EPS仿真畢業(yè)設(shè)計論文

1、第一章 緒論 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是駕駛者通過轉(zhuǎn)向盤控制前輪繞主銷的轉(zhuǎn)角來操縱汽車運動方向的機構(gòu)，同時它又可以憑借轉(zhuǎn)向盤（反作用）力，將整車及輪胎的運動、受力狀況反饋給駕駛者的系統(tǒng)。目前動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為機械式轉(zhuǎn)向和動力轉(zhuǎn)向。機械式轉(zhuǎn)向是以人的體力為能源，所用的力傳遞部件都是機械的，它主要由操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)組成。轉(zhuǎn)向器的好壞直接影響到汽車行駛的安全性和可靠性。汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械轉(zhuǎn)向系的基礎(chǔ)上增設(shè)了一套轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)，它兼用駕駛員的體力和其它動力作為轉(zhuǎn)向能源。1951年克萊斯勒公司最先在轎車上采用液壓助力轉(zhuǎn)向，標志著轎車應(yīng)用動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的開始。液壓助力轉(zhuǎn)向是利用油泵建立一定的壓力，再經(jīng)

2、過控制閥來調(diào)整壓力油的流量，根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)，控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但是傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基于液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的任何技術(shù)革新都無法消除其自身在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、噪聲等方面的問題。伴隨著現(xiàn)代控制技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（electric power steering,簡稱eps）逐漸成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的熱點之一。1.1 eps系統(tǒng)的分類根據(jù)汽車前軸負荷的不同，助力電機的安裝位置也不同。當前軸負荷較小時，電機及減速裝置與轉(zhuǎn)向軸相連，稱為轉(zhuǎn)向軸助力式；當前軸負荷中等時，電機及轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向小齒輪相連，稱為轉(zhuǎn)向齒輪助力式；當前軸負荷較大時，電機及減速器則與轉(zhuǎn)向器齒條

3、軸相連，稱為轉(zhuǎn)向齒條助力式。1.2 eps系統(tǒng)工作原理eps主要由轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、電動機、減速機構(gòu)和電子控制單元（ecu）組成。它是一種直接依靠電機提供轉(zhuǎn)矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)6。 eps是一種直接依靠電動機提供輔助轉(zhuǎn)矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖如圖1-1所示。不同類型的eps基本原理是相同的：轉(zhuǎn)矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸（小齒輪軸）連接在一起，當轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)矩傳感器開始工作，把輸入軸和輸出軸在扭桿作用下產(chǎn)生的相對轉(zhuǎn)動角位移變成電信號傳給ecu，ecu根據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器的信號決定電動機的旋轉(zhuǎn)方向和助力電流的大小，從而完成實時控制助力轉(zhuǎn)向。因此它可以很容易地實現(xiàn)在車速不同時提供電動機不同的助

4、力效果，保證汽車在低速轉(zhuǎn)向行駛時輕便靈活，高速轉(zhuǎn)向行駛時穩(wěn)定可靠。因此eps助力特性的設(shè)置具有較高的自由度。ecu轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩傳感器減速機構(gòu)離合器電動機電流轉(zhuǎn)角車速齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器圖1-1 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)框圖1.3 國內(nèi)外汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展 在歐美、日本等汽車工業(yè)發(fā)達的國家，汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究已經(jīng)趨于成熟和完善。自1996年以來，采用電動助力轉(zhuǎn)向的車型不斷增加，并開始向大排量的車型普及。到2006年，安裝eps的裝車率超過40%，特別是在非常注意環(huán)境保護的歐洲已超過50%。在日本，許多車型尤其是微型車都采用了電動助力轉(zhuǎn)向，例如鈴木的mr wagon、本田的fit、大發(fā)的max以及

5、豐田的混合動力車prius等。世界各大汽車廠商對eps的開發(fā)都極度重視。 本田公司認為：eps完全具備了作為二十一世紀汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的必要條件。電子控制是汽車各個系統(tǒng)信息交換不可缺少的手段，由此車輛的各個系統(tǒng)才能向高度集成的綜合性控制方向發(fā)展3。 trw公司認為：從長遠的發(fā)展來看，目前轎車上廣泛使用的hps（液壓助力轉(zhuǎn)向）將被淘汰，取而代之的是eps。trw公司估計，到2010年，全世界轎車的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，eps占1/3。 英國盧卡斯公司認為：eps是轎車動力轉(zhuǎn)向技術(shù)未來的發(fā)展方向，對于hps來說無疑是一場技術(shù)革命5。 2000年9月，我國科技部、財政部和國家稅務(wù)總局聯(lián)合公布，將eps列為

6、汽車零部件“高新技術(shù)產(chǎn)品”之一。 在國內(nèi)，由于汽車工業(yè)的起步較晚，還沒有成熟的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)品。許多科研院所和高校都在積極進行汽車電動助力轉(zhuǎn)向的設(shè)計和研究。第二章 總體設(shè)計2.1 eps構(gòu)成（1）轉(zhuǎn)矩傳感器 轉(zhuǎn)矩傳感器的功能是測量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩大小和方向。其測量系統(tǒng)比較復雜且成本較高，所以性能可靠的低成本轉(zhuǎn)矩傳感器是決定eps能否占領(lǐng)市場的關(guān)鍵因素之一。轉(zhuǎn)矩傳感器主要有接觸式和非接觸式兩種。常用的接觸式（主要是電位器式）傳感器有擺臂式、雙排行星齒輪式和扭桿式三種類型；非接觸式主要由光電式和磁電式兩種。 （2）車速傳感器 車速傳感器常采用電磁感應(yīng)式傳感器，安裝在變速箱上。該傳感

