车辆工程技术
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车辆技术
段金萍
（长城汽车股份有限公司，河北 保定 071000）
摘 要：伴随汽车行业的日益发展，人们对转向功能的要求日益增高。EPS 系统油耗低、运作时间短，凭借可控的助力系统性能日益受到人们的关注。笔者探讨了EPS 系统的控制策略，根据常规PID、电机补偿机制、扭转力矩变化率等策略，并根据与样车的对比测试，得出该策略符合行业标准，顺应了汽车行业的发展大趋势。关键词：EPS 助力控制；测试研究分析；大趋势
0 引言
近年来，我国汽车需求量不断增加，汽车行业也正处于迅猛发展的态势，在需求量不断上升的同时，消
费者也对汽车的质量提出了更高的要求，驾车体验也逐渐要求汽车的能耗低，性价比高，性能强。最近一段时间，我国新能源汽车行业发展迅速，传统意义上的转向系统包括机械和液压都已无法满足现阶段消费者的需求。在如此背景之下，EPS 即电子助力转向系统应运而生。
1 电子助力转向系统（EPS）概述
所谓EPS，其实是英文Electric Power Steering 的缩写，即电子助力转向系统。汽车的发展历史上，转向系统从最初的机械到液压再到电控液压，最后来到了电子助力转向系统。相比于传统的动力转向系统，电子助力转向的特征优势体现于以下两个方面：
（1）油耗低，运作时间短。通常的液压助力转向系统，无论汽车是否在行进过程中出现转向，它都在运作，都会消耗发动机动力，然而电子助力转向系统则不会这样，它只会在转向时运作，非转向时不消耗动力。因此，可以有效降低汽车燃油消耗。汽车esp
（2）驾车时适应性强，助力大小可控。传统的液压助力转向系统，其所提供的转向助力无法随车速的变化而变化。换句话说，如果当驾驶员在高速公路上行进时，转向动力小，就会出现转向困难，车辆的整体稳定性不强，驾驶员也缺少安全感。
然而，在电子助力转向系统下，车辆的转向适应性更强，车辆低速时，转向助力较大，车辆高速时，转向助力小，更有利于驾驶员的把控，提升车辆稳定性。
2 EPS 系统控制策略
EPS 所要达到的目标就是符合汽车驾驶的速度变化，适应驾驶员的车速需求从而提供最合适的转向助力，低速转向实现轻巧，高速转向实现稳定，从而更好的使驾驶员拥有路感反馈。为实现以上目的，控制策略的研究必不可少。控制策略决定了不同速度下EPS 系统的直接控制效果。
（1）常规PID 控制策略。这种基本方式是通过EPS 系统中的ECU
即电控单元，收集车速快慢和转向盘的力矩大小，从而通过助力图1特性明确电流大小，与此同时，传感器在接收实际电流之后，将二者进行对比，之后再经过PID控制器得出电动机控制信号，从而最终实现ESP 系统的运作。一般情况而言，EPS 的基本助力曲线有折线、曲线和直线。本文探讨的是以曲线型。如图所示。 依上图所示，与直线型不同，电流即
助力与转向盘的转矩之间并非直线关系，
而是伴随着转向盘转矩的增加，电流缓慢提升，助力慢慢增加，这样就能保证驾驶员控制住车辆，很好的获得路感反馈。
（2）EPS 电机补偿控制。由于电机在运行过程中存在摩擦力和惯性，这就会对电机的输出力矩带来一定的数据误差。笔者认为电机补偿控制策略可以通过合理矫正基本电流，从车速快慢、电机转速和角度偏转入手，帮助解决EPS 系统中可能存在的问题。 在电机补偿机制中，主要包括以下三个方面：第一，增加阻尼补偿。
由于EPS 系统增设了减速结构和电机，使得系统的阻尼增加，汽车在转向后的回正过程中性能得到减弱，此时通过向电机赋予一定的阻尼补偿，就可以有效提升回正性能；第二，增加惯量补偿机制。这里所指的惯量，并非指电机本身，事实上，只有将惯量分配到每个细微的齿轮上，才会发现，每个齿轮轴的惯量值在整体转动的情况下被扩大了很多倍。如此而言，当转动惯量数值扩大时，驾驶员在高
速行驶过程中，车辆的回正性能就会受到影响，汽车的稳定性也会受到影响；第三，增加摩擦补偿。当汽车行进过程中发生转向，转向过程中会产生动摩擦，通过补偿摩擦所导致的转矩的损失，可以有效地实现汽车行进的稳定性。
（3）扭转力矩变化率补充控制策略。由于汽车在行进过程中，车速不固定，车速与方向盘的把握无法匹配，那么通过将车速、转向盘的扭转力矩变化综合起来，形成实时的变化率的体现，可以为电机电流提供一定的矫正作用，帮助实现驾驶员的路感以及驾驶的稳定性。
3 EPS 控制策略对比测试研究
为了检测笔者所提出的控制策略是否有效，是否能达到行业标准，是否能够满足低速、高速行车时的转向便利需求，笔者将采取整体策略的车A 与未施加任何策略的车B 进行整体对比，主要从以下几个方面进行对比测试：
（1）车辆低速行驶转向对比。笔者通过实验发现，在设定车速为30km/h 时，A 车的方向盘转动作用功为60.8J，而B 车则为89J，与此同时A 车的转向盘最大操舵功仅为40.7J，而B 车则达到了54.7J。从数据上不难发现，在采取了整体策略之后，车辆处于低速运行时，采取了整体控制策略的A 车在转向上更加轻巧便捷。
（2）车辆不足转向梯度。笔者通过实验发现，在设定车速为70km/h，分别对A、B 辆车的前后轴倾角以及车辆的侧向加速度进行测算，得出，A 车的左右转的不足转向梯度平均值为2.5，而B 车则达到了4.2。因此，依据数据表明，在转向上，A 车要比B 车更加平稳。 （3）车辆对比测试结论。通过以上对采取整体控制策略的A 车和对照组B 车的对比测试，笔者认为可以得出明显的结论，即采取整体控制策略的A 车，在低速、高速时的转向都具有明显优势，都足以达到现阶段汽车行业标准。
4 结束语
本文笔者通过分析ESP 系统的优势特点，针对性的提出了优化
ESP 系统的相关整体控制策略，并通过实验进行验证。通过测试表明，自制控制策略能够符合转向性轻便型的要求，并达到国内的行业标准，具有实践意义。参考文献：
[1]徐二勇.电动助力转向系统试验台开发及助力特性试验研究[D].重庆理工大学,2018.
[2]潘国栋.汽车电动助力转向控制策略研究[D].辽宁工业大学,2018.[3]刘运峰，朱东博.EPS 助力控制策略和测试研究分析[C].河南省科学技术协会.第十四届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集.河南省科学技术协会：河南省汽车工程学会,2017:212-215.
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