Internal Combustion Engine&Parts 0引言
汽车转向系统是与汽车安全行驶密切相关的操纵系统，其发展历来受到汽车行业的极大关注；而随着电力电子、控制等相关领域科学技术的快速发展，现代汽车正不断朝电动化和智能化的方向发展，汽车电控化程度不断提高，为线控转向系统的问世提供了技术条件。因此线控转向也应运而生，现已经成为汽车转向系统的发展方向[1]。
与传统的转向系统相比，线控转向取消了转向盘到转向车轮之间的机械连接，驾驶员的转向信息以电信号的形式传递给电控单元，电控单元再以电信号形式向转向电机发出控制指令，从而实现转向控制，同时路感电机也将接受电控单元的控制指令，给驾驶员提供转向路感[2]。
目前路感模拟方法主要分为以下三种：动力学计算法、经验参数拟合法和转向系统动力学建模法。王宁[3]等人通过采用动力学计算法，设计了直接测量转向电机电流来获取转向过程中转向电机所产生的电机力矩的路感模拟算法。罗石[4]等人通过转向盘转角和车速计算出驾驶员手上受回馈力的方法来获得路感。郑宏宇[5]等人采用卡尔曼滤波技术对汽车转向系统齿条受力进行估计，引入电动助力转向系统的助力特性，设计复制电动助力转向系统路感的线控转向系统路感模拟方法，得到较清晰的路感。苏延霞[6]等人分析前后轮侧偏刚度、轮胎拖距、主销后倾角以及整车参数等参数对路感产生的作用，计算得到由它们产生的转向反馈力矩，从而为驾驶员提供良好的路感。魏波[7]等人利用稀土型永磁直流电机输出的
扭矩与输入的电流具有良好线性度的特点设计电机控制板电路，通过控制输入路感电机的电流控制输出扭矩来模拟路感。但永磁直流电机力学特性不易控制。谭光兴[8]等人采用变传动比设计，针对线控转向系统是时变非线性系统，无法获得准确的数学动力学模型的问题，将生物体免疫原理与模糊制结合，设计模糊免疫PID控制器对路感电机进行调节控制，模拟产生路感。
1线控转向系统模型建立
1.1方向盘子系统动力学系统建模
线控转向系统的路感模拟主要通过方向盘总成模块实现。方向盘子系统包括方向盘、管柱、扭杆、蜗轮蜗杆减速器和路感
反馈电机。
1.1.1方向盘到扭杆的动力学方程：
（1）
式中J sw为方向盘转动惯量，δsw为方向盘转角，B sw为
管柱阻尼，f sw为管柱摩擦扭矩，T sw为方向盘扭矩，K T为扭
杆扭转刚度，δcol为扭杆下端转角。
1.1.2
电机经过减速器到扭杆的动力学方程：
（2）
式中J cmot为路感反馈电机转动惯量，δcmot为路感反馈
电机转角，B cmot为路感反馈电机阻尼，f cmot为路感反馈电机
摩擦力矩，G1为蜗轮蜗杆减速器传动比，T cmot为路感反馈
电机输出扭矩。
方向盘转角到路感
反馈电机转角关系可近似看成：
（3）
综合式（1）、（2）和（
3）可以得到综合动力学方程：
（4）
1.2齿轮齿条子系统建模
齿轮齿条子系统主要由转向执行电机、蜗轮蜗杆减速
器、齿轮齿条传动系统
组成。
1.2.1齿条直线动力学方程：
（5）
式中M r为齿条质量，x r为齿条位移，B r为齿条运动阻
尼系数，f r为齿条运动阻力，T p为小齿轮输出转矩，r为小
齿轮半径，F b为
齿条力。
1.2.2齿条电动助力电机动力学方程：
（6）
式中J pmot为转向电机惯量，δpmot为转向电机角度，B pmot
为转向电机运动阻尼，f pmot为转向电机阻尼，T pmot为转向电
机输出扭矩，T p1为小齿轮输入扭矩，G2为齿条电动助力系
统蜗轮蜗杆减速比。
1.2.3小齿轮运动动力学方程为（忽略阻尼和摩擦线控转向系统路感模拟控制研究
陈应鹏①；刘贺②
（①重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆400074；②清华大学车辆与运载学院，北京100084）