7、器根據(jù)車速的變化，把主副兩個系統(tǒng)的脈沖信號傳送給ecu，由于是兩個系統(tǒng)，因此信號的可靠性提高了。 （3）電動機 電動機的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助轉(zhuǎn)矩，是eps的動力源。電動機多采用永磁式直流電動機。根據(jù)eps系統(tǒng)設(shè)計要求，一般要對電動機的結(jié)構(gòu)做一些改進，如在轉(zhuǎn)子表面開出斜槽，定子磁鐵做成不等厚等。 （4）減速機構(gòu)和離合器減速機構(gòu)與電動機相連，起降速增矩作用。目前主要有行星齒輪式減速機構(gòu)和蝸輪蝸桿式減速機構(gòu)兩種形式。為了抑制噪聲和提高耐久性，減速機構(gòu)的部分齒輪采用樹脂材料或采用特殊齒形。當車速在設(shè)定車速以上時，電磁離合器切斷，電動機不再提供助力。此時系統(tǒng)不受電機慣性影響，轉(zhuǎn)入人

8、工機械轉(zhuǎn)向；當系統(tǒng)發(fā)生故障時，離合器自動分離，轉(zhuǎn)入人工機械轉(zhuǎn)向。 （5）電子控制單元（ecu）電子控制單元（ecu）的功能是根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器信號和車速傳感器信號，進行邏輯分析與計算后，發(fā)出指令，控制電動機和電磁離合器的動作。此外，ecu還有安全保護和自我診斷功能，ecu通過采集電動機的電流、發(fā)電機電壓、發(fā)動機工況等信號判斷其系統(tǒng)工作狀態(tài)是否正常，一旦系統(tǒng)發(fā)生異常，助力將自動取消，同時ecu將進行故障自診斷分析。ecu通常是一個8位單片機系統(tǒng)，也有采用數(shù)字信號處理器（digital signal processing,簡稱dsp）作為控制單元。控制系統(tǒng)應(yīng)有強抗干擾能力，以適應(yīng)汽車多變的行駛環(huán)境?？?/p>

9、制算法應(yīng)快速正確，滿足實時控制的要求，并能有效地實現(xiàn)理想的助力規(guī)律與特性。2.2 eps的控制策略及其動力學2.2.1 eps系統(tǒng)的控制策略eps的工作環(huán)境復雜多變，路面干擾、傳感器噪聲、電壓波動、轉(zhuǎn)矩波動、發(fā)動機的熱輻射與電磁干擾都對系統(tǒng)有很大影響。這些因素的存在對eps控制策略的設(shè)計提出了很高的要求。由于各方面條件和自身能力的限制，本系統(tǒng)設(shè)計的eps系統(tǒng)的控制策略是建立在系統(tǒng)的簡化模型的基礎(chǔ)之上，沒有考慮系統(tǒng)的非線性因素，并將干擾信號調(diào)整到系統(tǒng)能夠容忍的范圍。考慮到直流電機轉(zhuǎn)矩與電流成正比，取電機電流作控制量?？刂七^程如下：首先由控制參數(shù)決定控制模式，進一步由控制模式的特性曲線決定電動機目

10、標電流，然后對電機實際輸出的電流進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)對目標電流的跟蹤。(一) eps系統(tǒng)控制方法的選擇轉(zhuǎn)向過程中，汽車車速和方向盤轉(zhuǎn)矩變化范圍很大，不同的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，需要不同的控制模式和控制方法。同時控制算法應(yīng)該快速準確，滿足實時控制的要求，能夠有效的實現(xiàn)理想的助力特性和控制規(guī)律。對于eps系統(tǒng)的實現(xiàn)有三種控制方法： 1、電機電樞電壓控制法 該控制方法為開環(huán)控制，其特點是控制系統(tǒng)設(shè)計簡單，容易實現(xiàn)，但是控制精度不高，電機助力僅隨提供的電樞電壓而改變，控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)負載變化對電機轉(zhuǎn)矩的影響。 2、電機電樞電流控制法 該控制方法可省略方向盤轉(zhuǎn)速傳感器，采用電機電流閉環(huán)控制，其突出的優(yōu)點是控制精度高，

11、抗干擾性強。 3、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩直接控制法 上述兩種方法是通過對電機的控制來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的控制，控制量是電機電壓和電機電流，是一種間接的控制方法。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩控制法就是直接以轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩為控制量進行控制。（二） eps系統(tǒng)各種控制模式下的電機目標電流的確定方法l、轉(zhuǎn)向助力控制 助力控制是在轉(zhuǎn)向過程(不包括回正)中為了減輕方向盤的操縱力，通過蝸輪蝸桿減速機構(gòu)把電動機轉(zhuǎn)矩作用在轉(zhuǎn)向軸上的一種基本控制模式。2、補償控制 為了降低助力增益的增加對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響，需要引入微分控制，使得當助力增益增加時，相對阻尼系數(shù)不降低較多，保證系統(tǒng)具有較好的動態(tài)特性?？筛鶕?jù)轉(zhuǎn)向作用力的變化率，沿力矩變化的方向產(chǎn)生補償

12、。3、回正控制 回正控制是改善轉(zhuǎn)向回正特性，更好地符合汽車動態(tài)特性的一種控制模式。汽車在轉(zhuǎn)向回正時，轉(zhuǎn)向輪主銷后傾角和主銷內(nèi)傾角使得轉(zhuǎn)向輪具有自動回正的作用。4、電動機中位控制 當方向盤轉(zhuǎn)向回正到中間位置附近時，一方面由于電動機的慣性使得操縱系統(tǒng)的慣性比機械式轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的慣性大，轉(zhuǎn)向回正時不容易收斂；另一方面，車輛高速行駛時，由于路面的偶然因素的干擾引起的側(cè)向加速度較大，傳到方向盤的力矩比低速行駛時要大，為了抑制這種橫擺振動，必須在中位進行控制，以提高汽車運行時的高速直線行駛穩(wěn)定性和快速轉(zhuǎn)向收斂性。（三）電動機電流的閉環(huán)控制算法在目標電流決定以后，為了使電動機的實際工作電流能迅速跟蹤目標電流

