李耀華，馮乾隆，張洋森，南友飛，歐鵬飛

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，西安 710064）

前言

助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響汽車的行駛安全性和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。助力特性曲線的設(shè)計是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（electric power steering，EPS）研究的核心環(huán)節(jié)。良好的助力特性曲線可以使汽車低速行駛時具有較好轉(zhuǎn)向輕便性，高速行駛時駕駛員獲得較清晰的路感［1］。不同于乘用車，商用車載荷變化較大，不同車質(zhì)量下所需的轉(zhuǎn)向力矩也變化較大。因此，商用車EPS系統(tǒng)應(yīng)在大載荷變化條件下，使商用車始終具有良好的轉(zhuǎn)向輕便性，并具有清晰的路感反饋。文獻(xiàn)［2］中結(jié)合駕駛員對路感的要求，設(shè)計出特征車速下的直線型助力特性曲線，并采用大功率電機(jī)將EPS應(yīng)用于電動商用車上，使汽車具有較好的操縱穩(wěn)定性。文獻(xiàn)［3］和文獻(xiàn)［4］中提出了一種動態(tài)修正助力特性曲線的方法，解決了轉(zhuǎn)向力矩突變時助力系統(tǒng)輸出助力矩的振動問題，并可以使駕駛員獲得較理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩。文獻(xiàn)［5］中量化分析了車速與助力的關(guān)系，并對提出的曲線型助力特性曲線進(jìn)行了優(yōu)化。但上述對助力特性曲線的研究并未將車質(zhì)量考慮在內(nèi)。而汽車載荷不同，轉(zhuǎn)向阻力矩也會發(fā)生變化，從而影響EPS系統(tǒng)的助力效果和駕駛員對路感的判斷。

本文中將車質(zhì)量作為助力特性參考因素之一，對某商用車不同車質(zhì)量下的助力特性進(jìn)行研究，得到了商用車全車質(zhì)量EPS系統(tǒng)助力特性，提出了一種全車質(zhì)量助力特性的商用車EPS系統(tǒng)，并通過聯(lián)合仿真對比了采用全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)和單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)及無EPS系統(tǒng)商用車的轉(zhuǎn)向性能。仿真結(jié)果表明：全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)使商用車在具備良好轉(zhuǎn)向輕便性的前提下，改善了操縱穩(wěn)定性，有效減小了車質(zhì)量變化對轉(zhuǎn)向性能的影響，從而使駕駛員在車質(zhì)量變化條件下獲得更清晰的路感。

1 全車質(zhì)量EPS系統(tǒng)助力特性設(shè)計

式中：Ta為助力系統(tǒng)提供的助力矩；Tz為反饋到轉(zhuǎn)向盤處轉(zhuǎn)向阻力矩；Td為駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩。

忽略轉(zhuǎn)向慣性力的影響，汽車轉(zhuǎn)向阻力矩主要由路面與轉(zhuǎn)向輪之間的作用力和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的摩擦力組成，其中路面與轉(zhuǎn)向輪之間的作用力包括路面摩擦阻力矩、輪胎自回正力矩、側(cè)向力回正力矩和重力回正力矩等［6］。車質(zhì)量是重力回正力矩的主要影響因素。不同載荷下，汽車轉(zhuǎn)向阻力矩也變化較大?；赥ruckSim軟件，本文中建立了某商用車多體動力學(xué)模型，其整車部分參數(shù)如表1所示。

表1 某商用車整車部分參數(shù)

在無助力情況下，保持車速為60 km／h，勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤至側(cè)向加速度達(dá)到0.3g，并保持轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角不變。此時，不同車質(zhì)量下的轉(zhuǎn)向阻力矩如圖1所示。

汽車轉(zhuǎn)向時，助力系統(tǒng)提供的助力矩為

圖1 60 km／h車速，不同車質(zhì)量下的轉(zhuǎn)向阻力矩

由圖1可知，商用車車質(zhì)量的增加將引起轉(zhuǎn)向阻力矩的大幅增加。為了確保轉(zhuǎn)向輕便性，傳統(tǒng)EPS系統(tǒng)常以最大車質(zhì)量來設(shè)計助力特性。這種設(shè)計可以確保車輛滿載時的轉(zhuǎn)向輕便性。但當(dāng)車輛空載或輕載時，車質(zhì)量的大幅減小會使轉(zhuǎn)向阻力矩也大幅減小。此時，依據(jù)滿載時阻力矩所設(shè)計的EPS助力特性就會產(chǎn)生過多的助力，從而影響駕駛員對路感的判斷。因此，對于載荷變化較大的商用車，車質(zhì)量是轉(zhuǎn)向助力特性設(shè)計重要的參考因素。

