許棟鵬

摘 要：對于汽車的整體性能影響最大的就是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它對汽車的穩(wěn)定性和安全性都有著至關(guān)重要的作用。對此就需要我們能夠?qū)D(zhuǎn)向系統(tǒng)進行系統(tǒng)分析，進而找到相應的措施進行建模優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng);性能分析;優(yōu)化設(shè)計

對于電動汽車來說，其電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是對其構(gòu)成以及原理進行分析，并參照數(shù)據(jù)進行模型的構(gòu)建，并且在此基礎(chǔ)上對其系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、相關(guān)參數(shù)等等進行分析，找出可能受到影響的因素，進行對此來對此進行優(yōu)化，讓其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和整體的安全性能有大幅度的提高。

1 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述

總的來看，如今電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)越來越受人們的歡迎，它不同于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。整體性能上都要比液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加高，比如：轉(zhuǎn)向特性;節(jié)能;環(huán)保;穩(wěn)定性以及安全性等等。并且它還在其基礎(chǔ)上采用了助力電動機和減速結(jié)構(gòu)，能讓整體的轉(zhuǎn)向性能有了很大的提升。如今，助力電機的很多參數(shù)都對其汽車的性能都有一定的影響，需要我們能夠根據(jù)實際情況對其進行分析研究，以轉(zhuǎn)動慣量、轉(zhuǎn)向機構(gòu)等參數(shù)進行多重考慮，進而讓整體的系統(tǒng)能夠有更好的依據(jù)進行系統(tǒng)的優(yōu)化。在模型的建立過程中，通常用的是Matlab模型、simulink模型等等進行聯(lián)合構(gòu)建，這樣能夠更加有針對性的進行相關(guān)轉(zhuǎn)動性能的影響分析。

2 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模

2.1 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和工作原理

在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中有很多種助力方式，比如：轉(zhuǎn)向軸助力式、齒條助力式、小齒輪助力式等等。而轉(zhuǎn)向軸助力式最為常見，該系統(tǒng)在組成上也比較經(jīng)典，主要有轉(zhuǎn)向盤、傳感器、減速機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器等等，其中傳感器里包括車速傳感器和扭矩傳感器。在轉(zhuǎn)向過程中，需要轉(zhuǎn)矩傳感器能夠在信號的推動下傳送到電子控制單元上，利用控制系統(tǒng)對其助力電機進行力矩的輸出，這樣再與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器結(jié)合在一起最終實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

2.2 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模

在建模過程中，通常要對其系統(tǒng)進行一定的計算分析，這樣才能保證整體的模塊能夠更加精準。獨立模塊一般都是分成了若干個，利用之間的關(guān)系進行有機的連接。而模塊在進行分類時，主要是分成三個，即電機模塊、控制器模塊、機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模塊。這幾個模塊的數(shù)學模型的建立就需要利用上述的幾種方法來進行，進而得出較好的動力學方程。

2.3 MATLAB與Carsim聯(lián)合仿真模型

模型的建立不僅僅需要大量的數(shù)據(jù)支持，還需要我們能夠利用好當前的構(gòu)建模型的方法進行仿真模型的建立。它能夠讓整體的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型變得更加生動形象化，方便大家能夠更好的進行系統(tǒng)的替換。利用Matlab/Simulink模型和CarSim整車模型進行一定的有效結(jié)合，能夠讓整個系統(tǒng)在此過程中更好的進行替換，所接收的信號都可以為聯(lián)合仿真模型提供有效的依據(jù)，進而為其操作實施做好準備。

