摘 要

如今，随着集成电路应用越来越广泛，电子技术逐渐渗透到了汽车业，而电动助力转向系统（EPS）作为依赖于电控技术的一个研究热点，受到了各大高校和汽车企业的关注。本论文以E7Plus——一款七座电动公交车的转向轴式电动助力转向系统为研究对象，深入进行理论的分析，进而对该车的电动助力转向系统进行建模仿真。

主要内容如下：本文首先介绍了电动助力转向系统的工作原理及特点，接着根据所选的E7Plus车型的相关参数，建立相应的数学模型，最后利用数学模型对电动助力转向系统构建基于Simulink的仿真模型，对电动助力转向系统进行仿真分析。

本毕业论文初步完成电动助力转向系统的匹配设计和基本控制参数的标定，为今后控制器的开发、台架试验和实车试验打下基础。

关键词：电动助力转向系统 建模 仿真

Abstract

Recently，with more and more widely use of integrated circuits，electronic technology is gradually penetrated into the auto industry. As a hot research which relies on electronic control technology , electric power steering system (EPS) has been concerned by the major universities and auto companies. In this paper, we take the steering shaft electric power steering system of the E7Plus—a seven seats electric bus steering for the study, conducted in-depth analysis of the theory, and then to the car's electric power steering system modeling and simulation.

The main contents are as following: Firstly, the working principle and characteristics of EPS was introduced; Secondly, the mathematical model was built according to the parameters of E7Plus. Finally, the simulation analysis was carried out on EPS system by EPS system simulation model via Simulink software package.

The matching design and the calibration of basic control parameters for EPS system was completed basically in this paper, which lays the foundation for the development of controller, the bench test and real vehicle test in the future.

Key Words：Electric Power Steering System Modeling Simulation

目录

摘 要 I

Abstract（英文摘要） II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 目的和意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 课题研究内容 2

1.5 预期目标 2

第二章 电动助力转向系统的总体构成 3

2.1 电动助力转向系统的概述 3

2.2 电动助力转向系统的分类 3

第三章 电动助力转向系统的组成部件 5

3.1 电动机 5

3.1.1 电动机的功能 5

3.1.2 电动助力转向系统对电动机的要求 5

3.1.3 电动机的参数计算与选型 5

3.1.4 助力电机布置位置 7

3.1.5 减速器减速比的确定 7

3.2 电磁离合器 7

3.3 扭矩传感器 7

3.3.1 扭矩传感器的功能 7

3.3.2 扭矩传感器的分类 7

3.4 减速机构 8

3.4.1 减速机构的功用 8

3.4.2 减速机构的选取 8

3.5 电子控制单元（ECU） 8

3.5.1 ECU的功用 8

3.5.2 ECU的结构 8

3.5.3 ECU的选型 9

3.6 转向器 9

3.6.1 转向器的设计 9

3.6.2 转向器的设计需求 9

3.6.3齿轮齿条转向器四种布置形式 10

3.7 齿轮齿条的设计计算 11

3.7.1 汽车参数选择 12

3.7.2 转向器角传动比的计算 12

3.7.3 转向器计算载荷的确定 13

3.7.4 转向轴和齿条的计算 13

3.7.5 转向器传动受力分析 17

3.7.6 齿轮轴强度校核 17

3.8 齿轮齿条转向器的其他主要元件 20

第四章 EPS助力特性和控制策略的初步研究 22

4.1 助力特性的分析 22

4.2 电动助力转向系统建模方法 22

4.2.1 机械转向系模型和电动机模型的建立 22

4.2.2 驾驶员模型的建立 24

4.2.3 控制器模型的建立 25

结论 26

参考文献 27

致谢 28

1. 绪论

1.1课题研究背景

自世界第一辆汽车研制成功以来，汽车工业飞速发展。人们感受到了汽车给生活带来的便捷，自从1970年以来，全球汽车的数量几乎每十五年就翻一番。汽车从最开始运用蒸汽产生动力，到现在用发动机提供动能，车速也大幅度提高，而未来，汽车将会采用更为清洁的发电机提供动能，而电动汽车抓住了技术的前沿，为汽车业未来的发展提供了很好的领导作用。汽车转向系统作为汽车的最重要组成部分之一，其性能的好坏直接影响汽车各项性能。汽车转向的好坏影响了汽车的安全性、操纵稳定性，而传统的机械转向系统在高速时转向给人沉重感，随着如今集成电路的发展，电子技术已经深入到各个行业，汽车业也不例外，而为了使转向轻便，减轻驾驶员的疲劳程度，汽车转向系统开始发展助力装置，而汽车转向系统从机械式转向、液压动力转向、电动液压助力转向、已发展到如今利用现代控制技术和电子技术的电动助力转向系统^[1]。

汽车转向系统可分为机械式和动力转向两大类。机械式转向系统所有的传递力的元件都是机械的，这样会耗费大量的人力，驾驶员很容易产生疲劳，而且在高速转向需要较大的转向力矩时，驾驶员会感到转向困难。由于汽车动力转向系统的转向能源来自人力和发动机动力，实际上大部分的转向力矩都来自于发动机，这样很大程度上减轻了驾驶员的体力，也会减少疲劳驾驶造成的安全隐患。并且即使助力装置发生故障，驾驶员仍然可以利用人力机械转向，使汽车继续实施驾驶员的转向操作^[2]。