由式（1）可知，要正確獲得載荷變化下助力系統(tǒng)助力特性曲線，須確定汽車不同行駛工況和不同車質(zhì)量下轉(zhuǎn)向盤阻力矩和駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩等參數(shù)。

1.1 轉(zhuǎn)向盤阻力矩確定

在TruckSim環(huán)境內(nèi)設(shè)置車質(zhì)量為12，13，14，15和16 t，并對不同車質(zhì)量的商用車在不同車速下做轉(zhuǎn)向阻力矩試驗。在 20，30，40，50，60，70和 80 km／h的恒定車速下，勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，直至側(cè)向加速度穩(wěn)定至0.3g，并固定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，取此時轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩作為最大轉(zhuǎn)向阻力矩［7］。試驗時，忽略載荷變化對汽車質(zhì)心高度和位置的影響。

當(dāng)汽車原地轉(zhuǎn)向時，由式（2）經(jīng)驗公式可得車速為零時的最大轉(zhuǎn)向阻力矩T［8］rmax。

式中：f為輪胎與路面之間的摩擦因數(shù)，一般取0.7；G為汽車前軸載荷；p為輪胎氣壓，取0.7 MPa；i為轉(zhuǎn)向器傳動比；η為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞效率，取0.8。

由此可得不同車質(zhì)量和不同車速下的轉(zhuǎn)向盤最大阻力矩，如表2所示。由表2可知，車速越大，轉(zhuǎn)向盤最大阻力矩越??；車質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)向盤最大阻力矩越大。

表2 不同車質(zhì)量和不同車速下轉(zhuǎn)向盤最大阻力矩

1.2 駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩確定

駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩是指不同車速下駕駛員所偏好的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩，其能確保汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速行駛時較清晰的路感反饋。文獻(xiàn)［9］中通過駕駛模擬器得到了我國乘用車駕駛員在不同車速和側(cè)向加速度下的理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩。文獻(xiàn)［9］中試驗采用直徑為40 cm的乘用車轉(zhuǎn)向盤，而商用車的轉(zhuǎn)向盤直徑一般為50 cm。因此，將側(cè)向加速度為0.3g時的乘用車駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩乘以系數(shù)1.25作為商用車駕駛員的理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩。對于原地轉(zhuǎn)向，本文中選取2 N·m作為商用車駕駛員的理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩。由此可得隨車速變化的駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩，如表3所示。通過曲線擬合，可得側(cè)向加速度為0.3g下全車速范圍內(nèi)的商用車駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩曲線，如圖2所示。

表3 側(cè)向加速度為0.3g時不同車速下駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩

1.3 全車質(zhì)量助力特性曲線

由式（1）可知，轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)提供的最大助力矩為轉(zhuǎn)向盤最大阻力矩與該工況下駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的差值。由表2和表3可得不同特征車質(zhì)量和不同特征車速下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)須提供的最大助力矩。通過曲線擬合，可得全車質(zhì)量和全車速范圍內(nèi)，商用車EPS系統(tǒng)的最大助力矩，如圖3所示。

圖2 商用車不同車速下駕駛員理想轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩

圖3 全車質(zhì)量和全車速范圍內(nèi)EPS系統(tǒng)提供的最大助力矩

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC／T480—1999對車輛轉(zhuǎn)向輕便性的規(guī)定，總質(zhì)量大于15 t的商用車，駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的最大切向力不能超過220 N，平均切向力不能超過 140 N［10］。對于本文中轉(zhuǎn)向盤直徑0.5 m的商用車，即平均轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩不能超過35 N·m。為保證助力電機(jī)正常工作，本文中設(shè)定當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩Td大于25 N·m時，助力電機(jī)輸出對應(yīng)車速下的最大助力矩，且助力矩不再隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的增加而增加。為避免轉(zhuǎn)向過于靈敏，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩Td小于2 N·m時，助力電機(jī)不提供助力［11］。

