EPS控制原理学习

汽车转向系统-用于改变和保持汽车行驶方向的装置

机械转向（MS）：完全依靠驾驶员；

 结构简单，造价低廉-操作费力，稳定性精确性差

助力转向：

• 机械液压助力（HPS）-液压泵由发动机驱动

成本低，动力足-能耗高，后期维护困难（固定放大倍数）

• 电子液压助力转向（EHPS）-在HPS基础上加电控装置，相关车速

能耗低，反应灵敏-稳定性差，维护成本高

• 电动助力转向（EPS）

结构简单，占用空间小，能耗低，提升了安全性-辅助力度有限，成本高

EPS的优势：效率高；能耗少，回正性好，芦柑好，污染小，应用广；

EPS的系统构成：控制模块，转向器，点击，扭矩传感器，转向角传感器，速度传感器，转子转速传感器（测转角速率的，忘了叫什么了？）

EPS关键技术：

    转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电控根据转矩传感器检测到转矩电压信号，转动方向和车速信号，向电动机控制器发送指令，使电动机输出相应大小和方向的转向力矩，从而产生辅助动力，汽车不转向时电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作；

控制模块控制原理

控制单元采用了闭环反馈调剂，利用PID调节器，将电机的实际反馈电流反馈回来与来自单片机的目标电流比较，经过转换得到控制电机的斩波信号（斩波控制直流电机调速，就是将一个DC-DC的转变，调节的方式是Ton和Toff的大小，对比PWM应该是电压不便调占空比），该型号经过电机驱动电路进行转向；

系统控制算法=助力控制+阻尼控制+回正控制

助力控制：协助驾驶员转向，减轻转向力；

阻尼控制：在汽车高速行驶适当增加转向阻力，实现高速驾驶的稳重手感；

回正控制：协助汽车转向盘在转向后自动回正或者操作轻便回正；

 

控制的核心：通过采集扭矩或转角传感器信号以及汽车行驶的速度信号，判断实时助力控制内容，依据相应的助力控制算法确定助力电机电流的大小和方向，然后根据反映汽车复杂的轴重信号对助力电流进行修正后输出，完成智能化的助力转向控制；

• 助力控制：行驶时的高速；行驶时的中速和低速；点火后的原地转向；对应转向力依次增加；
• 阻尼控制：汽车高速时装修过于灵敏会带来危险；为了提高安全性，在死区范围内进行阻尼控制，适当增加转向盘阻力；
• 回正控制：ECU需要实时监控系统状态，敢于协助回正系统；

EPS大负荷输出存在的问题

增加电机功率，转动惯量和摩擦力矩加大；

解决：增加惯量补偿和摩擦补偿；

实际需要的电机电流是助力电流，惯性补偿电流，阻尼补偿电流和摩擦补偿电流之和。综合来校正。

输入输出扭矩特性

EPS的性能通过测出各种车速下的输入输出扭矩特性曲线表现；

衡量指标：

• 输入力矩和输出力矩的比例，比值越大效果越明显，车速低的时候要大，车速高的时候要减小；
• 对称性要好，否则两边感觉不一样；
• 波动，即x不能太大才能保证平稳；

控制策略：

输入：内部转矩角传感器所提供的方向盘扭矩，方向盘转角，总线获取车速信号；

      此外：可能还会有车身侧偏角，横摆角速度米左右前后轮速；

      辅助驾驶或自动驾驶系统：CAN总线获取叠加的力矩值，目标方向盘转角，目标方向盘转速等信号；

 

输出：T_手+T_电机=T_阻

      T_手：驾驶员操纵方向盘所使用的力矩，由扭矩传感器测量得到；

      T_阻：轮胎与地面膜材传给齿条的阻力所产生的力矩，转向系统工作的过程就是客服这个阻力的过程；

 

控制策略的目的：基于各种输出，目的是计算T_电机；

 

稳定补偿器，自适应补偿器=自动控制原理中的超前滞后矫正缓解：因为控制系统前向通道放大倍数太大会导致系统发散不稳定

 

助力特性和助力特性曲线：（控制器设计的基础）

指的是助力随汽车运动状况和受力（车速和转盘）变化而变化的规律。对液压动力转向，助力与液压油的压力成正比；对于电动助力转向，助力与直流电动机电流成正比，采用电动机电流与转向盘力矩，车速变化关系曲线来表示助力特性；

标准：

• 车速很小欧哲很大的时候要灵活变动助力力矩大小，使驾驶员有良好路感；
• 助力曲线过渡要平滑；
• 助力曲线的参数要进行灵活的调整，以适应不同的路况；
• 转向盘转动很小的时候，助力效果应该不明显，甚至不起作用；

 

 

   针对EPS而言：

• 当转向盘输入力矩小于某一特定值，助力矩对EPS不起作用；
• 当转向盘输入力矩较小的区域，助力部分输出应该较小，以保持较好的路感；
• 转向盘输入力矩较大的区域，为了转向轻便，助力效果明显；
• 随着车速增高，助力减小；

 

归根结底控制的是输出电流的大小，因为路的复杂多变因此引入了回正过程补偿电流，紧急避让过程补偿，满载大角度转弯补偿；

• 回正补偿

回正力：后轮胎和路面之间产生的力，驾驶员松开转向盘，因为回正力，转向盘会恢复；

   两种情况：回正力过小，回不到中间位置；回正力过大，转向盘位置超调；

   低速转向过程：路面阻力大，需要增加回正补偿电流；

   高速转向过程：路面阻力小，出现过度回正的情况，增加补偿电流；

• 紧急避让过程补偿

因为助力增益，是随着车速的减小而增大，车辆迅速减速，助力扭矩增大，进一步增大了转向力矩，最终导致翻车；

方案：控制器根据车速信号，转矩信号，方向盘转角信号，实时估计车辆的行驶情况，车速超过一定值，并且转向角的变化率超过一定值，触发控制器，产生主动摩擦补偿电流；

• 满载大角度转弯补偿