DP-EPS转向系统开发制造及案例分析（240页）

DP-EPS转向系统开发制造及案例分析 1.1动力转向技术的发展 1.2常用助力转向系统介绍 1.3 EPS转向系统的定义 1.4 EPS系统的工作原理 1.5 EPS分类 1.6 EPS齿条力范围及应用 1.7 各型式EPS的性能对比 2.电动转向系统开发流程 2.1 EPS系统设计的流程 2.2 电气功能设计的流程 2.3 软硬件设计流程 3.DP-EPS系统主要元器件 3.1 扭矩传感器功能 3.2 减速机构 3.2 间隙补偿机构 3.3 EPS ECU 主要功能 3.4 电机驱动原理 3.5 EPS系统功能 3.6 失效保护控制 3.7 故障诊断控制 6.5.2 ECU硬件结构 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 6.5.3 ECU外部接线图 3.8.1转向系统布置及校核 6.5.4 ECU硬件架构 3.8.2转向系统的计算分析及校核 6.5.5 ECU软件架构 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 6.5.6 ECU诊断服务 3.8.4 EPS的控制策略分析 7. EPS关键零部件制造方案-减速 3.8.5 EPS标定方法和流程 机构 3.8.6 EPS性能及试验要求 7.1 EPS关键零部件制造方案-蜗轮 3.9执行法规和标准 7.2 EPS关键零部件制造方案-蜗杆 4.1 EPS调试阶段 7.3 EPS关键零部件方案-蜗轮蜗杆 4.2 调试流程 间隙调节机构 5. EPS系统的冗余及案例 8.4壳体加工设备 6. DP-EPS方案说明(主流厂案例3套) 8.5 齿轮加工 6.1 DP-EPS系统整机设计原则 9. DP-EPS方案说明二 6.2 DP-EPS系统结构设计方案 10. DP-EPS方案说明三 6.3 DP-EPS系统参数计算 11. DP-EPS开发周期 6.4 EPS系统关键零部件构成 12. 转向系统潜在失效模式及后果 6.5 电机+控制器一体化方案 分析（DFMEA） 6.5.1 ECU设计方案 13. EPS系统发展趋势 1-1 动力转向技术的发展 HPS SBW EHPS EPS 1-2 常用助力转向系统优缺点 液压助力转向（HPS） 优点： 1）成本低，故障率低，助力范围广 2）路感好 缺点： 1）无随速助力，难以协调轻便性； 2）即使在不转向时，油泵也一直运转， 增加了能量损失； 3）存在渗油与维护问题，提高了保修成本 泄露的液压油对环境污染大。 4）低温工作性能较差。 1-2 常用助力转向系统介绍 电子液压动力转向（EHPS） 优点： 1）可实现随速转向助力 2）采用电动机驱动油泵可以节省能量 缺点： 1）依然存在渗油问题； 2）零件增加，管路复杂； 不便于安装维修及检测； 3）原液压系统上增加了电子系统， 系统更复杂，成本增加； 4）低温工作性能没有改善。 1-2 常用助力转向系统介绍 电动助力转向（EPS） 优点： 1）可以改善转向助力特性， 提高汽车的轻便性和安全性； 2）只有在转向时才提供助力， 能减少能量消耗； 3）零件更少，质量更轻、结构更紧凑， 更易于安装； 4）不存在渗油，免维护，可大大降低保修成本， 减少对环境的污染； 5）比HPS具有更好的低温工作性能。 缺点： 1）助力范围没HPS广； 2）路感不好。 1-2 常用助力转向系统介绍 线控转向（SBW） 优点： 1）可实现多功能全方位的自动控制； 2）利于系统的总布置 3）消除了撞车事故中转向柱后移伤害驾驶员， 提高了碰撞安全性； 4）驾驶员腿部活动空间增加，出入更方便自由。 