理想助力特性曲線應(yīng)隨駕駛員輸入轉(zhuǎn)矩增大而快速增大。本文中采用二次曲線型助力特性曲線，其助力特性曲線形式如圖4所示。

當(dāng)汽車在某車速下轉(zhuǎn)向時，根據(jù)車質(zhì)量和車速信號得到對應(yīng)條件下助力系統(tǒng)所須提供的最大助力矩Tmax，并根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩Td的取值范圍，參考本文中提出的二次曲線型助力特性曲線，由式（3）可得EPS系統(tǒng)應(yīng)提供的實際助力矩Ta。

圖4 二次曲線型助力特性曲線

1.4 全車質(zhì)量EPS系統(tǒng)控制策略設(shè)計

基于全車質(zhì)量EPS系統(tǒng)助力矩的確定，本文中給出全車質(zhì)量EPS系統(tǒng)控制策略，其控制流程如圖5所示。

（1）位于車橋上的傳感器通過檢測車橋的彈性變形計算得出汽車的簧載質(zhì)量，與固定的簧下質(zhì)量相加，從而計算得到整車質(zhì)量，并發(fā)送給ECU。

（2）ECU根據(jù)接收到的實時車速和車質(zhì)量信號，從圖3所示的車質(zhì)量、車速與最大助力矩關(guān)系中獲得對應(yīng)的最大助力矩。

（3）ECU基于轉(zhuǎn)向盤實時轉(zhuǎn)矩信號和式（3）所示的助力特性函數(shù)，計算得到助力系統(tǒng)需提供的實際助力矩。

（4）基于助力電機(jī)電流與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，將助力矩信號轉(zhuǎn)換為助力電機(jī)的目標(biāo)電流信號。

（5）通過PID控制器控制助力電機(jī)輸出相應(yīng)的助力矩，從而完成助力轉(zhuǎn)向工作。

在整車質(zhì)量測量時，會出現(xiàn)由于傳感器故障等引起簧載質(zhì)量檢測產(chǎn)生較大偏差，使助力系統(tǒng)不能提供理想助力矩?？紤]到以上問題，當(dāng)位于轉(zhuǎn)向盤處的轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩大于設(shè)定的最大轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩25 N·m，且持續(xù)時間大于閾值3 s時，則認(rèn)為整車質(zhì)量測量出現(xiàn)較大的偏差。為了保證轉(zhuǎn)向輕便性，此時將控制策略中整車質(zhì)量調(diào)整為最大總質(zhì)量16 t，采用16 t單一特性助力特性曲線，使助力系統(tǒng)提供足夠大助力矩，保證轉(zhuǎn)向輕便性。

圖5 全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)控制策略

2 聯(lián)合仿真試驗

2.1 某商用車聯(lián)合仿真模型建立

為驗證全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)的有效性，本文中基于Simulink搭建了EPS系統(tǒng)助力控制模型，并與TruckSim搭建的商用車多體動力學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合仿真。聯(lián)合仿真模型如圖6所示。

圖6 聯(lián)合仿真模型

為與全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)進(jìn)行對比，本文中也給出了基于滿載16 t車質(zhì)量設(shè)計的單一車質(zhì)量助力特性曲線，如圖7所示［12］。

2.2 轉(zhuǎn)向輕便性試驗

圖7 16 t車質(zhì)量下單一車質(zhì)量助力特性曲線

根據(jù)GB／T 6323—2014，本文中采用雙紐線試驗進(jìn)行轉(zhuǎn)向輕便性測試［13］。設(shè)定車速為10 km／h，對12，14和16 t的商用車分別在全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)和無EPS系統(tǒng)的條件下進(jìn)行雙紐線試驗，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)角關(guān)系

由仿真結(jié)果可知，采用全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)的商用車進(jìn)行雙紐線試驗時，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩明顯減小，并且不同車質(zhì)量下的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線基本重合。由圖8可知，轉(zhuǎn)向盤最大轉(zhuǎn)矩為15 N·m，即施加在轉(zhuǎn)向盤上的最大切向力為60 N。根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC／T 480—1999，采用最大操舵力評分標(biāo)準(zhǔn)對轉(zhuǎn)向輕便性進(jìn)行打分，如式（4）所示，其中Fm60為轉(zhuǎn)向盤最大操舵力的下限值，F(xiàn)m100為轉(zhuǎn)向盤最大操舵力的上限值，F(xiàn)m為最大操舵力的試驗值。

