制模塊可以和齒輪齒條設(shè)計在一起或單獨設(shè)計，發(fā)動機部件的空間利用率極高。該系統(tǒng)省去了裝于發(fā)動機上皮帶輪和油泵，留出的空間可以用于安裝其它部件。許多消費者在買車時非常關(guān)心車輛的維護與保養(yǎng)問題。裝有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車沒有油泵，沒有軟管連接，可以減少許多憂慮。實際上，傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，液壓油泵和軟管的事故率占整個系統(tǒng)故障的53%，如軟管漏油和油泵漏油等。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、流量控制閥、儲油罐等部件，零件數(shù)目大大減少，減少了裝配的工作量，節(jié)省了裝配時間，提高了裝配效率。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自20世紀80年代中期初提出以來，作為今后汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，必將取代現(xiàn)有的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控制液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS，ElectricPowerSteering）已成為現(xiàn)代汽車的重要部件。為了提高系統(tǒng)的性能和可靠性，在產(chǎn)品開發(fā)過程中進行硬件在環(huán)仿真（HIL，Hardware-in-the-Loop）是必不可少的。本文將介紹汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真的設(shè)計與實現(xiàn)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由電機、減速器和傳感器等組成。其工作原理是，通過電機產(chǎn)生助力，減速器將動力傳遞給轉(zhuǎn)向器，從而幫助駕駛員完成轉(zhuǎn)向操作。與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)保、精確控制等優(yōu)點。硬件在環(huán)仿真是一種在計算機上模擬實際硬件系統(tǒng)的仿真方法。通過HIL仿真，可以在產(chǎn)品開發(fā)初期發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。對于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，HIL仿真可以模擬其工作狀態(tài)，對電機控制策略、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面進行評估。需要建立一個電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學模型。該模型應包括電機模型、減速器模型、傳感器模型等。這些模型可以通過MATLAB/Simulink等仿真軟件進行建立。硬件在環(huán)仿真平臺包括仿真計算機、接口硬件和實時操作系統(tǒng)。仿真計算機用于運行仿真模型；接口硬件用于將仿真模型與實際硬件連接起來；實時操作系統(tǒng)用于提供實時控制和數(shù)據(jù)處理。在硬件在環(huán)仿真中，需要設(shè)計一個控制器來控制電機。該控制器應基于控制理論進行設(shè)計，并可通過仿真