摘要：在线控转向（Steering By Wire，简称SBW）系统中，方向盘与转向器之间的机械连接被取缔，驾驶员无法直接获得转向路感，为了使驾驶员获得合适的路感信息，需要对路感进行设计。文章通过分析路感的因素，首先建立了SBW系统模型，运用Carsim仿真拟合得到三个不同速度下的模拟路感。结果表明，在三个速度下均能获得良好的模拟路感。
关键词：线控转向；路感；模拟路感
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作者简介：陈应鹏（1993-），男，重庆人，硕士研究生，主要从事汽
车系统动力学与控制的研究。
力矩）
：
（7）
综合式（5）、（6）和（7），同时认为
：
（8）
2SBW 系统路感设计
路感，即汽车行驶过程中驾驶员感受到的来自转向盘上的力矩。在转向过程中，只有准确地掌握汽车的行驶状况才能有把握地操纵汽车[9]，因此良好的路感不仅可以改善驾驶员的转向舒适性，还可以反映汽车当前的行驶状况。路感组成主要包含四个部分，基于车速和齿条力的主要力矩、基于方向盘转速的阻尼力矩、摩擦力矩和惯量力矩。本文在路感设计时，主要考虑了主要力矩、摩擦力矩、阻尼力矩。
3Carsim 仿真
本次路感设计主要针对乘用车，选取的车辆参数如表1所示。
通过Carsim 仿真得到各行驶速度下的路感曲线。将仿真结果通过MATLAB 拟合得到不同速度下的路感函数，经过分析二次多项式拟合的结果符合路感趋势，这里分别对转向过程和回正过程进行函数拟合，利用Cftool 工具箱得到不同速度的拟合公式，同时把对应的拟合函数烧写入控制器，比较不同速度下的路感。
3.1车速为20km/h 的模拟路感①转向过程拟合公式：
（9）
②回正过程的拟合公式：（10）
最终得到的模拟路感如图1所示。3.2车速为50km/h 的模拟路感①转向过程拟合公式：（11）②回正过程的拟合公
式：
（12）
最终得到的模拟路感如图2所示。
表1车辆相关参数
描述
数值簧载质量
/kg 管柱转动惯量
/（kg ·m 2）
轴距/（mm ）
管柱阻尼系数/（Nm ·s/deg ）管柱摩擦力矩/（Nm ）主销后倾角/（deg ）主销偏置/（mm ）齿条阻尼系数/（N ·s/mm ）齿条摩擦阻力/（N ）主销内倾角/（deg ）
1270
0.0229100.0020.23.075.54.525013.5
图120km/h 行驶速度下的模拟路感
图250km/h 行驶速度下的模拟路感
图3100km/h 行驶速度下的模拟路感
Internal Combustion Engine&Parts
3.3车速为100km/h的模拟路感
①转向过程拟合公式：
（13）②回正过程的拟合公式：
（14）最终得到的模拟路感如图3所示。
4结语
文章对路感进行了设计分析，由于手打方向盘存在波动，图1-图3是多次转动的累积图，从上述三个图可知，实际电流能够很好地跟踪目标电流，同时由图可以看出路感模拟结果还存在一定的偏差，原因可能是路感软件架构、参数识别、摩擦补偿、阻尼补偿等处理不够完善。
参考文献:
[1]公伟强.线控转向系统控制策略及路感模拟[D].西安：长安大学，2013.
[2]陈俐，李雄，程小宣，等.汽车线控转向系统研究进展综述[J].汽车技术，2018（4）：23-34.
[3]王宁，石晶，李刚，等.汽车线控转向系统路感模拟仿真研究[J].农业装备与车辆工程，2015，53（11）：7-11.
[4]罗石，商高高，苏清祖，等.线控转向系统转向盘力回馈控制模型的研究[J].汽车工程，2006，28（10）：914-917. [5]郑宏宇，宗长富，王祥.汽车线控转向系统路感模拟方法[J].农业机械学报，2011，42（2）：18-22.