缺点： 1）复杂的力反馈电机和执行电机的算法； 2）成本较高 1-3 EPS转向系统的定义 EPS = Electric Power assist Steering 电子 动力 助力 转向器 机械系 统 EPS 电控电 动马达 1-4 EPS系统的工作原理 工作原理： 1）转动方向盘（产生转矩） 2）传感器测量出转矩大小和方向，并将其转换成为电信号 3）将电信号传递至电控单元 4）电控单元根据行驶状态以及转矩的大小， 计算出合适的电流输出至电机马达 5）马达转动并通过减速机构，减速增扭后将扭矩传递至转向器端 6）产生转矩（手力转矩+助力转矩）转换为齿条上的摆动力 7）由于齿条摆动力的作用，通过拉杆改变车轮的行进方向 1-5 EPS分类 管柱助力 （C-EPS） EPS 单小齿轮助力 （SP-EPS） 双小齿轮助力 （DP-EPS） 齿条助力 （R-EPS） 1-6 EPS齿条力范围及应用 1-7 各型式EPS的性能对比 C-EPS P-EPS DP-EPS R-EPS R>DP>P>C 助力端离齿条越近，转向轴 刚性变化越小，手感越好 转向感 C>R>DP>P C型跟发动机零件干涉较小， 更有优势 车辆搭载性 C>P>DP>R C型不需要进行防水、耐热和防腐 设计，更有优势 输出力 5 4 3 2 1 0 R>DP>P=C R/DP助力离齿条最近，可实现较大输出力 冲击安全 R=DP>P>C R/DP/P管柱处没有电机等零 件，溃缩时更安全 静音性 R＞DP>P>C 助力单元远离驾驶员，R/DP 更有优势 成本 1-8 转向手感优劣的验证 C-EPS DP-EPS 转向力和助力使用同一传递路径 中间轴和小齿轮刚性形变大 转向力和助力并列 中间轴和手力侧小齿轮刚性形变小 相同转角时，齿条移动的行程 DP-EPS>C-EPS 图3 2-1 EPS系统设计的流程 2-1 EPS系统设计的流程 主机厂 设计输入 供应商 设计方案输出 1）最大齿条力（N） 2）线角传动比（mm/rev） 3）齿条行程 4）方向盘手力要求 5）零部件尺寸硬点 6）安装及接口型式 1）电机参数，尺寸 2）减速机减速比，尺寸 3）齿轮齿条参数 4）元器件布局 齿条输出力F=[2×π×（电机转矩×减速比×减速机效率+手动输入转矩）/线角传动比]×齿轮齿条效率 多种选择 最适用于转向系统 主机厂制定 2-2 电气功能设计的流程 主机厂 设计输入 1）CAN 通讯协议 2）网络管理协议 3）EPS 功能协议 4）失效诊断协议 5）附加功能（APA、LKS等） 6）功能安全法规要求 （ISO26262等） 7）其他开发架构 （AUTOSAR等） 供应商 设计方案输出 最优的控制系统设计 2.3ECU软件设计流程 2-3 软硬件设计流程 ECU软件设计流程 Note： 1）硬件也是按同样的流程进行开发。 2）到量产规格完全固化，进行2~3次V字开发循环，实现最优设计。 3.EPS系统主要元器件 扭矩传感器 减速机构 一体式电机控制器 Motor&ECU 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 3-1 扭矩传感器功能 扭矩传感器特征： 采用磁电式非接触式扭矩传感器，寿命长，可靠性高，延时短 内置2个霍尔IC电路，冗余设计可以准确检测出故障 检测方向盘转矩的大小和方向（方向盘转角的大小和方向） 是EPS系统的控制信号之一。 传感器组件 3-1 扭矩传感器工作原理 （1）永磁体在圆周上均匀分布n对磁场N－S极（一般为8对），磁场呈均匀正弦分布 （2）当永磁体和磁场传导单元发生相对角位移时，磁场传导单元所在位置的空间磁场 发生相应变化（磁通量大小和方向） （3）Hall芯片感应磁场变化，并将其转换成电压信号 零位扭矩位置 通过霍尔芯片的磁通量为零 正扭矩位置 通过T1霍尔芯片的磁通量为正 负扭矩位置 通过T1霍尔芯片的磁通量为负 3-1 扭矩传感器工作原理 非接触式扭矩传感器 隔磁窗 输入轴 扭杆 线圈 输出轴 3.1 扭矩传感器功能 扭矩传感器 转子1 (安装在输入轴上) 转子2 (安装在输出轴上) 简单的机械结构 ECU内部通过转角差值计算得出扭矩值 扭杆 转角传感器 方向盘转角 第二章 转 角 信 号 1,2 转角信号1 方向盘转角 转角信号2 通常传感器测量的角度不超过360°, 而汽车方向盘的的最大角度一般为550左右，仅使用一个传感器 的话，还需要增加一个圈数计数器，这样在断电时会降低系统的可靠性; 解决方法：使用两个从动小齿轮两个从动齿轮设计成不同的齿数。