13、，就必須設(shè)計一個目標電流跟蹤器。pid控制器是成熟的控制策略之一，算法簡單，且易于通過編程實現(xiàn)，大量的工程實踐證明了其可靠性。 l、數(shù)字pid控制算法 pid（比例、積分、微分）控制由于其原理簡單、技術(shù)成熟、魯棒性好，在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。它最大的優(yōu)點是不需要了解被控對象的數(shù)學模型，只要根據(jù)經(jīng)驗進行調(diào)解器參數(shù)在線整定，即可取得滿意的結(jié)果。三個環(huán)節(jié)的不同作用簡述如下： (1)比例環(huán)節(jié)：比例控制能迅速反映誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。若要求系統(tǒng)的控制精度高，響應(yīng)速度快，則選擇比例增益大一些為好，但會導致超調(diào)量增大和過渡過程時間延長，比例增益過大還可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。 (2

14、)積分環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)可以消除隱態(tài)誤差。只要系統(tǒng)存在誤差，隨著時間的增加，積分控制作用就不斷累積，所產(chǎn)生的輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時間，積分控制作用就可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。但積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)量增大，甚至系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。 (3)微分環(huán)節(jié)：微分控制可以減小超調(diào)量，克服震蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，同到加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時問，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。微分作用不足之處是放大了噪聲，而且過大的微分常數(shù)是造成系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要因素。 根據(jù)系統(tǒng)品質(zhì)要求，選擇合適的比例常數(shù)、和，并把他們綜合起來，產(chǎn)生一個綜臺的控制作用，就構(gòu)成了pid控制算法7。 pld控制器最先出現(xiàn)在模擬控制系統(tǒng)中

15、，傳統(tǒng)的模擬pid控制器是通過硬件(電子元件、氣動和液壓元件)來實現(xiàn)它的功能。隨著計算機的出現(xiàn)，把它移植到計算機控制系統(tǒng)中來，將原來的硬件實現(xiàn)的功能用軟件來代替，因此稱作數(shù)字pid控制器，所形成的一整套算法則稱為數(shù)字pid算法。由于單片機控制是一種采樣控制，在實現(xiàn)pid控制時，將描述連續(xù)系統(tǒng)的微分方程化為離散系統(tǒng)的差分方程。只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量。以采樣時刻點kt代替連續(xù)時間t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可得到數(shù)字pid控制器。電動機電流增量式數(shù)字pid控制算法如下： 式中，k為采樣序號，k=0，1，2；為第k次采樣時刻的電動機電樞電壓增量；為第k次采樣時刻電動機實際電流與

16、目標電流的偏差值。2、pid調(diào)節(jié)器參數(shù)的確定方法 為了使控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能好，過渡過程快，pid參數(shù)的選擇起著至關(guān)重要的作用。在對電動機的控制中，首先要求系統(tǒng)是穩(wěn)定的，在給定值變化時，被控量應(yīng)能迅速、平穩(wěn)的跟蹤，超調(diào)量要小。在各種干擾下，被控量應(yīng)能保持在給定值附近。另外控制變量不宜過大，以避免系統(tǒng)過載。但實際上上述要求要都滿足是很困難的，因此必須根據(jù)具體的實際情況，抓主要的方面，兼顧其他方面。pid參數(shù)的選擇有兩種可用方法：理論設(shè)計方法和試驗確定方法。理論設(shè)計法確定pid控制參數(shù)的前提，是要有被控對象準確的數(shù)學模型，這在電動機控制中往往很難做到：因此pid參數(shù)用試湊法整定，通過系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，反

17、復湊試參數(shù)。2.2.2 eps的動力學以轉(zhuǎn)向軸助力式eps系統(tǒng)為研究對象，建立電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學模型，對系統(tǒng)的動力學進行分析。 第一步：以方向盤為對象建立動力學方程。 第二步：以轉(zhuǎn)向小齒輪為對象建立動力學方程。 第三步：以電動機為對象建立動力學方程。 第四步：建立pid控制策略，控制目標電壓v，得到相關(guān)等式。第五步：經(jīng)過化簡得到和的關(guān)系，再化簡，得到關(guān)于、的函數(shù)。具體過程如圖21所示。二自由度汽車微分方程方向盤受力分析得到動力學方 程系統(tǒng)動力學方程拉式變換轉(zhuǎn)向小齒輪受力分析得到動力學方 程v電機電器特性方程驅(qū)動電壓方程電機動力學方程pid控制直流電機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)扭矩電壓轉(zhuǎn)向小齒輪轉(zhuǎn)角方向盤轉(zhuǎn)角二自

18、由度汽車微分方程圖21 車輛橫擺角速度對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)的推導流程圖第三章 eps的動力學與控制系統(tǒng)建模及仿真3.1 二自由度汽車模型首先建立線形二自由度汽車模型，如圖3-1所示，假設(shè)條件：忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；忽略懸掛的作用，汽車僅作平行于地面的平面運動；汽車沿x軸的前進速度視為不變，汽車有沿y軸的側(cè)向運動和繞z軸的的橫擺運動；驅(qū)動力不大，不考慮地面切向力對輪胎側(cè)偏特性的影響，沒有空氣動力的作用；忽略左右車輪由于載荷的變化而引起輪胎特性的變化。xy圖3-1 汽車線形二自由度轉(zhuǎn)向模型 這樣，實際汽車便簡化成一個兩輪摩托車模型。它是一個由前后兩個有側(cè)向彈性的輪胎支承于地