[6]苏延霞.线控转向中路感控制系统设计及算法分析[D].武汉：武汉理工大学，2013.
[7]魏波，徐颖.基于线控转向的路感仿真模拟应用[J].机械工程与自动化，2018（4）：6-8.
[8]谭光兴，李珊，简文国，等.线控转向系统路感模拟控制研究[J].计算机测量与控制，2014，22（4）：1069-1072.
[9]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2010：176-182.
0引言
发动机冷却系统包含许多的部件。节温器最初的时候是机械式的类型，经过专家不断的研究，研制出了电子式类型，对于电子式的类型，大体上有三种主要的类型。经过不断的试验进行研究，在水冷却
系统工作的时候，风扇工作的时间仅仅占据25%，在冬季的时候风扇工作的时间更短，占比为5%[1]。阅读文献[2]发现升高的发动机水温有利于降低油耗，在小负荷的条件下，85%水温升到105%时，相应的可以节省油耗大约为2%。从安全的角度进行分析，当下使用比较普遍的是电加热蜡式节温器，而此种电加热类型正式从机械类型发展而来。当下使用的电子节温器采用比较多的控制系统还是PID控制系统，对于电子节温器的控制方法通过先进方法实现的相关新闻非常稀少。在我们国家，对于这些方面的法律法规有许多，我国的排放要求以及油耗法规严格程度不断增加，分析发动机的灵敏控制以及经济、环保等多项因素，在保证尽可能小的污染情况下，一种合理的被大众普遍接受的电子节温器控制系统的选择显得十分关键[3-4]。根据系统的稳定性、响应速度等等因素进行分析k p，k i，k d的功效为[5]：
①比例系数可以代表系统响应速度的快慢，还能够使得对应系统调节精度得到改变。比例系数和响应速度以及调节精度之间存在正相关的数学关系，如果把握不好容易造成超调，还有可能造成系统不稳定的后果。在比例系数数值较小的情况下，响应速度以及调节精度的数值也会相应的变小，此种情况下，就需要更久的时间完成调节过程，对系统特性造成不利的影响。
②利用k i降低系统稳态误差。当积分作用系数增加的时候，系统静态误差的消除时间更短，不过若是此系数超过一定数值，响应一开始，就有积分饱和，造成超调。积分作用系数数值过小，更难消除系统静态误差，影响调节
汽车助力转向系统基于PID算法的内燃机电子节温器的控制研究Research on Control of Electronic Thermostat of Internal Combustion Engine Based on PID Algorithm
丁豪坚DING Hao-jian；杨春浩YANG Chun-hao;
任露REN Lu；张众杰ZHANG Zhong-jie；刘瑞林LIU Rui-lin
（①陆军军事交通学院，天津300161；②海军工程大学，武汉430033）
（①Army Military Transportation University，Tianjin300161，China；②Naval University of Engineering，Wuhan430033，China）摘要：旧式的内燃机水温控制系统在发动机水温调节的过程中，无法实现较为稳定快速的调节，面对此种问题，通过PID算法进行调节的电子节温器对于发动机工作的水温具有提升效果，并且对水温的变化实施控制，对风扇开启时间进行降低，具有发动机油耗低以及机身内部磨损低的优势。文章介绍了国内采用PID算法对电子节温器进行控制的典型方法，并提出总结和展望。
Abstract:The old-type internal combustion engine water temperature control system can not achieve relatively stable and rapid adjustment in the process of engine water temperature adjustment.In the face of this problem,the electronic thermostat adjusted by the PID algorithm can increase the water t
emperature of the engine working,control the change in water temperature,and reduce the fan on time, and it also has the advantage of low engine fuel consumption and low internal wear of the fuselage.This paper introduces the typical method of controlling the electronic thermostat by using PID algorithm in China,and puts forward the summary and prospect.
关键词：电子节温器；PID；发动机；水温
Key words:electronic thermostat；PID；engine；the water temperature