用于調(diào)整和驗證電動助力轉(zhuǎn)向控制方法的試驗臺的開發(fā)

摘要——在這項研究中，一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺通過對EPS機制、方向盤角度傳感器、車速表和力反饋設(shè)備進行整合而開發(fā)出來。反饋力可以根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)動角度和車輛速度瞬時計算出來，并通過安裝在臺架兩端作為反饋信號的兩個壓力傳感器來控制。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，力反饋裝置可以仿真來自臺架的反作用力。此外，由于EPS電機信號與扭矩傳感器與數(shù)據(jù)記錄儀相連，此試驗臺也能進行EPS性能測試實驗，例如助力扭矩特性試驗和回正特性試驗。因此，基于此研究的試驗臺能在開發(fā)階段給工程師提供更加快速和安全的優(yōu)化EPS控制策略的方法。

1. 引言
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)向輸入來旋轉(zhuǎn)前輪使其按照期望的方向轉(zhuǎn)向。當(dāng)前輪被驅(qū)動時，使車輪趨于返回初始位置的扶正力矩就會產(chǎn)生。盡管這個扶正力矩提供了操縱穩(wěn)定性，但駕駛員必須要提供足夠大的轉(zhuǎn)矩克服此力矩來操縱車輛。大型車輛需要這個相當(dāng)大的掌舵力。所以，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在現(xiàn)代車輛中流行起來。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種直接由電動電機提供協(xié)助力的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點，尤其是在發(fā)動機效率、空間效率和環(huán)境相容性。一套電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有以下兩大功能：第一，它能減小掌舵轉(zhuǎn)矩并提供不同的轉(zhuǎn)向感覺；第二，當(dāng)車輪被驅(qū)動時，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能提高中心回歸性能。這些功能通過助力電機的電動控制來實現(xiàn)。在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制系統(tǒng)的開發(fā)中，有助于在試驗臺環(huán)境下測試和調(diào)整控制算法。這種試驗臺測試能有效的縮短車輛測試的時間，而且在試驗臺上尋找控制方法的失效處會更安全。這個試驗臺的主要功能是模擬司機轉(zhuǎn)動方向盤時的經(jīng)驗扶正力矩。這個扶正力矩來自于輪胎與地面的作用力。這三個力（垂直力、側(cè)向力、縱向力）當(dāng)中的一個作用于輪胎接觸面的中間時會有一個杠桿作用進而產(chǎn)生力矩。垂直力產(chǎn)生的力矩是由于中心傾角和中心后傾角的偏移造成的。側(cè)向力力矩的力杠桿形成了機械鏈（來自于腳輪角）和氣動鏈（來自于輪胎的塑性）。由于側(cè)向力隨著車輛速度提高而增加，扶正力矩隨著速度的變化而改變。當(dāng)左右負荷不同時，縱向力也會作用于扶正力矩。一般的，試驗臺用彈簧來加載轉(zhuǎn)向負荷。這個負荷不能根據(jù)車輛速度的變化來自動調(diào)整。所以，考察電動助力轉(zhuǎn)向的基本控制算法是很難得?；诖嗽?，可以在這種試驗臺上進行的測試是有限的。本研究的目的是開發(fā)一種具有在轉(zhuǎn)向齒條處提供控制反應(yīng)力的力反饋裝置的硬件閉環(huán)轉(zhuǎn)向試驗臺。這有益于研發(fā)試驗臺測試的更高精確度和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向算法的更快的反饋。