第27卷 第2期河北理工学院学报Vol127 No12 2005年5月Journa l of Hebe i I n stitute of Technology May.2005
文章编号:1007-2829(2005)02-0129-04
于建成，宋振环
(大连理工大学动力系，辽宁大连160024)
关键词：电动伺服机构；助力转向；策略
摘 要：电动助力控制是电动助力转向的基本控制策略，并决定电动助力的特性。EPS的控
制系统主要由控制器、传感器及信号处理电路、助力电机及驱动电路等组成，讨论了电动助
力控制的一般过程、电动机目标电流的控制策略等问题。台架实验表明，提出的控制策略是
有效的。
中图分类号:U463144 文献标识码:A
0 引言
当前，电子技术已成为未来汽车产品在竞争中能否掌握主动权的关键，今后汽车产业的技术竞争实质上就是电子技术的竞争，且随着电子技术的飞速发展，数字电路及大规模集成电路技术的广泛运用，微处理器的速度不断提高使得将汽车控制集成化成为可能，集成控制系统已在现代汽车上得到广泛应用。汽车电动助力转向(Electric Power Steering，简称EPS)是将最新的电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，从而能显著改善汽车动态性能和静态性能，提高安全性和舒适性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的新技术，因此，电动助力转向已经成为汽车动力转向系统的发展趋势[1]。
1 EPS控制系统结构
本文介绍的电动助力转向系统由控制器ECU、转向盘转矩传感器、车速传感器、电流传感器、助力电机及减速机构、机械式转向器、蓄电池等组成[2]。其结构框架如图1所示。
图1 EPS系统结构图
2 目标电流的控制策略
211 助力控制过程[3]
控制器根据转向盘转矩传感器输出Ts、车速传感器的输出V s，由助力特性确定电动机的目标电流I m,山东电动汽车
收稿日期:2004209212
作者简介：于建成(19712)，男，山东潍坊人，大连理工大学动力系硕士生。
然后电流控制器控制电动机的电流I，使电动机输出目标助力矩Tt 。因此,EPS 的控制要解决两个问题,
一是确定电动机的目标电流，二是跟踪目标电流。212 目标电流的确定
电动机的目标电流是根据助力特性曲线确定的[4]
,EPS 的助力特性曲线属于车速感应型，在同一转向盘力矩输入下，电动机的目标电流随车速的增加而降低，电流越大则助力越大，能较好地兼顾轻便性和路感的要求。本系统选用计算和改动最为简便的线性助力特性，横坐标为驾驶员操纵转向盘转矩Ts，纵坐标用电机目标电流I m 表示电机助力目标转矩Tt 。
从图2中可以看出，当驾驶员施加在转向盘上的转矩在死区范围内，即转向盘位于中间位置附近时，电机助力转矩为0，当转向盘转矩越过死区，电机根据转向盘偏离方向线性地施加助力转矩。车速越高，助力转矩与转向盘转矩之间的增益越小，以此保证应该系统在低车速时发挥较大的助力转向作用，在高车速时明显减小助力转向效果
，从而使驾驶员在转向时获得较好的路感。
图2 不同车速下电机助力特性
213 电动机电流的P I D 控制
P I D 控制器是最早发展的控制策略之一
[5]
。本系统采用增量式数字P I D 控制器来进行电动机电流的控
制
，如图3所示。
图3 不同车速下电机助力特性
如图4所示为电动机电流增量式数字P I D 控制过程
其控制算法如下[5]
。
△u (k )=A e (k )-B e (k -1)+Ce (k -2)u (k )=u (k -1)+△u (k )e (k )=Ic m d (k )-I (k )
A =Kp (1+
T T 1+Tv Y )B =Kp (1+2Td T
)C =Kp
Td T
式中,k 为采用序号,k =0,1,2,…,△u (K )为第k 次有采样时刻的电动机电枢电压增量,e (k )为第k 次采样时刻电动机实际电流与目标电流的偏差值。
031河 北 理 工 学 院 学 报 第27卷
3 实验结果分析
转向灵敏性试验(结果见表1、图4、5
)
表1 阶跃输入下时域响应的试验结果
项目
无助力
有助力
方向盘最大转矩(N 1m )21711150方向盘稳定转矩(N 1m )
21261128反应时间(s )
017
014
转向轻便性实验(结果见表2，图6、7)
表2 转向轻便性试验试验结果
项目
无助力
有助力
左转
右转
左转
右转
转向盘最大扭矩N 1m 2162218321142118转向盘最大作用力N 1218131510141016转向盘平均作用功N 1m 25137271352016221102转向盘平均转矩N 1m 2115212611651168转向盘平均用力N
11126
11137
7195
71
97
图6 无助力状态转向盘转角—转向盘力矩关系曲线
1
31 第2期 于建成，等：基于P I D 控制策略的汽车电动助力转向系统
图7 有助力状态转向盘转角—转向盘力矩关系曲线
4 试验结论
通过图4、5中方向盘操舵力对转向载荷的阶跃变化的响应试验可知，转向的反应时间有所减少，提高了转向的灵敏性；同时，通过图7、8中双纽曲线试验，说明EPS 能明显改善转向的轻便性，试验结果
可以看出加助力后方向盘转知幅值明显缩小，说明EPS 在提高汽车低速行驶转向时的轻便性方面有显著作用。参考文献:
[1] 林逸，施国标，邹常丰，等1汽车电动助力转向助力控制策略的研究[J ]1汽车技术,2003(3):82101[2] 黄李琴，季学武，陈奎元，等1汽车电动助力转向控制系统的初步研究[J ]1汽车技术,2003(6):3251[3] 陶永华1新型P I D 控制及其应用[M ]1北京：机械工业出版社,20011
[4] 吴际障1当代汽车电控系统构造原理与检修[M ]1北京：人民交通出版社,2002(5)1
[5] KurisningMetal .A Ne w EPS Contr ol Strategy t o I m p r ove Steering W heel Retunablity .S AE paper 2000201208151
The Study Ba sed on P I D Con trol Stra tegy of the Autom oti ve Electr i c Power Steer i n g System
Y U J ian 2cheng,S ONG Zhen 2huan
(Dalian University of Technol ogy,Dalian L iaoning 160024,China )
Key words: electric serv o mechanis m;power steering;strategy
Abstract: Configurati on Power contr ol is the basic contr ol strategy of the electric power steering and deter m ines characteristics of the electric power steering .The EPS contr ol syste m consists of the contr oller,sens ors and the signal p r ocessing circuits,the electric mot or and its driving circuit,etc .I n this paper,the general p r ocess of the eelectric power steering contr ol,the decisi on -making method of the objective electric current of the electric mot or and con 2tr ol strategy of the electric current of the electric mot or,etc are discussed mainly .It is shown by bench tests that the contr ol strategy is valid .
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