在方向盘转动的过程中，两从动齿 轮会产生转角差值，依据转角差值来计算方向盘的转角。 3-2 减速机构 采用蜗轮蜗杆结构 目的是减速增扭 系统输出转矩=马达转矩×减速比 方案选择： 蜗轮一般采用斜直齿蜗轮 啮合性能好 啮合接触面积大，传动平稳 按照环境要求进行变夹角设计 3-2 间隙补偿机构 1）功能 消除蜗杆涡轮的间隙，避免发生噪音，稳定转矩 2）结构 普通结构 间隙补偿结构 存在间隙或者过大的接触量 元件精度 温度变化 湿度变化 齿轮磨损 通过弹片（65Mn）弹力保证了蜗杆涡轮间的零间隙 3-3 EPS ECU 主要功能 电机驱动 ECU根据输入扭矩，车速信号等其他信息， 输出指令电流驱动电机，提供适当操纵手感的助力 失效保护 判断工作状态是否正常，一旦系统工作异常，将切 断助力，以确保系统的安全 故障诊断 详细记录历史信息，以便对历史故障进行诊断 DP-EPS 3-4 电机驱动原理 ECU根据输入信号，进行内部控制的算法， 输出电机指令电流，驱动电机转动 控制算法 助力电流 控制 其他限制控 制 控制转向手感相关的部分 转向手力和电流值的助力曲线 克服机械系统的摩擦、惯性和使 系统具有阻尼特性的补偿控制 电机指令电流 限制系统输出相关控制 电机、ECU等温度过高时，为保 护电器抑制系统的最大输出电流 当零部件故障时为了回避EPS作 出危险的举动，抑制系统的最大 输出电流 3-5 EPS系统功能介绍 EPS基础功能 EPS高级功能 随车速助力 主动回正 阻尼控制 末端保护 降级保护 多助力模式 启停功能 摩擦补偿 惯性补偿 漂移补偿 在线标定 力矩补偿 EPS可扩展功能 自动泊车APA 车道保持LKS 自动超车/紧急避让 3-5 EPS系统功能介绍 驾驶员转动转向盘 扭矩传感器检测扭矩信号（注意：有的EPS监 控转角信号），并将信号发送给ECU控制单元， 控制单元根据得到的扭矩信号和车速信号，再 根据事先标定好的助力曲线决定电机提供多少 助力（如图2） 电机提供的扭矩由减速齿轮放大，并传递给小 齿轮（Pinion） 驾驶员提供的扭矩和电机提供的扭矩都通过小 齿轮传递给齿条（Rack）,齿条横向移动实现 转向。 3-5 EPS系统功能介绍 多助力模式： 自由切换驾驶员喜欢的驾驶模式 在驾驶过程中安全地进行参数切换 ① 轻便模式-转向手感较轻 ② 舒适模式-默认的转向手感 ③ 运动模式-转向手感较重 3-5 EPS系统功能介绍 APA自动泊车控制 -EPS包含一个位置控制器，允许通过一个外部系统的角度请求来控 制EPS系统 -位置控制器接口可与外部泊车模块通讯，以支持泊车模块的自动 转向 LKS车线保持控制 -通过白线识别车辆的位置，控制分为接近白线时进行提醒、接近 白线时自动进行驾驶辅助，保证不脱离车线 -LKS计算的目标助力扭矩和EPS的助力扭矩进行叠加，使车辆接近 车道中心线 VSC/ESC防侧滑和电子稳定系统 -ESC检测到抱死或侧滑即将发生时，通知EPS施加一个力，在ESC动 作的同时帮助驾驶员进行转向操作 -ESC与EPS协调工作，保证车辆稳定性及驾驶员在制动过程中的信心 3-5 EPS系统功能介绍 EPS功能 3-5 EPS系统功能介绍 功能安全 底盘系统中的电子助力转向系统统是ISO26262中安全级别最高的ASIL D; 转向主要涉及非意图的转向以及突然锁死工况； 3-6 失效保护控制 判断工作状态是否正常，一旦系统工作异常，将切断助力，以确保系统的安全 发生事例: 扭矩传感器回路与GND发生短路（如：线束发生挤压/损伤） 检测到输入扭矩X Nm 输出大量驱动电流给马 达 无失效保护 意想不到的危险 扭矩传感器电 路与GND短路 扭矩传感器电 压跳至0V 扭矩传感器电压超 过限定值，ECU判 定为异常状态 扭矩传感器电压超 过限定值，ECU判定 为异常状态 ECU退出马达驱动，恢复 到手动转向状态（降级） ECU记录下失效代码 有失效保护 转向沉重但是安全 使用冗余硬件或替代信 号使EPS持续的助力 ECU记录下失效代码 有失效保护+备份控制 可以自由安全转向 3-7 故障诊断控制 特点： 故障诊断需全面覆盖，从MCU到传感器到助力电机 持续诊断：上电诊断+轮巡诊断+下电诊断 详细记录：根据诊断功能，可以追溯产品型号、软件版本、生产日期等信息， 根据记录的故障码锁定到发生故障的零部件 EPS警报灯：可指示EPS系统是否正常工作。 