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摘 要

电动助力转向(EPS)系统是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术。它节能环保，能有效提高汽车的行驶安全性、操纵稳定性、驾驶舒适性。在追求高安全性、高舒适性、高效节能的今天，电动助力转向系统作为一种全新的动力转向系统，已经成为动力转向技术研究的焦点。

本文针对转向轴式电动助力转向系统建立了系统的数学模型和仿真模型,并根据原地和中低速转向时的轻便性、高速行驶时的操纵稳定性以及路感等要求,对助力特性曲线进行了设计。根据所设计的EPS系统，建立了二自由度车辆模型及EPS系统物理模型，设计了助力控制模式下的PID控制器。结合二自由度整车模型和EPS系统物理模型建立了MATLAB／Simulink仿真模型，分别对汽车的助力特性和回正特性进行了仿真。仿真结果表明：对于装备EPS系统的汽车，其横摆角速度响应的超调量和调整时间有明显改善，证明了EPS系统能提高汽车操纵稳定性和转向轻便性。通过回正控制特性分析，加入回正控制后，转向盘能迅速回到中间位置，并且避免了在中间位置附近的摆振。

关键词：EPS，仿真，控制策略

Steering Performance Simulation and Analysis Based on Simulink

Abstract

Electric Power Steering System(EPS)is a new high-tech which follows the development of modern automobile．It has the advantages of saving fuel，producing less pollutions，improving vehicle’S handling stability,driving comfort and security．As a new kind of power steering system，EPS has become the focus of research of power steering technology in today,which pursues the high security,the high comfortableness，the highly effective and energy conservation.

In this paper ,a mathematical modeland simulationmodel of the system is established on the steering shaftelectric power steeringsystem .And in accordance withportabilityin situ andinthelow-speedsteering,handling and stabilityat high speedsandroad feel, etc.Designed to assist characteristic curve.According to the EPS system designed，established two—degree-of-freedom vehicle model，EPS dynamics model,proposed PID control and established the MATLAB／Simulink simulation model combined with two-degree of-freedom vehicle model，EPS dynamics model．Then analyzed the yaw angular velocity response with torque step input of steering wheel．The simulation results showed that the overshoot and the adjustment time of vehicle equipped with EPS had been remarkably improved，which proved that EPS system can improve vehicle’S handling stability and steering easiness. The steering return ability response characteristic curves proved that after joining the return control，the steering wheel can quickly returned to the middle position，and avoid the steering wheel’s vibration in the middle position．

Keywords:EPS,simulation,control strategies

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1课题背景及研究意义 1

1.2 EPS发展历程和现状 1

1.3本文的研究意义和内容 2

第二章 汽车动力转向系统的原理与结构 4

2.1EPS系统的基本结构 4

2.2 EPS系统的主要部件及工作原理 4

2.2.1电动机 5

2.2.2车速传感器 5

2.2.3减速机构 6

2.2.4方向盘转角，转矩传感器 6

2.2.5电子控制单元（EUC） 6

2.2.6电动助力转向系统的工作原理 7

第三章 EPS系统助力特性分析和控制策略研究 8

3.1助力特性分析 8

3.1.1汽车电动助力转向系统的受力分析 9

3.1.2 转向阻力和路感 10

3.1.3助力特性曲线的特征 11

3.1.4助力特性曲线的确定 13

3.2 EPS系统控制策略的研究 16

3.2.1 EPS控制系统的控制模式 16

3.2.2 EPS系统控制策略对比分析 18

3.2.3 控制策略的确定 20

3.2.4回正控制 21

3.3 本章小结 21

第四章 EPS系统模型的建立 23

4.1 汽车动力学模型的简化 23

4.2 EPS系统物理模型的建立 25

4.2.1助力控制 27

4.2.2 回正控制 28

4.3 本章小结 29

第五章 EPS系统仿真及分析 30

5.1 仿真参数 30

5.2 EPS系统MATLAB／Simulink仿真模型的建立 31

5.2.1基于PID控制策略的EPS系统模型 31

5.2.2回正控制 35

5.3 EPS系统MATLAB／Simulink仿真结果及分析 36

5.4 本章小结 41

总结 42

参考文献 43

致谢 46

第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

汽车在行驶的过程中，经常需要改变行驶的方向，称为转向。轮式汽车行驶是通过转向轮(一般是前轮) 对汽车纵向轴线偏转一定角度来实现的。驾驶操纵用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机构称为汽车转向系统。常用的汽车转向系统分为非动力转向系统和动力转向系统两大类。非动力转向系统又称机械式转向系统，是以人的体力为动力源，其中所有的传力器件都是机械的，主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成，其中转向器是汽车转向系统的重要零部件，其性能的好坏直接影响汽车行驶的安全性和可靠性。汽车动力转向系统，亦可称作转向加力系统，是在机械转向系的基础上增设了一套转向加力装置所构成的转向系统。它是在驾驶员的操纵或控制下，借助于汽车发动机所产生的动力，将其转换为液体压力或气体压力并驱动转向轮偏转；或者借助于电力，将电能转换成机械能进行助力，从而实现汽车转向运动。在正常情况下，汽车转向所需要的力大部分由发动机或蓄电池通过转向加力装置提供，只有一小部分由驾驶员提供; 但在动力转向失效时，驾驶员仍能通过机械转向系统实现汽车的转向操纵。

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