混合动力车用电动转向系统设计(附件)
毕业设计说明书（论）中文毕业设计说明书（论）中文汽车产业从诞生到现在，一直都是个快速更替发展的产业。从开始的汽车到现在的混合动力汽车甚至全电动汽车，汽车的功能越来越强大。汽车转向系统作为人与汽车之间直接接触的汽车部件，它的操控性能的好坏直接影响驾驶员的舒适性。电动助力转向系统作为新一代的转向系统，已成为目前的研究热点。本文不仅讲了电动助力转向系统的原理，还对电动助力转向系统的主要部件进行了计算和选型。随后通过Simulink对设计的电动助力转向系统进行仿真，对比了不同助力控制工况对系统助力特性的影响，通过所设计的控制器对助力电流的跟踪能力验证了相关设计的合理性。关键词 电动助力转向系统，计算机仿真，助力特性曲线，控制策略
目 录
1 绪论 1
1.1 汽车转向系统概述 1
1.2 电动助力转向系统特点 1
1.3 EPS分类 2
1.4 电动助力转向系统的发展状况 2
1.5 研究的目的和意义 3
1.6 本文主要研究的内容 4
2 电动助力转向系统动力学模型的建立 4
2.1 混合动力汽车的特有构造 4
2.2 电动助力转向系统的结构 4
2.3 机械转向机构数学模型 5
2.4 助力电机模型 7
2.5 转向系统主要参数计算 8
2.6 助力电机参数的计算和选择 10
3 EPS的控制策略的研究 11
3.1 助力特性曲线研究 11
3.2 助力特性曲线的设计 13
3.3 有关变量的模糊化 14
3.4 制定控制器的规则 15
3.5 模糊控制器的验证 17
3.6 助力电机的控制方法 18
4 电动助力转向系统仿真建模和分析 19
4.1 Matlab/Simulink介绍 19
4.2 机械转向模块建模 19
4.3 助力电动机模块的建立 21
4.4 助力电流模块设计 21
4.5 助力电流跟踪模块设计 22 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
4.6 电流跟踪控制器分析 24
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
1 绪论
1.1 汽车转向系统概述
自汽车诞生以来，随着汽车业的推陈出新，车辆在不同情况下不同的转向稳定性和糟糕的转向体验是肯定要被淘汰的。目前人们将转向系统进行了四代进化。最初的纯机械转向单纯要靠人力来使车辆调转方向，人往往要用尽全身力气才能转向，而且转向延迟巨大，往往造成事故。后来人们在原有的基础上增加了液压，这使得转向变得方便了许多，但是灵敏度不太够。然后又在上一代液压助力转向的基础上增加了电子控制，这样助力和灵敏度都有了，因此它也是目前主流的转向系统。现在因为电子集成化的发展，出现了电动助力转向系统，它直接抛弃了液压零件，转而运用电动机作为助力源，它反应迅速且体积小有着很多优点，所以电动助力转向系统（EPS）已经在汽车中越来越普遍。
混合动力汽车相对纯电动汽车低廉的售价和相比普通汽车省油的特性，现已成为目前主流的新能源汽车。因为有两套不同的驱动系统和节能环保的要求，所以对汽车的重量和汽车各个零部件的体积都有着严格的限制，因此傻大笨粗的液压助力转向系统是绝对不可能装在混合动力汽车上的。电动助力转向系统依靠其特有的优点能够很明显的提高车辆的动静态性能，使得驾驶员能够更方便舒适地驾驶汽车，并且减少化石燃料的消耗，可以说是混合动力汽车的标配。
1.2 电动助力转向系统特点
目前汽车是向更节能、安全和环保的方向发展的。随着电子技术的进步，使得电子元器件的价格不断降低，这也使得电动助力转向系统应用地越来越普遍。而且它相比于其它转向系统更节能，更易于控制且更好操控。对比上一代转向系统，它主要具有以下特点：
（1）EPS系统能在各种工况下提供最佳的助力，无论高速、低速转向时都能为驾驶员提供较好的路感，减少外部干扰对转向系统的扰动。同时它还可以通过转向辅助曲线的调整，来为驾驶员量身定制自己独有的转向特性。
（2）EPS系统更经济环保。不同于液压助力转向系统，它只在转向时电动机才工作而且不存在渗油问题。这能够减少环境污染提高经济效率，降低系统维护成本,更杜绝了有毒液压油对环境的危害。
（3）EPS零件较少、质量轻巧，它取消了上代液压助力转向系统上体积庞大且过重的皮带、油泵、液压软管等组件，因此减少了安装的空间，降低了噪声。同时它简单紧凑的结构利于布置和生产装配，有利于大批量快速生产。
（4）EPS可以极大地减少开发成本。厂家可以通过改变系统的控制策略来适应不同的模车型，不需要改变系统结构，使得开发时间和资金大大减少，提高了经效益。
（5）EPS不存在液压油，所以即使在温度很低的条件下也不必担心它是否工作。
1.3 EPS分类
电动机所在的位置很大程度上决定了EPS系统的其它参数和性能[1]，现在一般有三种EPS形式，按照图1.1顺序a、b、c分别为转向助力式EPS、齿轮助力式EPS和齿条助力式EPS。
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图1.1 EPS的分类
图a为转向柱式EPS系统，它的电动机被安装在转向柱上，电动机的输出口连接减速机构，然后通过减速机构连接转向轴，通过转向轴的运动来实现转向，因为是间接驱动，所以只能驱动体型较小的汽车。
