三电机线控转向系统控制策略研究

陈晓阳

摘 要：线控技术主要包括线控转向技术，线控制动技术和线控油门。线控转向技术消除了一些机械连接机制，并使用电子控制技术、传感器检测技术、总线技术等来收集车辆状态信息并将其转换为电信号以进行分析和处理。同时，道路信息会反馈给驾驶员，以优化汽车，驾驶性能提高了安全性。线控转向车辆可以实现转向系统理想传动比的优化设计，并具有高度的电子集成度。将来，电动汽车，燃料电池汽车，混合动力汽车和低排放汽车将在四大“ EV”汽车上得到更广泛的使用。

关键词：三电机;线控转向系统;策略研究

本文对三电机线控转向系统的进行研究，根据车辆转向系统的基本功能要求，选择三电机转向系统的转向和减速器，并选择转向执行电机、助力电机和力感电机的参数和模型。在线控转向系统中，使用商业软件CarSim选择整个车辆模型，并与线控转向系统兼容性与合理性讨论安全性。

一、线控转向系统发展背景

在传统的机械转向中，驾驶员的转向操作通过操作诸如转向器的转向传动部件而传递到方向盘，并且角度和力的传递特性是固定的，并且车速、横向加速度和横摆率不同。其次，汽车的转向特性呈现出非线性，驾驶员必须不断操纵转向器进行调整。这会增加驾驶员的体力劳动和精神负担，从而影响驾驶员的转向稳定性和驾驶安全性以及在极端情况下（侧滑、转向不稳定等）失去对操纵稳定性的控制或在紧急情况下滥用会最终导致交通事故。随着汽车转向技术的发展，设计师在1940年代开发了液压动力转向系统（HPS）。借助于汽车的机油泵产生的液压，可以帮助驾驶员实现车辆的转向并减轻驾驶员的负担。随着液压助力转向技术的成熟和系统安全性的提高，已被主要的汽车公司广泛使用。

二、线控转向系统的发展趋势

在汽车转向系统的开发中，我们经历了第一个传统的机械转向系统，后来经历了液压动力转向系统和电子控制的液压转向动力系统，现在已经在汽车中使用。这是最成熟的技术。业内最广泛使用的电动助力转向系统的发展趋势是车辆安全性、舒适性、轻量化驾驶、电子控制的先进集成、节能和环保。在在线转向系统的设计和研究中，其发展的限制因素主要是在线转向系统的安全性和经济性。随着电子工业的飞速发展，在线转向系统中使用的电气元件和控制器电子芯片制造技术越来越成熟，传感器设备的灵敏度越来越高，线转向更加安全。随着电机系统可靠性、工艺水平和产量的提高，线控系统的应用经济也在逐步发展。通常，线控转向系统将在电动汽车、无人驾驶汽车、辅助汽车等领域得到更广泛的应用，这将使驾驶员的操作更加轻松，转向更加安全，并且车辆的电子设备的控制集成化更好。

三、线控转向系统控制策略研究

（一）力感控制策略

线控转向系统可以根据驾驶员的理想目标设置转向系统的传动比，在转向过程中精確控制方向盘角度，并通过伺服系统进行力感仿真。在国外的相关研究中，变传动比设计策略是法国Maximieuen Azzalwi等人提出的，具有变传动比设计的第一级模糊控制器使用方向盘角度和纵向车速作为输入值，并使用变传动比作为输出值。二级分层模糊控制器使用总传动比，纵向加速度和横向加速度作为输入值，传动比变化曲线的斜率和车辆工况作为输出，车身的动态参数作为控制器。将被纠正通过验证正常工作条件下的实际车辆实验，变速比设计具有出色的实验效果。然而，在极端条件下应用的相关控制策略和算法需要进一步研究。某大学建立了方向盘返回力矩算法模型，并通过驾驶员的主观评估方法确定了模型参数，例如方向盘角度、纵向速度和横摆率。通过方向盘转角，车速和反馈，某大学提出了一种针对方向盘转角，轮回力矩和纵向车速之间关系的算法，以感力模拟提出了系统实现的控制策略。

（二）双电机控制策略

限制线控转向系统发展的重要因素是转向过程中系统的安全性是否符合标准。在系统中，转向驱动电机是转向的动力源，如果电机发生故障，则会构成重大的安全隐患。因此，将动力辅助电机添加到在线转向系统的结构中，并且如果单个电机发生故障，则双电机结构可以避免系统故障。另外，双电动机系统可以根据需求设计合理的双电动机转矩分配策略，改善转向响应并实现目标功能。

四、三电机线控转向系统结构选型分析

（一）减速器选型

在本文考虑的三电机线控转向系统中，由于安装的电机功率和空间大小的限制，电机的输出功率很小，减速器必须起到降低电机转速和增加输入转矩的作用。由于不是这种情况，因此本文采用相反的方法，蜗轮蜗杆减速机构被广泛应用于电动助力转向车辆中，效率低、空间小、传动大。具有相同参数的相同型号的蜗轮减速器用于转向驱动电机、助力电机和力感电机。图表2.1显示了减速器的选择。

（二）转向器分类及选型

1.循环球式转向器

循环球转向器的结构主要由壳体、螺钉、螺母和一些小钢球等组成。在工作条件下，将一个小钢球放置在螺母和螺钉之间的螺旋槽中，以驱动螺母和螺钉。在辅助工作期间，滑动摩擦转化为滚动摩擦，可以将传动效率提高到80%，这也是循环球式转向器的主要优点。另外，采用循环球式转向器提高了转向稳定性和转向稳定性，并提高了传动效率并减少了辅助设备对的磨损，从而延长了转向器的使用寿命。循环球式转向器可用于调节齿条和齿轮风扇的啮合，提高车辆在复杂道路条件下的安全性，主要用于吉普和SUV车型。

2.蜗杆滚轮式转向器

由于循环球在转向器中的广泛使用，齿轮齿条式转向器逐渐发展，蜗轮蜗杆式转向器逐渐停止使用。在中国制造的车辆中，蜗杆滚轮转向仅由最初生产的解放品牌车辆采用，但在随后的产品中，采用了循环球转向。蜗轮式转向器在结构上主要由蜗杆和滚轮组成，主要优点是结构简单、工作可靠、寿命长、制造容易。然而同时具有诸如低的正效率，难以调节间隙和恒定的传动比的缺点。

结语

综上所述，线控系统可以实现转向系统传动比的个性化设计。由于集成了先进的智能和电子控制，与EPS电动助力转向和EHPS电子控制相比，车辆转向系统的空间布局合理紧凑。在汽车工业的未来发展中，电动助力转向和电子控制液压助力转向系统将逐渐取代它们。

参考文献

[1]赵含雪，李芳，吴艳，廖承林.线控转向系统路感模拟与主动回正控制[J].电工电能新技术，2020，39（04）：64-72.

[2]王忠栋.汽车线控转向系统及关键技术研究[J].时代汽车，2019（18）：122-123.