EPS警告灯自检后的三种状态： I. 警告灯熄灭。表明系统可正常工作 II. 警告灯常亮。表明系统检测到故障。可借助于故障诊断仪检 查，识别具体故障原因 III. 警告灯闪烁。表明ASP未标定或ASP标定数据故障 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 硬点布置 转向系统潜在NVH噪音； 壳体刚度、装配便捷； 整车布置、轻量化； 3.8.1转向系统布置及校核 DP-EPS 3.8.1转向系统布置及校核 3.8.1转向系统布置及校核 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8 DP-EPS结构设计、性能开发及控制策略 3.8.1转向系统布置及校核 3.8.1转向系统布置及校核 3.8.1转向系统布置及校核 3.8.2转向系统的计算分析及校核 阿克曼几何关系 实际车辆低速行驶时，车辆旋转中心为O点； δ △值一般小于2° 3.8.2转向系统的计算分析及校核 3.8.2转向系统的计算分析及校核 3.8.2转向系统的计算分析及校核 根据总布置最新四驱版本配置轴荷（11.22）输入，取轿车版四驱最 重前轴轴荷1121kg进行匹配计算： ①、轿车平台力矩需求在86.1Nm左右，考虑自动泊车等高级功能， 还需增加0~5Nm助力（不同厂家取值不同），总需求为 86.1~91.1Nm ②、总布置初步估计SUV平台前轴载荷较轿车平台重100~200KG， 力矩需求96.01Nm左右，考虑自动泊车增加0~5Nm助力，总需求 为96.01~101.01Nm 3.8.2转向系统的计算分析及校核 3.8.2转向系统的计算分析及校核 3.8.2转向系统的计算分析及校核 3.8.2转向系统的计算分析及校核 3.8.2转向系统的计算分析及校核 3.8.2转向系统的计算分析及校核 3.8.2转向系统的计算分析及校核 转向系统几何布置 影响转向系统布置的关键人机尺寸 L113:前轮心到踏板面距离X向距离（决定转向机的位置） L11:驾驶员脚后跟到方向盘中心点X向距离 W7: 方向盘中心点在Y向坐标值 A18: 转向管柱轴线与水平面夹角（决定管柱的位置） L7: 方向盘到假人躯干线距离 H13: 方向盘到假人大腿中心线距离 H point: 假人躯干线与假人大腿中心线交点（决定管柱的位置） 第三章 3.8.2 转向系统的计算分析及校核 1. 整车参数 3.8.2 转向系统的计算分析及校核 经过计算可知设计车的转向系统中，作用在转向盘上的最大力、最小转弯 半径等参数可以满足相关法规及使用性能要求。 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 助力特性数据及曲线 横轴为扭矩输入（Nm），纵轴 为控制器助力电流输出（A）， 不同颜色为不同车速下的助力曲 线，对于任意车速下的助力电流， 可根据该参数进行差补计算； 助力曲线 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 回正特性数据及曲线 横坐标为角度信号，单位度。 纵坐标表示为回正电流大小， 单位安培。对于其他车速和角 度，利用差补算法进行计算。 回正曲线 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 阻尼特性数据及曲线 为了防止回正的超调，控制回正速度，引入阻尼控制。