計算可得轉(zhuǎn)向盤最大操舵力評價計分值NFm為118.2分。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，大于100分按100分計。因此，采用全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)的商用車具有良好的轉(zhuǎn)向輕便性，滿足轉(zhuǎn)向輕便性要求。

2.3 轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗

商用車質(zhì)量較大且質(zhì)心較高，易發(fā)生側(cè)翻事故。因此，商用車EPS系統(tǒng)設(shè)計時，須通過瞬態(tài)響應(yīng)試驗來測試汽車的轉(zhuǎn)向性能。本文中通過轉(zhuǎn)向盤角階躍試驗來驗證瞬態(tài)響應(yīng)特性。設(shè)定車速為60 km／h，對滿載16 t的商用車進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤角階躍試驗。當(dāng)穩(wěn)態(tài)側(cè)向加速度約為0.2g時，記錄得轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為71°。分別對采用單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)、全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)和無EPS系統(tǒng)的商用車在不同車質(zhì)量下快速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤至71°，進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤角階躍試驗。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果如圖9～圖11所示。

圖9 單一車質(zhì)量助力特性EPS和無EPS轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩對比

圖10 全車質(zhì)量助力特性EPS和無EPS轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩對比

由圖9和圖10可知，單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)和全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)都有效降低了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩，且明顯減小了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩波動，避免了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩較大變化引起的駕駛緊張感。采用單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)，車質(zhì)量越輕，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩也越小。而采用全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)，雖然車質(zhì)量發(fā)生變化，但轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩基本保持不變。由圖11可以看出，對于空載12 t車質(zhì)量的商用車，采用單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩明顯小于全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)。因此，單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)會使汽車具有更輕便的轉(zhuǎn)向性能，但也會在車質(zhì)量減小條件下，過多減小轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生“發(fā)飄”的感覺，不利于駕駛員獲得清晰路感。而在相同工況下，采用全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩不會因車質(zhì)量的變化產(chǎn)生較大的變化，使汽車在不同車質(zhì)量下轉(zhuǎn)向時，駕駛員都可以獲得更準(zhǔn)確的手感，從而更準(zhǔn)確把握汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)。

圖11 12 t車質(zhì)量兩種EPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩對比

圖12 橫擺角速度對比

階躍試驗下，采用單一車質(zhì)量助力特性和全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)的不同車質(zhì)量商用車的橫擺角速度波形如圖12所示。穩(wěn)態(tài)時，不同車質(zhì)量在2.5 s處的最大橫擺角速度如表4所示。由圖12和表4可知，由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度的影響，相同車質(zhì)量下，相較于單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)，全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)減小了橫擺角速度，并且車質(zhì)量越輕，減小幅度越大。

表4 不同車質(zhì)量下穩(wěn)態(tài)時最大橫擺角速度值

階躍試驗下，采用單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)和全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)的不同車質(zhì)量商用車的側(cè)向加速度波形如圖13所示。取穩(wěn)態(tài)后2.5 s處的不同車質(zhì)量最大側(cè)向加速度如表5所示。由圖13和表5可知，同樣由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)剛度的影響，相同車質(zhì)量下，相較于單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)，全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)減小了側(cè)向加速度，并且車質(zhì)量越輕，減小幅度越大。

圖13 側(cè)向加速度對比

表5 不同車質(zhì)量下穩(wěn)態(tài)時最大側(cè)向加速度值

因此，相較于單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)，全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)減小了橫擺角速度和側(cè)向加速度，并且車質(zhì)量越輕，減小幅度越大，可以使汽車轉(zhuǎn)向時獲得更好的操縱穩(wěn)定性。