图b为齿轮助力式EPS系统，其中助力电动机输出口连接减速机构，然后通过减速机构连接小齿轮，小齿轮转动带动转向横拉杆左右运动，以此实现车轮偏转然后转向。因为电动机在最底下，所以噪音传不上来。相比转向柱式它的助力较大，所以一般在重量较重的汽车上使用。
目 录
1 绪论 1
1.1 汽车转向系统概述 1
1.2 电动助力转向系统特点 1
1.3 EPS分类 2
1.4 电动助力转向系统的发展状况 2
1.5 研究的目的和意义 3
1.6 本文主要研究的内容 4
2 电动助力转向系统动力学模型的建立 4
2.1 混合动力汽车的特有构造 4
2.2 电动助力转向系统的结构 4
2.3 机械转向机构数学模型 5
2.4 助力电机模型 7
2.5 转向系统主要参数计算 8
2.6 助力电机参数的计算和选择 10
3 EPS的控制策略的研究 11
3.1 助力特性曲线研究 11
3.2 助力特性曲线的设计 13
3.3 有关变量的模糊化 14
3.4 制定控制器的规则 15
3.5 模糊控制器的验证 17
3.6 助力电机的控制方法 18
4 电动助力转向系统仿真建模和分析 19
4.1 Matlab/Simulink介绍 19
4.2 机械转向模块建模 19
4.3 助力电动机模块的建立 21
4.4 助力电流模块设计 21
4.5 助力电流跟踪模块设计 22 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
4.6 电流跟踪控制器分析 24
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
1 绪论
1.1 汽车转向系统概述
自汽车诞生以来，随着汽车业的推陈出新，车辆在不同情况下不同的转向稳定性和糟糕的转向体验是肯定要被淘汰的。目前人们将转向系统进行了四代进化。最初的纯机械转向单纯要靠人力来使车辆调转方向，人往往要用尽全身力气才能转向，而且转向延迟巨大，往往造成事故。后来人们在原有的基础上增加了液压，这使得转向变得方便了许多，但是灵敏度不太够。然后又在上一代液压助力转向的基础上增加了电子控制，这样助力和灵敏度都有了，因此它也是目前主流的转向系统。现在因为电子集成化的发展，出现了电动助力转向系统，它直接抛弃了液压零件，转而运用电动机作为助力源，它反应迅速且体积小有着很多优点，所以电动助力转向系统（EPS）已经在汽车中越来越普遍。
混合动力汽车相对纯电动汽车低廉的售价和相比普通汽车省油的特性，现已成为目前主流的新能源汽车。因为有两套不同的驱动系统和节能环保的要求，所以对汽车的重量和汽车各个零部件的体积都有着严格的限制，因此傻大笨粗的液压助力转向系统是绝对不可能装在混合动力汽车上的。电动助力转向系统依靠其特有的优点能够很明显的提高车辆的动静态性能，使得驾驶员能够更方便舒适地驾驶汽车，并且减少化石燃料的消耗，可以说是混合动力汽车的标配。
1.2 电动助力转向系统特点
目前汽车是向更节能、安全和环保的方向发展的。随着电子技术的进步，使得电子元器件的价格不断降低，这也使得电动助力转向系统应用地越来越普遍。而且它相比于其它转向系统更节能，更易于控制且更好操控。对比上一代转向系统，它主要具有以下特点：
（1）EPS系统能在各种工况下提供最佳的助力，无论高速、低速转向时都能为驾驶员提供较好的路感，减少外部干扰对转向系统的扰动。同时它还可以通过转向辅助曲线的调整，来为驾驶员量身定制自己独有的转向特性。
（2）EPS系统更经济环保。不同于液压助力转向系统，它只在转向时电动机才工作而且不存在渗油问题。这能够减少环境污染提高经济效率，降低系统维护成本,更杜绝了有毒液压油对环境的危害。
（3）EPS零件较少、质量轻巧，它取消了上代液压助力转向系统上体积庞大且过重的皮带、油泵、液压软管等组件，因此减少了安装的空间，降低了噪声。同时它简单紧凑的结构利于布置和生产装配，有利于大批量快速生产。
（4）EPS可以极大地减少开发成本。厂家可以通过改变系统的控制策略来适应不同的模车型，不需要改变系统结构，使得开发时间和资金大大减少，提高了经效益。
（5）EPS不存在液压油，所以即使在温度很低的条件下也不必担心它是否工作。
1.3 EPS分类
电动机所在的位置很大程度上决定了EPS系统的其它参数和性能[1]，现在一般有三种EPS形式，按照图1.1顺序a、b、c分别为转向助力式EPS、齿轮助力式EPS和齿条助力式EPS。
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图1.1 EPS的分类
图a为转向柱式EPS系统，它的电动机被安装在转向柱上，电动机的输出口连接减速机构，然后通过减速机构连接转向轴，通过转向轴的运动来实现转向，因为是间接驱动，所以只能驱动体型较小的汽车。
图b为齿轮助力式EPS系统，其中助力电动机输出口连接减速机构，然后通过减速机构连接小齿轮，小齿轮转动带动转向横拉杆左右运动，以此实现车轮偏转然后转向。因为电动机在最底下，所以噪音传不上来。相比转向柱式它的助力较大，所以一般在重量较重的汽车上使用。
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