汽车在高速行驶中，由于主销后倾角，使得回正力矩很大，引起超调。阻 尼控制是根据电机转速、车速进行逆向电流来抑制的。通过调节阻尼系数，可实现阻尼电流大小的调节； 曲线数据 阻尼曲线 横坐标为车速，单位千米/小时（km/h），不同 车速下，阻尼系数不同，纵坐标为阻尼系数，无 单位，该系数越大，则反向的阻尼电流越大。根 据方向盘的转速选择不同的曲线（kbl、kbm、 kbh 之一）。 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 性能匹配 ◆合理的逻辑算法以到达整车级的要求； ◆低传动摩擦，小传动间隙； ◆平顺、对称的助力特性曲线； ◆高精度并稳定的传感器； 助力曲线 的对称性、 偏差 传感器的 精度及稳 定性 逻辑算法 驱动单元摩擦 及间隙 转向机摩擦 转向机 间隙 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 EPS高级控制功能 SRS补偿功能 主SR动S补循偿迹功功能能 扭矩转向补偿 ◆SRS功能以补偿整车扰动在方向盘的手感； ◆扭矩转向补偿以保持左右驱动轮驱动力不平衡时产生的自动转向； ◆主动循迹功能，提高长途行车的舒适性； ◆作为助力执行机构辅助自动泊车。 辅助自动泊车 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 操纵特性评价 角输入响应特性 力输入响应特性 力矩/转角响应特性 转向功灵敏度特性 典型转向系统主观评价表 客观On-Center测试 转向系统会影响绝大部分转向时的感觉 →“路感” “路感”很容易被客户感知 → “xx车高速开起来很稳，xx车一到高速方向就飘” 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 转向特性性能达成路径 静态力矩、低速转向力 力矩要求 1、静态力矩：通过中心区的方向盘力矩平 均值在3.5±0.5Nm； 2、静态最大转向力矩:﹤6Nm； 3、低速转向力：通过中心区的方向盘力矩 平均值在2.5±0.5Nm； 达成路径 1、DVP需按要求满足3.5±0.5Nm要求； 2、装配产线力矩全检且可追溯，要求 3±0.5Nm 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 转向特性性能达成路径 低速小角度转向回正 低速小角度转向回正(30km/h,0.1g) 达成路径 1、方向盘残留角：左右均≤15°； 2、初始回正速度:70°/s-110°/s； 1、EPS自带相对角度传感器或取整车绝对角 度信号，可很好的控制回正性能（回正力及残 余角），匹配时可进行调整优化 转向性3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 转向特性性能达成路径 转角迟滞 转角迟滞 达成路径 1、方向盘力矩为0时方向盘转角需在0°-10° 范围内 1、转向系统自由间隙（包含花键间隙、万向 节角间隙、齿轮齿条啮合间隙）控制在规定范 围，从而满足0Nm自由转角要求 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 转向特性性能达成路径 转向刚度 转向刚度 达成路径 1、±10%方向盘转角区域内的力矩平均梯度 1、EPS内部ECU软件进行基层架构设计时考 在（0.19-0.37）Nm/deg 虑，匹配时可进行调整优化 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 转向特性性能达成路径 转向干摩擦 转向刚度 1、转角为0时方向盘力矩≤2Nm 达成路径 1、EPS内部ECU软件进行基层架构设计时考 虑，匹配时可进行调整优化 3.8.3整车转向性能开发、主观评价及客观测试 操稳平顺性能（转向相关）达成路径 转向瞬态响应、沟渠效应、中心区响应 