EPS的助力特性分析

EPS的助力特性分析

电动助力转向系统（EPS）相比液压助力能够更好地兼顾低速工况下转向轻便性和高速工况下路感反馈及回正性能，同时由于取消了液压管路和液压阀，使得燃油消耗有所减少。EPS根据转向盘力矩和车速这两个输入参数计算出电机电流，从而给转向系统施加助力力矩，输出与输入的关系统称为助力特性曲线。本文旨在为助力特性曲线的确定提供合理性依据并验证其最优性。

分析EPS的作用力矩，并将系统的惯量、阻尼等效至转向盘处，而对于占主导地位的轮胎与地面间摩擦力矩采用Dahl模型进行描述，摩擦力矩是与转向盘转角位移和相对角速度相关的函数，与角速度幅值大小无关。为设计助力幅值，假想驾驶员对负荷力矩的神经肌肉反应符合Stevens幂级数，并通过最小二乘法分别辨识位置目标控制（转向盘转角）和力矩目标控制（转向盘力矩）下的参数幂级数n，分析得到位置目标控制下随着转角增大，“肌肉感觉”变化比率较小。

动力学的优化标准是能量功率最小化，而运动学优化标准为“肌肉抽搐”发生概率最小化。本研究认为电机控制目标是为使手部运动尽可能平滑，符合运动学优化标准。为得到最优的转角运动轨迹，定义成本指数并使该值最小，将动态非线性有约束的优化问题简化为静态非线性模型，优化参数。

对研究内容进行了仿真分析，分别选择幂级数n在1、0.9和0.5时助力力矩与转向盘力矩的关系曲线。稳态工况下助力特性曲线呈指数增长，并且n越小曲线变化越明显；瞬态工况下忽略转向系统惯量和阻尼力矩的滞后效果，当n＜1时，表征肌肉刺激增长率的Stevens系数符合位置目标控制的假设。

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

编译：张为荣