2.4 雙移線仿真試驗

根據(jù)ISO3888規(guī)定，本文中采用雙移線仿真試驗測試極限工況下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的隨動性和操縱輕便性［14］。設(shè)定試驗車速為50 km／h，分別對采用單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)、全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)和無EPS系統(tǒng)的12，14和16 t車質(zhì)量的商用車進(jìn)行雙移線仿真試驗，仿真結(jié)果如圖14和圖15所示。由圖14和圖15可知：單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)和全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)均有效減小轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩，改善了轉(zhuǎn)向輕便性。兩者的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩與無EPS的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩變化趨勢基本相同，具有較好的隨動性。與轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗仿真結(jié)果類似，采用單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向時，車質(zhì)量越輕，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩也越小，轉(zhuǎn)向也更輕便。但在相同車速下，因車質(zhì)量減小引起的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩變化會使駕駛員手感模糊，難以根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的大小明確汽車的行駛狀況。而采用全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)，車質(zhì)量變化時，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩基本保持不變，從而可以獲得更準(zhǔn)確的路感。

圖14 采用單一車質(zhì)量助力和無EPS助力轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩對比

2.5 中心轉(zhuǎn)向區(qū)路感分析

路感是駕駛員重要信息來源之一，可以使駕駛員獲得更直觀的行駛狀態(tài)。通常希望汽車在高速行駛時，駕駛員可以獲得較大的路感反饋，不至于有“發(fā)飄”的感覺。當(dāng)車速較高時，駕駛員轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角只在一個較小范圍的中心區(qū)內(nèi)變化。因此，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要使在這個中心區(qū)內(nèi)駕駛員可以獲得較清晰的路感［15］。

本文中采用小側(cè)向加速度范圍內(nèi)的力矩梯度來反映中心轉(zhuǎn)向區(qū)駕駛員路感情況。力矩梯度越大，駕駛員的路感越清晰。一般認(rèn)為，側(cè)向加速度為0時對應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤力矩梯度表示汽車直線行駛時的路感，0.1g側(cè)向加速度對應(yīng)的力矩梯度表示汽車離開直線行駛時的路感［16-17］。設(shè)定試驗車速為最高車速80 km／h，轉(zhuǎn)向盤輸入頻率為0.2 Hz的正弦轉(zhuǎn)向信號，保證汽車側(cè)向加速度峰值約為0.2g。采用全車質(zhì)量助力特性和單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)的12和14 t商用車仿真結(jié)果如圖16所示，其中0和±0.1g側(cè)向加速度對應(yīng)的力矩梯度如表6所示。

圖15 采用全車質(zhì)量助力和無EPS助力轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩對比

圖16 側(cè)向加速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩關(guān)系曲線

由表6可知，相同車質(zhì)量下，當(dāng)側(cè)向加速度為0和±0.1g時，全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩梯度均大于單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)。這表明全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)在直線行駛和離開直線行駛的工況中都明顯改善了駕駛員的路感。圖16表明，不同車質(zhì)量下，單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)在相同側(cè)向加速度下需要的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩差別較大，而采用全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)的側(cè)向加速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩曲線基本重合。因此，全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)可以減小車質(zhì)量對駕駛員路感的影響，使駕駛員可以更準(zhǔn)確地根據(jù)路感變化來判斷汽車的行駛狀態(tài)。

表6 0和±0.1g側(cè)向加速度力矩梯度N·m·（9.8 m·s-2）-1

3 結(jié)論

本文中針對商用車不同載質(zhì)量下轉(zhuǎn)向阻力矩變化較大的特點，提出了一種適用于全車質(zhì)量的助力特性EPS系統(tǒng)，設(shè)計了其助力特性和控制策略，并通過TruckSim與Simulink聯(lián)合仿真，對比了全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)、單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)和無EPS系統(tǒng)的性能。結(jié)果表明：采用全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)的商用車具有良好的轉(zhuǎn)向輕便性，且與單一車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)相比，全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)改善了操縱穩(wěn)定性，有效減小了車質(zhì)量變化對轉(zhuǎn)向性能的影響，改善了駕駛員路感，從而使駕駛員在車質(zhì)量變化條件下也可獲得清晰的轉(zhuǎn)向路感。車質(zhì)量測量偏差會對助力特性確定產(chǎn)生影響。后續(xù)將研究考慮車質(zhì)量測量偏差對助力特性的影響及改善方案，以提高控制策略對車質(zhì)量測量偏差的適應(yīng)性。同時，將通過實車道路試驗，對兩種助力特性EPS系統(tǒng)進(jìn)行對比，結(jié)合道路試驗結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化全車質(zhì)量助力特性EPS系統(tǒng)。