转弯直径要求及方向盘圈数要求 达成路径 1、转弯直径不大于12米； 2、方向盘圈数不大于2.8圈 1、通过理论计算，选择满足转向性能要求的齿条行 程和方向盘圈数（即转向系统传动比）； 2、实车匹配之后再根据需求调整传动比（一般调整 量不会太大） 3.8.4 EPS的控制策略分析 EPS系统需要根据车速，转向盘转矩给定合适的助力 加装EPS的转向系统会增加回正时的摩擦阻力，需进行摩擦补偿控制 避免高速转向时回正超调，需进行阻尼控制 为了减小 EPS 系统电机减速器总成的惯量影响,提高快速转向响应能力，需进行惯性控制 为避免高温环境下继续以较大电流助力，超出半导体器件以及电机所能承受的极限状态，则根 据温度信号对电机助力电流进行限制，需进行超载保护控制 3.8.4 EPS的控制策略分析 3.8.4 EPS的控制策略分析 3.8.4 EPS的控制策略分析 车辆EPS控制策略 EPS系统的控制策略主要有三种形式，对应为基本助力控制、回正控制、阻尼控制。基 本助力控制主要是为了降低转向时驾驶员所需提供的方向盘力矩；回正控制主要是为了 改善装载有 EPS 系统汽车的回正性能；阻尼控制主要是为了提高汽车高速行驶时的操纵 稳定性。由于 EPS 系统在汽车行驶时处于基本助力控制的时间最长、最能影响驾驶体验， 因此它是 EPS 系统中最主要、最关键的控制模式。 3.8.4 EPS的控制策略分析 3.8.5 EPS标定方法和流程 检测参数： 转向盘扭矩 转向盘转速和方向 当前车速 实际电流值（反馈信号） 标定参数： 助力增益 主动回正系数 力矩微分系数 阻尼补偿系数 惯性补偿系数 摩擦补偿系数 标定目的：在一定的车速下对上述EPS参数调整、优化并确定最终电动助力转 向系统的各种运行控制参数，最终达到所要求的性能。 3.8.5 EPS标定方法和流程 3.8.5 EPS标定方法和流程 3.8.5 EPS标定方法和流程 3.8.5 EPS标定方法和流程 3.8.5 EPS标定方法和流程 标定系统设备 标定软件平台 车速传感器 转向盘扭矩传感器 电机电流传感器 3.8.5 EPS标定方法和流程 EPS助力特性的标定 从坐标原点到T1之 间为无助力区。 T1到T2之间为助力 可变区。 T2之后为助力饱和 区。 T1—启动助力时的操纵力 矩 T2—驾驶员在恒定车速下 可提供的最大力矩 3.8.5 EPS标定方法和流程 标定需确定T1，T2，斜率K T1可由实验获得，如某轿车为1NM T2经验值确定 不同车速下斜率K的确定： K = Ts max T2 T1 Tz max = Thmax + Ts max T 助力电机在某恒定车速下应输出的最大助力矩 s max T 无助力时转向盘上的最大输入力矩，可通过试验求得 z max Thmax 有助力时转向盘上由驾驶员提供的最大力矩，等于T2 3.8.5 EPS标定方法和流程 EPS 系统参数标定取值范围 助力增益： 0—2 主动回正系数：0—3 力矩微分系数：0—0.2 阻尼补偿系数：0—0.02 惯性补偿系数：0—0.002 摩擦补偿系数：0—2 3.8.5 EPS标定方法和流程 实验评判标准 主动回正系数：不同车速段，方向盘恰好回正，没有不足也不回 正超调。 力矩微分系数：不同车速段，加速转向系统的动态响应，且保证 高速时不发飘。 阻尼补偿系数：不同车速段，改善路感，高速时加重方向盘，不 平路面抑制横摆振动。 惯性补偿系数：不同车速段，提供力矩补偿，角加速度不等于0时， 进行动态补偿。 摩擦补偿系数：消除转向过程中摩擦对人的不利影响，却能利用 在回正等有利情形下的摩擦特性。 3.8.5 EPS标定方法和流程 标定评价 道路主观评价： 主要根据试车员的主观感觉对 EPS 系统辅转矩大小及转 向顺滑性参数进行调整。 道路试验客观评价： 原地转向轻便性试验 蛇行试验 稳态回转试验 3.8.6 EPS性能及试验要求 3.8.6 EPS性能及试验要求 3.8.6 EPS性能及试验要求 3.8.6 EPS性能及试验要求 功能试验 将被试装置安装在试验台架上，在输出端施加相当于汽车最大转向阻力的1/4载荷，在 0~到最高车速范围内、按5~20Km/h车速间隔试验。