19、面、具有側(cè)向及橫擺運動的二自由度汽車模型。3.1.1運動微分方程 平面運動汽車對車輛坐標系的運動微分方程為： （3-1）式中：m整車質(zhì)量 前輪轉(zhuǎn)向角 、地面對前、后輪側(cè)向反作用力，即側(cè)偏力 汽車繞z軸的轉(zhuǎn)動慣量考慮到較小，上式可以改寫為： 側(cè)偏力大小取決于側(cè)偏角與汽車運動參數(shù)有關(guān)。汽車前后軸重點速度為、，側(cè)偏角為、，質(zhì)心側(cè)偏角為，。設(shè)是與x軸夾角，其值為 。根據(jù)坐標系規(guī)定，前后側(cè)偏角為： （3-2）式（3-1）可寫為： 式中 、側(cè)偏剛度 、分別為前后輪中心到汽車質(zhì)心的距離。設(shè)為汽車軸距將式（3-2）代入上式，整理后得到二自由度汽車運動微分方程： （3-3） （3-4）3.1.2 側(cè)偏角和橫擺角

20、速度對前輪轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù) 對（3-3）、（3-4）兩式進行拉氏變換，并設(shè)初試條件為零，可得到下述等式： （3-5） （3-6）其中： （3-7） ； （3-8） （3-9）所以側(cè)偏角和橫擺角速度對前輪轉(zhuǎn)向角的傳遞函數(shù)分別為： （3-10） （3-11）3.2 eps的動力學模型3.2.1 系統(tǒng)的動力學分析 論文以轉(zhuǎn)向軸助力式eps系統(tǒng)為研究對象，將前輪和轉(zhuǎn)向機構(gòu)向轉(zhuǎn)向柱簡化，得到簡化后的eps系統(tǒng)動力學原理如圖3-2所示：圖3-2 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學模型對方向盤進行受力分析，得到動力學方程：+（）= （3-12） 其中，為方向盤轉(zhuǎn)動慣量，kgm；為方向盤轉(zhuǎn)角，rad；為方向盤的輸入轉(zhuǎn)矩，nm

21、；為轉(zhuǎn)矩傳感器扭轉(zhuǎn)剛度，nm/rad；為轉(zhuǎn)向小齒輪轉(zhuǎn)角，rad；為轉(zhuǎn)向柱與支承之間的等效摩擦系數(shù)。 對轉(zhuǎn)向小齒輪進行受力分析，可得到動力學方程：+（）= （3-13）其中，為折算到小齒輪上的總慣性矩，包括電動機、減速機構(gòu)、齒條及轉(zhuǎn)向輪折合到轉(zhuǎn)向小齒輪的當量慣性矩，kgm；為當量阻尼系數(shù)（主要由系統(tǒng)各部位的摩擦引起），nmrads；為電動機的助力矩，nm；為從電動機到轉(zhuǎn)向柱的傳動比；為轉(zhuǎn)向助力矩。3.2.2 eps電動機模型 系統(tǒng)采用直流電動機，電動機端電壓v與電感l(wèi)、電樞電阻r、反電動勢常數(shù)、轉(zhuǎn)速n、電流i和時間t之間的關(guān)系如下：v=l+ri+n （3-14） 當電流穩(wěn)定時，上式可以簡化為下式

22、v=ri+n (3-15) 由于電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電流i成正比，可見電動機轉(zhuǎn)矩控制方式有電流控制和電壓控制兩種。一般采用電壓控制方式，電動機輸出轉(zhuǎn)矩為=i=（vn） （3-16）式中：電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)，反電動勢系數(shù)。 由電動機到轉(zhuǎn)向柱的傳動關(guān)系n=，所以有：=（v） （3-17） 設(shè)電動機的轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)、轉(zhuǎn)角和所受的阻力矩分別為、和?？紤]電動機的動態(tài)運行，有：= （3-18） 若系統(tǒng)采用pid控制器來控制電機的驅(qū)動電壓v，設(shè)轉(zhuǎn)矩傳感器的測量值y=()，那么有：v=（）+（）+ （3-19）式中，分別為比例控制系數(shù)、微分控制系數(shù)和積分控制系數(shù)。3.2.3 eps系統(tǒng)動力學方程 設(shè)轉(zhuǎn)向柱到前輪

23、的傳動比為，考慮電動機和轉(zhuǎn)向柱之間的速度匹配。得到系統(tǒng)的幾個轉(zhuǎn)角之間有這樣的關(guān)系：=； 將（3-17）、（3-18）、（3-19）式以及角度關(guān)系代入（3-12）、（3-13）式，我們系統(tǒng)動力學方程如下： （3-20）+ （3-21）可設(shè)： 可將式（3-21）簡化為： = （3-22）式中：為地面轉(zhuǎn)向阻力矩。為簡化問題的處理，這里不考慮大幅度急轉(zhuǎn)彎方向盤的情形，假定汽車以小轉(zhuǎn)角行駛。在前輪小轉(zhuǎn)角條件下，輪胎的特性可認為是線形的，可以認為側(cè)偏角和側(cè)偏力成線形關(guān)系。因此，繞轉(zhuǎn)向主銷作用于輪胎的力矩為，式中d是前輪的輪胎拖距。；其中，為汽車的前軸輪距。并有|1，故可忽略。因此，等效到轉(zhuǎn)向柱的阻力距：

24、（3-23）將式（3-23）代入式（3-22）即為eps系統(tǒng)的動力學方程。3.3 車輛橫擺角速度對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)汽車橫擺角速度對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)定義為： 上面的分析推導了車輛二自由度轉(zhuǎn)向模型和eps系統(tǒng)模型的動力學方程，從中可以得到橫擺角速度，對前輪轉(zhuǎn)向角的傳遞關(guān)系以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角對前輪轉(zhuǎn)向角的傳遞關(guān)系。顯然，只要將這兩個系統(tǒng)串聯(lián)起來，就可以推出所求的汽車橫擺角速度對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)。對式（3-22）進行拉氏變換，得 （3-24）其中為阻力矩的拉氏變換，即：（3-25）將式（3-10）、（3-11）、（3-25）分別代入（3-24）中。得到裝備pid控制eps系統(tǒng)的前輪轉(zhuǎn)向角對轉(zhuǎn)向

