EPS的助力特性分析

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）相比液壓助力能夠更好地兼顧低速工況下轉(zhuǎn)向輕便性和高速工況下路感反饋及回正性能，同時(shí)由于取消了液壓管路和液壓閥，使得燃油消耗有所減少。EPS根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩和車速這兩個(gè)輸入?yún)?shù)計(jì)算出電機(jī)電流，從而給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加助力力矩，輸出與輸入的關(guān)系統(tǒng)稱為助力特性曲線。本文旨在為助力特性曲線的確定提供合理性依據(jù)并驗(yàn)證其最優(yōu)性。

分析EPS的作用力矩，并將系統(tǒng)的慣量、阻尼等效至轉(zhuǎn)向盤(pán)處，而對(duì)于占主導(dǎo)地位的輪胎與地面間摩擦力矩采用Dahl模型進(jìn)行描述，摩擦力矩是與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角位移和相對(duì)角速度相關(guān)的函數(shù)，與角速度幅值大小無(wú)關(guān)。為設(shè)計(jì)助力幅值，假想駕駛員對(duì)負(fù)荷力矩的神經(jīng)肌肉反應(yīng)符合Stevens冪級(jí)數(shù)，并通過(guò)最小二乘法分別辨識(shí)位置目標(biāo)控制（轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角）和力矩目標(biāo)控制（轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩）下的參數(shù)冪級(jí)數(shù)n，分析得到位置目標(biāo)控制下隨著轉(zhuǎn)角增大，“肌肉感覺(jué)”變化比率較小。

動(dòng)力學(xué)的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)是能量功率最小化，而運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)為“肌肉抽搐”發(fā)生概率最小化。本研究認(rèn)為電機(jī)控制目標(biāo)是為使手部運(yùn)動(dòng)盡可能平滑，符合運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。為得到最優(yōu)的轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)軌跡，定義成本指數(shù)并使該值最小，將動(dòng)態(tài)非線性有約束的優(yōu)化問(wèn)題簡(jiǎn)化為靜態(tài)非線性模型，優(yōu)化參數(shù)。

對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了仿真分析，分別選擇冪級(jí)數(shù)n在1、0.9和0.5時(shí)助力力矩與轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩的關(guān)系曲線。穩(wěn)態(tài)工況下助力特性曲線呈指數(shù)增長(zhǎng)，并且n越小曲線變化越明顯；瞬態(tài)工況下忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)慣量和阻尼力矩的滯后效果，當(dāng)n＜1時(shí)，表征肌肉刺激增長(zhǎng)率的Stevens系數(shù)符合位置目標(biāo)控制的假設(shè)。

V.Ciarla et al.2012 15th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems.

編譯：張為榮