青岛航天红光车桥制造有限公司 山东青岛 266000
摘要：在我国快速发展过程中，汽车行业发展十分迅速，汽车转向系统是汽车重要的一个电控系统，电控转向系统要高效工作，需要设计控制策略。本文首先分析了国内外汽车转向系统控制策略研究现状，然后设计了汽车转向系统控制策略研究方案，最后建立了汽车电控系统的仿真模型，为后期研发搭建了良好的基础平台。
关键词：控制；转向系统；方案；模型
引言
近年来，随着我国科学技术水平的不断提高，轿车的智能程度和电子设备也越来越完善，轿车电控技术使用越来越广泛，利用率也在提高。轿车电控技术的发展提高了轿车使用经济性，其安全可靠性也有了大幅的提升，驾驶员驾驶的舒适性也发生了质的飞跃，对不断促进汽车智能化的发展具有重要意义。其中，汽车转向系统发展也逐渐趋向电子化、智能化，使汽车转向系统的操作轻便、路感变得清晰。电子控制转向系统也极大地提高了汽车的操作性能，很大程度上改善了轿车弯道通过性，电控转向系统在轿车上的应用完善了轿车驾驶性能，降低了驾驶员驾驶危机发生的可能性。轿车上的助力转向很大程度上改善轿车驾驶员对转向盘的操控性，虽然轿车转向操控性得到改善，但其转向系统仍然是处于人工手动机械控制的阶段，这使得转向系统的传动比是固定的，不能任意改变。转向系统是轿车根据驾驶员的想法来改变汽车的行驶方向的系统，如果转向系统和电子控制技术结合，那么转向性能将更加完善和强劲。
1发展历程
汽车在低速转向时，往往需要相当大的转向力，仅凭借传统的纯机械式转向机构转向，既费力又效率低下。考虑到这一问题，后来转向系统中研发出转向助力机构以帮助驾驶员轻松的转动方向盘进行转向。汽车助力转向由开始的液压式助力转向，到后来的电控液压助力转向，再到最终的电动助力转向系统，这是一个漫长的发展过程。电动助力转向（EPS）系统采用电子控制单元（ECU）和高性能电动机，直接依靠电动机在不同的工况环境下提供不同的辅助转矩。
2汽车转向系统控制策略
2.1线控转向系统控制策略研究
研究汽车转向系统的控制流程，利用传感器获取汽车路感信息，以汽车横摆角速度增益不随车速和方向盘转角变化为目标，计算最佳传动比。对设计的控制策略进行仿真验证。
2.2主动式可变转向系统的结构设计
该转向系统通过转向盘操控带动转向轴转动，转向轴通过1对万向节及转向轴结构连接到传动变速箱的输入轴端。输入轴另一端布置在传动变速箱内，传动变速箱通过输出轴与转向器连接，输出轴另一端连接到转向器。传动变速箱内有3组啮合齿轮，通过改变传动变速箱内齿轮传动路径来改变转向传动比。汽车行驶过程中切换转向传动比时，由步进电机和换挡减速箱控制。换挡减速箱结构。通过电机输出轴带动电机输出齿轮转动，再通过减速齿轮组驱动换挡鼓齿轮转动降低传递转速，最后由换挡鼓齿轮带动换挡鼓实现同步转动。换挡鼓由步进电机驱动转动时滑槽同步转动，滑槽内布置对应的拨叉销，拨叉销嵌在滑槽内，并顺滑槽轨迹轴向移动。中挡拨叉销和拨叉销下端分别固定在对应的拨叉上，2个拨叉销随对应拨叉轴沿轴向移动，不能绕轴转动。当换挡鼓往复转动时，拨叉销只能随滑槽沿轴向左右滑动，进而带动2个拨叉随拨叉轴一起沿轴向同步滑动。
2.3电子控制动力转向系统的优劣势
电子控制动力转向系统可分为电液助力型和电动助力型，其中电液助力转向系统代表电子控制技术在汽车转向系统上应用过渡的一个开端。