25、盤轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)： （3-26）其中， ； 又，由式（3-11）和式（3-26），有橫擺角速度對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)： （3-27）3.4 eps系統(tǒng)的控制策略3.4.1 pid控制在目標電流決定以后，為了使電動機的實際工作電流能迅速跟蹤目標電流，就必須設(shè)計一個目標電流跟蹤器。pid控制器是成熟的控制策略之一，算法簡單，且易于通過編程實現(xiàn)，大量的工程實踐證明了其可靠性。 l、數(shù)字pid控制算法 pid（比例、積分、微分）控制由于其原理簡單、技術(shù)成熟、魯棒性好，在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。它最大的優(yōu)點是不需要了解被控對象的數(shù)學模型，只要根據(jù)經(jīng)驗進行調(diào)解器參數(shù)在線整定，即可取得滿意的結(jié)果。三個環(huán)

26、節(jié)的不同作用簡述如下： (1)比例環(huán)節(jié)：比例控制能迅速反映誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。若要求系統(tǒng)的控制精度高，響應(yīng)速度快，則選擇比例增益大一些為好，但會導致超調(diào)量增大和過渡過程時間延長，比例增益過大還可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。 (2)積分環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)可以消除隱態(tài)誤差。只要系統(tǒng)存在誤差，隨著時間的增加，積分控制作用就不斷累積，所產(chǎn)生的輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時間，積分控制作用就可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。但積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)量增大，甚至系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。 (3)微分環(huán)節(jié)：微分控制可以減小超調(diào)量，克服震蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，同到加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時問，從而

27、改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。微分作用不足之處是放大了噪聲，而且過大的微分常數(shù)是造成系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要因素。 根據(jù)系統(tǒng)品質(zhì)要求，選擇合適的比例常數(shù)、和，并把他們綜合起來，產(chǎn)生一個綜臺的控制作用，就構(gòu)成了pid控制算法。 pld控制器最先出現(xiàn)在模擬控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的模擬pid控制器是通過硬件(電子元件、氣動和液壓元件)來實現(xiàn)它的功能。隨著計算機的出現(xiàn)，把它移植到計算機控制系統(tǒng)中來，將原來的硬件實現(xiàn)的功能用軟件來代替，因此稱作數(shù)字pid控制器，所形成的一整套算法則稱為數(shù)字pid算法。由于單片機控制是一種采樣控制，在實現(xiàn)pid控制時，將描述連續(xù)系統(tǒng)的微分方程化為離散系統(tǒng)的差分方程。只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控

28、制量。以采樣時刻點kt代替連續(xù)時間t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可得到數(shù)字pid控制器。電動機電流增量式數(shù)字pid控制算法如下： 式中，k為采樣序號，k=0，1，2；為第k次采樣時刻的電動機電樞電壓增量；為第k次采樣時刻電動機實際電流與目標電流的偏差值。3.4.2電動機電壓的閉環(huán)控制算法 l、數(shù)字pid控制算法 pid（比例、積分、微分）控制由于其原理簡單、技術(shù)成熟、魯棒性好，在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。它最大的優(yōu)點是不需要了解被控對象的數(shù)學模型，只要根據(jù)經(jīng)驗進行調(diào)解器參數(shù)在線整定，即可取得滿意的結(jié)果。其基本算法是：控制器的輸出是與控制器的輸入(誤差)成正比，與輸入的積分成正比和與輸

29、入的導數(shù)成正比這三個分量之和。其連續(xù)表達式：式中：e測量值于給定值之間的偏差；積分時間常數(shù)；微分時間常數(shù)；比例系數(shù)。三個環(huán)節(jié)的不同作用簡述如下： (1)比例環(huán)節(jié)：比例控制能迅速反映誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。若要求系統(tǒng)的控制精度高，響應(yīng)速度快，則選擇比例增益大一些為好，但會導致超調(diào)量增大和過渡過程時間延長，比例增益過大還可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。 (2)積分環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)可以消除隱態(tài)誤差。只要系統(tǒng)存在誤差，隨著時間的增加，積分控制作用就不斷累積，所產(chǎn)生的輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時間，積分控制作用就可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。但積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)量增大，甚至系統(tǒng)出現(xiàn)

30、震蕩。 (3)微分環(huán)節(jié)：微分控制可以減小超調(diào)量，克服震蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，同到加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時問，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。微分作用不足之處是放大了噪聲，而且過大的微分常數(shù)是造成系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要因素。 根據(jù)系統(tǒng)品質(zhì)要求，選擇合適的比例常數(shù)、和，并把他們綜合起來，產(chǎn)生一個綜臺的控制作用，就構(gòu)成了pid控制算法。 pld控制器最先出現(xiàn)在模擬控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的模擬pid控制器是通過硬件(電子元件、氣動和液壓元件)來實現(xiàn)它的功能。隨著計算機的出現(xiàn)，把它移植到計算機控制系統(tǒng)中來，將原來的硬件實現(xiàn)的功能用軟件來代替，因此稱作數(shù)字pid控制器，所形成的一整套算法則稱為數(shù)字pid算法。數(shù)字p

31、id有位置式和增量式兩種。位置式數(shù)字pid控制器輸出為全量輸出，若采用位置式數(shù)字pid控制器來控制電動機電流易產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤振動。因此采用增量式數(shù)字pid控制器來進行電動機電流的控制。由于單片機控制是一種采樣控制，在實現(xiàn)pid控制時，將描述連續(xù)系統(tǒng)的微分方程化為離散系統(tǒng)的差分方程。只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量。以采樣時刻點kt代替連續(xù)時間t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可得到數(shù)字pid控制器。電動機電流增量式數(shù)字pid控制算法如下： 式中，k為采樣序號，k=0，1，2；為第k次采樣時刻的電動機電樞電壓增量；為第k次采樣時刻電動機實際電流與目標電流的偏差值。2、pid調(diào)節(jié)器參數(shù)的確定方法