3 汽車性能分析

3.1 電機轉(zhuǎn)動慣量的影響

在電機轉(zhuǎn)動慣量方面，通常是在兩方面進行分析的，即時域響應和頻域響應。它們結(jié)合當前其減速機構(gòu)等因素和汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各項性能進行對比，進而對其汽車運動狀態(tài)參數(shù)進行總結(jié)，確定其質(zhì)心側(cè)偏角、前輪轉(zhuǎn)角等等。其具體參數(shù)直接反應了汽車的穩(wěn)定性和安全性，進而對側(cè)偏以及側(cè)滑強度分析確定其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏性。進而對其確保其因素結(jié)果分析出對其轉(zhuǎn)向運動的影響。最后，在進行仿真模型構(gòu)建時，其仿真結(jié)果也可以得出一定的結(jié)論。當電機轉(zhuǎn)動慣量增大的時候，橫擺角速度以及對應的超調(diào)量都會在一定程度上增大，進而其穩(wěn)定性也會因此受到影響，相對變差。側(cè)偏情況相對會好一點，轉(zhuǎn)向靈敏性也會因為其震蕩和相應延遲慢慢變差。

3.2 減速機構(gòu)減速比對汽車性能的影響

在減速機構(gòu)方面，助力電機和轉(zhuǎn)向軸就是通過減速機構(gòu)連接到一起的，減速比在一定程度上決定了助力力矩的大小，并且是成正比的。盡管它使轉(zhuǎn)向變得輕便，但是對汽車其他性能來說卻有了一定的影響。我們需要采集多組減速比進行系統(tǒng)分析，進行將這些數(shù)據(jù)進行一定的對比，進而得出相應的響應曲線，得出其汽車狀態(tài)受減速機構(gòu)減速比的影響情況。根據(jù)仿真模型情況來看，減速機構(gòu)減速比變大的話，就會使橫擺角速度隨之提前，相應也因此加快，最終影響其轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。與此同時，質(zhì)心偏向角也因此導致側(cè)偏情況嚴重，在一定程度上使其危險性大大增加。因此，為了讓汽車的相應情況能有所改變，就需要對其相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)進行一定的優(yōu)化，進而使汽車的整體性能有大幅度提升。

4 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)上述內(nèi)容分析我們可以知道，要想讓電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠提供更好的安全性和穩(wěn)定性，就需要能夠根據(jù)其相關(guān)因素的影響來進行優(yōu)化。優(yōu)化過程通常是在約束以及優(yōu)化函數(shù)上進行優(yōu)化，一般利用開環(huán)方差均方根來實現(xiàn)。

4.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性

根據(jù)實際數(shù)據(jù)分析我們可以得出對應的特征方程，這樣方程中就隱含了我們所需的系統(tǒng)穩(wěn)定所需要的條件。它在一定程度上為我們之后的系統(tǒng)優(yōu)化提供了極大地便利。

4.2 系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

要想讓系統(tǒng)參數(shù)能夠得以優(yōu)化，就需要我們相關(guān)的技術(shù)人員能夠利用合適的評價方法來對汽車相應的好壞進行全面的分析，目前我們使用的是開環(huán)方差評價。它是由郭孔輝提出的，它所說的就是在階躍輸入狀態(tài)下，對其響應瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)進行詳細的分析。并且也能夠根據(jù)這些內(nèi)容產(chǎn)生一定的影響。要想讓汽車穩(wěn)定性能有所提高，就需要其評價的開環(huán)方差足夠低。得出的開環(huán)方差需要進行系統(tǒng)分析，對其均方根值進行一定的計算，讓電機轉(zhuǎn)動慣量為基礎(chǔ)，在確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性的前提下，進行電力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化。主要利用遺傳算法來進行，這樣能夠讓最終得出的數(shù)據(jù)更加精確，讓整體的優(yōu)化達到最佳。因此，我們可以得知，優(yōu)化的系統(tǒng)與之前相比很多參數(shù)都發(fā)生了一定的變化，比如：橫擺角速度在不同車速下對其汽車運動的影響大大降低，其開均方差數(shù)也隨之減小。

5 結(jié)束語

總的來說，它們在一定程度上都意味著汽車的整體性能在大大提高，對其減速機構(gòu)減速比、電機轉(zhuǎn)動慣量等等都有很大程度的提高。因此，對其電動汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化十分重要。

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