关于电动汽车动力转向建模优化设计

许栋鹏

摘 要：对于汽车的整体性能影响最大的就是电动助力转向系统，它对汽车的稳定性和安全性都有着至关重要的作用。对此就需要我们能够对转向系统进行系统分析，进而找到相应的措施进行建模优化。

关键词：电动助力转向系统;性能分析;优化设计

对于电动汽车来说，其电动助力转向系统主要是对其构成以及原理进行分析，并参照数据进行模型的构建，并且在此基础上对其系统的传递函数、相关参数等等进行分析，找出可能受到影响的因素，进行对此来对此进行优化，让其系统的稳定性和整体的安全性能有大幅度的提高。

1 电动助力转向系统概述

总的来看，如今电动助力转向系统越来越受人们的欢迎，它不同于液压助力转向系统。整体性能上都要比液压助力转向系统更加高，比如：转向特性;节能;环保;稳定性以及安全性等等。并且它还在其基础上采用了助力电动机和减速结构，能让整体的转向性能有了很大的提升。如今，助力电机的很多参数都对其汽车的性能都有一定的影响，需要我们能够根据实际情况对其进行分析研究，以转动惯量、转向机構等参数进行多重考虑，进而让整体的系统能够有更好的依据进行系统的优化。在模型的建立过程中，通常用的是Matlab模型、simulink模型等等进行联合构建，这样能够更加有针对性的进行相关转动性能的影响分析。

2 电动助力转向系统的建模

2.1 电动助力转向系统的组成和工作原理

在电动助力转向系统中有很多种助力方式，比如：转向轴助力式、齿条助力式、小齿轮助力式等等。而转向轴助力式最为常见，该系统在组成上也比较经典，主要有转向盘、传感器、减速机构、转向器等等，其中传感器里包括车速传感器和扭矩传感器。在转向过程中，需要转矩传感器能够在信号的推动下传送到电子控制单元上，利用控制系统对其助力电机进行力矩的输出，这样再与齿轮齿条转向器结合在一起最终实现转向。

2.2 电动助力转向系统的建模

在建模过程中，通常要对其系统进行一定的计算分析，这样才能保证整体的模块能够更加精准。独立模块一般都是分成了若干个，利用之间的关系进行有机的连接。而模块在进行分类时，主要是分成三个，即电机模块、控制器模块、机械转向系统模块。这几个模块的数学模型的建立就需要利用上述的几种方法来进行，进而得出较好的动力学方程。

2.3 MATLAB与Carsim联合仿真模型

模型的建立不仅仅需要大量的数据支持，还需要我们能够利用好当前的构建模型的方法进行仿真模型的建立。它能够让整体的电动助力转向系统模型变得更加生动形象化，方便大家能够更好的进行系统的替换。利用Matlab/Simulink模型和CarSim整车模型进行一定的有效结合，能够让整个系统在此过程中更好的进行替换，所接收的信号都可以为联合仿真模型提供有效的依据，进而为其操作实施做好准备。

3 汽车性能分析

3.1 电机转动惯量的影响

在电机转动惯量方面，通常是在两方面进行分析的，即时域响应和频域响应。它们结合当前其减速机构等因素和汽车转向系统的各项性能进行对比，进而对其汽车运动状态参数进行总结，确定其质心侧偏角、前轮转角等等。其具体参数直接反应了汽车的稳定性和安全性，进而对侧偏以及侧滑强度分析确定其转向系统的灵敏性。进而对其确保其因素结果分析出对其转向运动的影响。最后，在进行仿真模型构建时，其仿真结果也可以得出一定的结论。当电机转动惯量增大的时候，横摆角速度以及对应的超调量都会在一定程度上增大，进而其稳定性也会因此受到影响，相对变差。侧偏情况相对会好一点，转向灵敏性也会因为其震荡和相应延迟慢慢变差。

3.2 减速机构减速比对汽车性能的影响

在减速机构方面，助力电机和转向轴就是通过减速机构连接到一起的，减速比在一定程度上决定了助力力矩的大小，并且是成正比的。尽管它使转向变得轻便，但是对汽车其他性能来说却有了一定的影响。我们需要采集多组减速比进行系统分析，进行将这些数据进行一定的对比，进而得出相应的响应曲线，得出其汽车状态受减速机构减速比的影响情况。根据仿真模型情况来看，减速机构减速比变大的话，就会使横摆角速度随之提前，相应也因此加快，最终影响其转向稳定性。与此同时，质心偏向角也因此导致侧偏情况严重，在一定程度上使其危险性大大增加。因此，为了让汽车的相应情况能有所改变，就需要对其相关数据参数进行一定的优化，进而使汽车的整体性能有大幅度提升。

4 电动助力转向系统的参数优化

根据上述内容分析我们可以知道，要想让电动助力转向系统能够提供更好的安全性和稳定性，就需要能够根据其相关因素的影响来进行优化。优化过程通常是在约束以及优化函数上进行优化，一般利用开环方差均方根来实现。

4.1 系统稳定性

根据实际数据分析我们可以得出对应的特征方程，这样方程中就隐含了我们所需的系统稳定所需要的条件。它在一定程度上为我们之后的系统优化提供了极大地便利。

4.2 系统参数优化

要想让系统参数能够得以优化，就需要我们相关的技术人员能够利用合适的评价方法来对汽车相应的好坏进行全面的分析，目前我们使用的是开环方差评价。它是由郭孔辉提出的，它所说的就是在阶跃输入状态下，对其响应瞬态和稳态进行详细的分析。并且也能够根据这些内容产生一定的影响。要想让汽车稳定性能有所提高，就需要其评价的开环方差足够低。得出的开环方差需要进行系统分析，对其均方根值进行一定的计算，让电机转动惯量为基础，在确保系统稳定性和安全性的前提下，进行电力助力转向系统参数的优化。主要利用遗传算法来进行，这样能够让最终得出的数据更加精确，让整体的优化达到最佳。因此，我们可以得知，优化的系统与之前相比很多参数都发生了一定的变化，比如：横摆角速度在不同车速下对其汽车运动的影响大大降低，其开均方差数也随之减小。

5 结束语

总的来说，它们在一定程度上都意味着汽车的整体性能在大大提高，对其减速机构减速比、电机转动惯量等等都有很大程度的提高。因此，对其电动汽车动力转向系统的优化十分重要。

参考文献：

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