32、 為了使控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能好，過渡過程快，pid參數(shù)的選擇起著至關(guān)重要的作用。在對電動機的控制中，首先要求系統(tǒng)是穩(wěn)定的，在給定值變化時，被控量應(yīng)能迅速、平穩(wěn)的跟蹤，超調(diào)量要小。在各種干擾下，被控量應(yīng)能保持在給定值附近。另外控制變量不宜過大，以避免系統(tǒng)過載。但實際上上述要求要都滿足是很困難的，因此必須根據(jù)具體的實際情況，抓主要的方面，兼顧其他方面。 pid參數(shù)的選擇有兩種可用方法：理論設(shè)計方法和試驗確定方法。理論設(shè)計法確定pid控制參數(shù)的前提，是要有被控對象準確的數(shù)學模型，這在電動機控制中往往很難做到,因此pid參數(shù)用試湊法整定，通過系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，反復湊試參數(shù)。3.5 控制系統(tǒng)仿真 （3-7）

33、； （3-8） （3-9）令，其中， ，其中， ， 其中，, 最后，令程序見附錄2。最后結(jié)果為：num =1.0e+014 * 0.0398 0.8955 4.9716 3.3406den =1.0e+015 *0.0002 0.0056 0.0805 0.9726 5.3496 3.7182結(jié)果如圖33所示：圖33 前輪轉(zhuǎn)向角對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的階躍曲線第四章 eps系統(tǒng)對轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下時域響應(yīng)的仿真分析4.1 汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的評價指標汽車的等速圓周行駛，即汽車轉(zhuǎn)向盤階躍輸入下進入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，雖然在實際行駛中不常出現(xiàn)，卻時表征汽車操縱穩(wěn)定性的一個重要的時域響應(yīng)，一般也稱它為汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。常

34、用輸出與輸入的比值，如穩(wěn)態(tài)的橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之比來評價穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。這個比值稱為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱轉(zhuǎn)向靈敏度，以符號表示。汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性分為三種類型：不足轉(zhuǎn)向、中性轉(zhuǎn)向和過多轉(zhuǎn)向。圖41即為汽車的三種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。中性轉(zhuǎn)向時，即橫擺角速度增益與車速成線性關(guān)系，斜率為1/l。不足轉(zhuǎn)向時，橫擺角速度增益比中性轉(zhuǎn)向時要小。不再與車速成線性關(guān)系，u時一條低于中性轉(zhuǎn)向的汽車穩(wěn)態(tài)橫擺增益線，后來又變?yōu)橄蛳聫澢那€。過多轉(zhuǎn)向時，橫擺角速度增益比中性轉(zhuǎn)向時大。隨著車速的增加，曲線向上彎曲。過多轉(zhuǎn)向汽車達到臨界車速時將失去穩(wěn)定性。因為等于無窮大時，只要極其微小的前輪轉(zhuǎn)角便會產(chǎn)生極大的橫擺角速度。這意

35、味著汽車的轉(zhuǎn)向半徑極小，汽車發(fā)生激轉(zhuǎn)而側(cè)滑或翻車。由于過多轉(zhuǎn)向汽車有失去穩(wěn)定性的危險，故汽車都應(yīng)具有適度的不足轉(zhuǎn)向特性。角不變rr中性轉(zhuǎn)向k0過多轉(zhuǎn)向k0圖41汽車的三種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性4.2 裝備eps系統(tǒng)汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)仿真分析論文采用了自行開發(fā)的仿真軟件對裝備eps系統(tǒng)汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)進行了仿真分析。取一組典型的汽車整車底盤參數(shù)（見附錄1）。對于比例和pd控制，得到比例系數(shù)kp對穩(wěn)態(tài)響應(yīng)有影響，在仿真中分別令kp=0，1.0，3.0。；以車速u為橫坐標，穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益為縱坐標，畫出不同kp值下的-u曲線如圖4-2所示。程序見附錄3。圖4-2 裝備eps系統(tǒng)汽車的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度速度增益曲線顯然，用

36、于仿真的汽車本身具有不足轉(zhuǎn)向的特性，在裝備了eps系統(tǒng)以后，汽車仍然具備了不足轉(zhuǎn)向特性，但是曲線的形狀發(fā)生了改變。汽車的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益的最大值以及特征車速如下表4-2所示。表4-2 汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益的最大值以及特征車速kp=0kp=1.0kp=3.0最大增益值0.22110.33770.2845特征車速40.1m/s26.3m/s21.5m/s可以看出，在低速階段，各系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相差不明顯，隨著車速的增加，各系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)越來越明顯。無比例控制的汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)曲線在最下面，其最大穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益值和特征車速也最小，也就是說無比例控制系統(tǒng)會降低汽車的不足轉(zhuǎn)向量，且比例控制系數(shù)kp越小

37、，這種影響越明顯；隨著kp的增加，汽車穩(wěn)態(tài)角速度增益依次降低，也就是說汽車的轉(zhuǎn)向靈敏都隨kp的增加而降低。但過小的kp值會使汽車的不足轉(zhuǎn)向量減小，過多轉(zhuǎn)向量增加，有可能造成轉(zhuǎn)向失穩(wěn)。所以在設(shè)計eps系統(tǒng)時應(yīng)選擇合適的kp值。為了更清晰的了解比例控制系數(shù)kp對車輛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響，下面我們將車速固定，仿真當kp變化時，汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益值的變化情況，如圖4-3所示。圖4-3 kp對汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益值的影響在較低車速時，kp的變化對穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響并不大；隨著車速的增加，汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益值增加。4.3 汽車瞬態(tài)響應(yīng)的評價指標汽車的操縱穩(wěn)定性與汽車行駛的瞬態(tài)響應(yīng)也有密切的關(guān)系。常用轉(zhuǎn)向盤