电液助力转向系统是在液压转向系统基础上创新改进出来的，其特点是液压泵由电机驱动，取代了液压泵由发动机驱动的方式。电子控制液压助力转向系统通过控制电磁阀，使动力转向系统的油压随车速和系统转角的变化而变化。在转角幅度变化较大的低速行驶的情况下，轿车转向的时候比较轻便快捷；在轿车车速处于中高速时，驾驶员能够相应地获得较好的方向盘操控性。电子控制液压助力转向系统结构复杂、制造成本高，价格也十分昂贵，还有就是在轿车高速行驶时仍有一些无法解决的问题所，如效率低、“轻”与“灵”问题等。电动助力转向系统则是电控技术创新的进一步产物，是电液助力转向系统进一步升级改造的成果。电动助力是电控技术与轮胎车辆机械技术结合的成果，例如系统精简化，轿车操控性能优化，对其他方面的影响小且费用较低，直接利用电机提高扭力达到助力，电机依靠电力而不需要液压系统就能提供辅助扭矩，这样也大幅度提高了轿车发动机的动力性。电机助力大小由ECU根据传感器传输的数据决定，转向系统主要有传感器、电机、减速机构和电控单元等组成，其原理：驾驶员对方向盘旋转施加适当的力，由传感器测得方向盘的角位移和力矩的大小，其物理信号转化为电信号传递到ECU，ECU对其信号进行分析处理，并且结合轿车行驶车速信号，发出信号命令控制电机辅助助力驾驶员转动方向盘。电动助力转向系统控制简单、转向响应快，其电动机产生的力矩大小由电流值的大小来决定，在很大程度上方便驾驶员驾驶车辆，改善电机助力程度和驾驶员在驾驶时获得的“路感”程度。电动助力转向系统的结构特征也十分明显，零部件少、各部件的质量较小、部件之间安装较为紧密、系统在启动运行时具有相对稳定性，且便于检测修理、调整以及观察测量。电动助力转向系统在低温环境下也具有十分可靠的工作性能，易于匹配不同车型，大大降低了轿车转向系统的维修成本。电动助力转向系统是当今主流的转向系统，并且应用车型十分广泛。虽然电动助力转向系统是目前主流转向系统，但其缺点也是系统发展的障碍。电动助力转向系统目前仍然缺乏相对完善的系统设计理论的研究，并且还有一些不合理的设计影响着轿车的整体安全。另外电动助力转向系统其助力电机的匹配性也影响着轿车的转向转矩特性和“路感”等因素，更重要的是电动助力转向系统转向器的角传动比特性也是无法改变的。
3项目创新特色
目前大部分汽车转向系统的控制策略是基于某一典型工况或者忽略道路条件的影响。而不同道路情况会有不同的“路感”，即对汽车转向系统的作用力不同，本项目的研究将通过传感器获取车速变化信号的同时，结合当前道路“路感”信息，作为控制系统的输入参数，使设计的控制策略更加科学准确。
结语
本文对电动助力转向系统进行了整体性的阐述，包括其基本结构、工作原理、国内外的研究现状等，在结构进行了相关分析，要更多的去关注EPS系统的助力特性和控制策略，为使驾驶员拥有更好的舒适性和安全性。EPS今后的发展更集中在控制性能的提高、成本的降低以及可靠性、耐用性提高上。EPS系统未来汽车转向系统的发展方向之一，我们也要在该领域投入更多的研究，为祖国汽车领域的发展投入自己的一份力。
参考文献
[1]施国标，林逸，陈万忠，等．电动助力转向系统匹配设计的研究[J].公路交通科技，2003（10）：125-128.
[2]陈奎元，马小平，季学武．电动助力转向系统控制技术的研究[J]．江苏大学学报（自然科学版），2004，25：21-24．
[3]黎志勇.汽车转向系统技术发展探讨[J].科技经济导刊，2018（14）：52-53.
[4]吴凯.汽车电动助力转向系统及发展[J].汽车工程师，2012（3）：15-16.
[5]王望予．汽车设计[M]．四版.北京：机械工业出版社，2004，8：244-249.