38、角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)來表征汽車的操縱穩(wěn)定性。最大橫擺角速度常大于穩(wěn)態(tài)值。稱為超調(diào)量，它表示執(zhí)行指令誤差的大小。圖4-4上畫出了一輛等速行駛汽車在t=0時，駕駛者急速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤至角度并維持此轉(zhuǎn)角不變（即轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入）時的汽車瞬態(tài)響應(yīng)曲線。圖4-4 轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的汽車瞬態(tài)響應(yīng)圖中是以汽車橫擺角速度來描述汽車響應(yīng)的。可以看出，給汽車以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入后，汽車的橫擺角速度經(jīng)過一段過渡過程后達到穩(wěn)態(tài)橫擺角速度，此過渡過程即汽車的瞬態(tài)響應(yīng)。反應(yīng)時間指第一次進入穩(wěn)態(tài)值95%105%之間的時間；穩(wěn)定時間指此時間以后橫擺角速度均在達到穩(wěn)態(tài)值的95%105%；超調(diào)量為（峰值穩(wěn)態(tài)值）/穩(wěn)態(tài)值100。4.

39、4 裝備eps系統(tǒng)汽車瞬態(tài)響應(yīng)仿真分析論文采用了自行開發(fā)的仿真軟件對裝備eps系統(tǒng)汽車瞬態(tài)響應(yīng)進行了仿真分析。仿真中用到的汽車整車底盤和eps系統(tǒng)的參數(shù)見附錄1，并令比例控制系數(shù)kp=1.5,微分控制系數(shù)kd=0.2,積分控制系數(shù)ki=1.2，車速u=8.333m/s。所得汽車橫擺角速度瞬態(tài)響應(yīng)曲線如圖4-5所示。圖4-5 車輛瞬態(tài)響應(yīng)曲線在得到瞬態(tài)響應(yīng)時間的同時，還可以計算出裝備了比例控制、pd控制、pid控制汽車的瞬態(tài)響應(yīng)的指標值。具體見表4-3。表4-3 車輛瞬態(tài)響應(yīng)評價指標指標 類型比例控制pd控制無epspid控制超調(diào)量（%）166.67%166.67%222.22%122.22%穩(wěn)

40、定時間 (s)1.68001.68002.31001.0000反應(yīng)時間 (s)0.24000.24000.29000.8200下面從各個方面對上述圖表進行詳細的分析。如表4-4所示。表4-4 性能指標評價性能指標評價超調(diào)量無eps控制汽車的超調(diào)量最大，達到222.22%，而比例控制、pd控制汽車的超調(diào)量一樣，pid控制汽車的超調(diào)量最小。相對于pd控制，若增加積分控制后，系統(tǒng)的超調(diào)量明顯下降。穩(wěn)定時間同樣，裝備eps以后，車輛的穩(wěn)定時間都有所降低；且pid控制汽車的穩(wěn)定時間減小比較大，而pd控制和比例控制系統(tǒng)汽車的穩(wěn)定時間相差不大。反應(yīng)時間比例控制、pd控制汽車的反應(yīng)時間最短，無eps控制系統(tǒng)汽

41、車的反應(yīng)時間比前二者略慢，但相差不大，pid控制汽車的反應(yīng)時間最長。4.5 eps系統(tǒng)參數(shù)對瞬態(tài)響應(yīng)的影響引入eps系統(tǒng)以后，對汽車的瞬態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生了顯著的影響。在這一小節(jié)中，將分別研究eps系統(tǒng)參數(shù)kp、kd、ki、jm和bm對車輛瞬態(tài)響應(yīng)的影響情況。一般的情況，取kp=1.5，kd=0.2，ki=1.2，jm=0.006，bm=0.04。4.5.1 比例控制系數(shù)kp的影響保持汽車的整車底盤參數(shù)和eps系統(tǒng)參數(shù)不變（見附錄1），同時令車速u=8.333m/s，取一組kp值分別為0.8、1.5、3.0，計算車輛的瞬態(tài)響應(yīng)。對于比例控制，pd控制和pid控制，其結(jié)果分別為4-6（a）、4-6（b）

42、、4-6（c）。具體參數(shù)見表4-5。圖4-6（a） kp對比例控制eps汽車瞬態(tài)響應(yīng)影響圖4-6（b） kp對pd控制eps汽車瞬態(tài)響應(yīng)影響圖4-6（c） kp對pid控制eps汽車瞬態(tài)響應(yīng)影響表4-5 不同kp下的車輛瞬態(tài)響應(yīng)比例控制pd控制pid控制超調(diào)量（）kp=0.8109841611116525kp=1.5110561616616514kp=3.0111041620216502穩(wěn)定時間（s）kp=0.81.91001.28001.3200kp=1.51.92001.28001.3200kp=3.01.93001.29001.3200反應(yīng)時間（s）kp=0.80.34000.24000

43、.2400kp=1.50.29000.24000.2400kp=3.00.25000.23000.23004.5.2 微分控制系數(shù)kd的影響 采用同樣的方法，取附錄1的汽車整車底盤和eps參數(shù)值，同時取車速u=0.8333m/s，顯然，只有pd和pid控制eps汽車才有微分控制系數(shù)kd。在這里取一組kd分別為0.2，0.6，2.0，計算車輛的瞬態(tài)響應(yīng)。如圖47所示。（a） pd控制（b）pid控制圖47 微分系數(shù)kd對車輛瞬態(tài)性能的影響具體的評價數(shù)據(jù)見表46。表46 不同kd下的車輛瞬態(tài)響應(yīng)值pd控制pid控制超調(diào)量（）kd=0.21737317673kd=0.61737317677kd=2.

44、01738117636穩(wěn)定時間（s）kd=0.21.29001.3100kd=0.61.29001.3100kd=2.01.29001.3100反應(yīng)時間（s）kd=0.20.24000.2400kd=0.60.21000.2100kd=2.00.20000.2000有圖表可以看出，在kd較小的時候，增加kd的值能有效的降低超調(diào)量的大小，但隨著kd取值的增加，這種能力變的很小，甚至最后隨著kd值的增加，系統(tǒng)的超調(diào)量反而有小幅的增加；kd值的增加可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定的時間下降，系統(tǒng)的反應(yīng)時間縮短，所以在設(shè)計eps系統(tǒng)的時候，為了減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量，需要適當?shù)募哟髃d的取值，但要考慮到過大的kd值

45、會降低系統(tǒng)靈敏度。4.5.3 積分控制系統(tǒng)ki的影響同樣，取附錄1的汽車整車底盤和eps參數(shù)值，同時取車速u=8.333m/s，顯然，只有pid控制eps汽車才有參數(shù)ki。在這里取一組ki分別為0.1，1.2，2.0，同時取kp=1.5,kd=0.2,bm=0.04,jm=0.006。計算車輛的瞬態(tài)響應(yīng)，其結(jié)果如圖48所示。具體的評價數(shù)據(jù)見表47。圖48 積分控制系數(shù)ki對車輛瞬態(tài)性能的影響表47 不同ki下的車輛瞬態(tài)響應(yīng)值pid控制超調(diào)量（）ki=0.1173.87ki=1.2174.70ki=2.0175.10穩(wěn)定時間（s）ki=0.11.2900ki=1.21.3000ki=2.01.3

46、000反應(yīng)時間（s）ki=0.10.2400ki=1.20.2400ki=2.00.2400從圖表中可以看出，隨著ki取值的增加，系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)時間都有不同程度的增加；對反應(yīng)時間則基本上沒有什么影響。不過，系統(tǒng)的穩(wěn)定時間隨著ki的增加有下降的趨勢；只是這些影響并不是很明顯。4.5.4 電動機轉(zhuǎn)動慣量jm和阻尼系數(shù)bm的影響電動機轉(zhuǎn)動慣量jm和阻尼系數(shù)bm時eps系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動力學參數(shù)，這類參數(shù)一旦設(shè)計定型就難以更改，且此參數(shù)雖然會影響車輛的瞬態(tài)響應(yīng)，所以很有必要研究其對瞬態(tài)響應(yīng)的影響狀況。在這里主要研究這兩個參數(shù)對pd控制eps汽車的瞬態(tài)響應(yīng)影響，其它參數(shù)的取值參照附錄1。分別取一組

47、jm0.002，0.006，0.012和bm0.01，0.04，0.09進行計算，仿真圖形如圖49所示。具體評價數(shù)據(jù)見表48，49。(a) jm的影響(b)bm的影響圖49 bm,jm對車輛瞬態(tài)響應(yīng)的影響表48 不同jm值下汽車瞬態(tài)響應(yīng)的評價指標jm=0.002jm=0.006jm=0.012超調(diào)量（）165.64165.64165.64穩(wěn)定時間（s）1.26001.26001.2600反應(yīng)時間（s）0.22000.24000.2700表49 不同bm值下汽車瞬態(tài)響應(yīng)的評價指標bm=0.01bm=0.04bm=0.09超調(diào)量（）191.46191.46191.46穩(wěn)定時間（s）1.48001.

48、48001.4800反應(yīng)時間（s）0.23000.24000.2400 由此可以看出，在低速狀態(tài)下，電動機轉(zhuǎn)動慣量jm和阻尼系數(shù)bm對車輛的穩(wěn)態(tài)性能和超調(diào)量的影響并不明顯。但jm的增大使系統(tǒng)反應(yīng)時間增大。4.6 本章小節(jié) 利用上一章編制的仿真軟件，對裝備eps系統(tǒng)車輛操穩(wěn)性的時域響應(yīng)進行了詳細的分析討論，得出如下結(jié)論：（1） 低速階段u=8.333m/s，各系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相差不明顯。（2） 就瞬態(tài)響應(yīng)而言，裝備eps系統(tǒng)車輛的瞬態(tài)響應(yīng)與未裝備eps系統(tǒng)車輛比較，性能變差，且比例控制車輛最為明顯。第五章 eps系統(tǒng)對汽車頻域響應(yīng)的影響5.1 橫擺角速度頻域響應(yīng)及其評價指標一個線性系統(tǒng)，如輸入為一

49、正弦函數(shù)，達到穩(wěn)態(tài)時的輸出也是具有相同頻率的正弦函數(shù)，但兩者的幅值不同，相位也發(fā)生變化。輸出、輸入的幅值比是頻率f的函數(shù)，記為a（f）,稱為幅頻特性。相位差也是f的函數(shù)，記為（f），稱為相頻特性。兩者統(tǒng)稱為頻率特性。在汽車操縱穩(wěn)定性中，常以前輪轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為輸入，汽車橫擺角速度為輸出的汽車橫擺角速度頻率響應(yīng)特性來表征汽車的動特性。幅頻特性反映了駕駛者以不同頻率輸入指令時，汽車執(zhí)行駕駛者指令失真的程度。幅頻特性在低頻區(qū)接近于一水平線，隨著頻率的增高，幅值比增加，至某一頻率時幅值比達到最大值，此時系統(tǒng)處于共振狀態(tài)。頻率再增高，幅值比逐漸減小。相頻特性反映了汽車橫擺角速度滯后于轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的失真程度。從操縱穩(wěn)定性出發(fā)，希望幅頻特性曲線能平些，共振頻率高一點，通頻帶寬些，以保證不同工況下失真度較小，都有滿意的操縱性能；同時希望相位差小些，以保證汽車有快速靈活的反應(yīng)。有人用橫擺角速