在向两个方向手动匀速转动转向 盘的同时，在全行程内感觉工作是否平滑、连续及转向盘有无振动；转向盘转至任意角 度停下时,输入端不应有惯性延时现象。 输入、输出特性试验 将被试装置安装在试验台架上，系统正常工作，把输出端刚性固定或加弹性载荷，设定 不同车速(从0Km/h至最高速，间隔5~20km/h)分别向两个方向匀速转动输入轴，转到 输入力矩/力至设定值为止，同时纪录各个车速下输入力矩与输出力矩/力关系曲线 助力电流特性试验 将被试装置安装在试验台架上，系统正常工作，匀速转动转向盘，使输出端载荷达到额 定载荷，设定不同车速（从0km/h至最高车速，间隔5~20km/h），记录输入载荷与电 流变化关系 3.8.6 EPS性能及试验要求 反向冲击特性试验 将被试装置安装在试验台架上，系统正常工作，当转向盘处于直线行驶位置时，在 转向器输出端施加额定输出力的40%冲击载荷，时间不超过10毫秒，记录冲击时的 电流响应时间和方向，测出转向盘所转动的角度。 转动力矩特性试验 将被试装置安装于试验台架上，输出轴应处于无负载状态。 1）在汽车点火开关关闭状态下，输入轴以6±1r/min的转速从起始位置(0°位置)， 顺时针转动到90%最大转角，然后再反向转动到90%最大转角，再顺时针转回到 起始位置。记录并绘制转动力矩曲线 2）在汽车点火开关开启状态下，重复上述试验并绘制转动力矩曲线 3）模拟车速点火开关开启状态下，保持5s，测试输入、出轴力矩/力 回正试验 将被试装置安装在试验台架上，系统正常工作，车速分别在20Km/h和80km/h时， 转动转向盘转至最大角度时松开，在弹性力作用下使其自由回正，然后反方向再作 一遍。做Mθ曲线,检查回正曲线情况。 3.8.6 EPS性能及试验要求 3.9执行法规和标准 执行和参照的标准 GB 17675-1999 汽车转向系基本要求 GB/T 528-2009 硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定 GB/T 531.1-2008 硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法 GB/T 1690-2010 硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法 GB/T 4208-2017 外壳防护等级（IP代码） GB/T 4942.1-2006 旋转电机整体结构的防护等级(IP代码)-分级 GB/T 7762-2014 硫化橡胶或热塑性橡胶 耐臭氧龟裂 静态拉伸试验 GB/T 10125-2012 人造气氛腐蚀试验 盐雾试验 GB/T 12534-1990 汽车道路试验方法通则 GB/T 17619-1998 机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法 GB/T 30512-2014 汽车禁用物质要求 QC/T 484-1999 汽车油漆涂层 QC/T 648-2015 汽车转向拉杆总成性能要求及试验方法 QC/T 649-2013 汽车转向操纵机构性能要求及试验方法 QC/T 941-2013 汽车材料中汞的检测方法 QC/T 942-2013 汽车材料中六价铬的检测方法 QC/T 943-2013 汽车材料中铅、镉的检测方法 QC/T 944-2013 汽车材料中多溴联苯（PBBs）和多溴二苯醚（PBDEs）的检测方法 QC/T 29096-2014 汽车转向器总成台架试验方法 QC/T 29097-2014 汽车转向器总成技术要求 3.9执行法规和标准 关于禁限物质要求 零部件所用材料应满足GB/T 30512-2014《汽车禁用物质要求》的规定； 提交零部件的CAMDS数据作为通过PPAP (PSW)的必要条件（注释： 通过 EWVTA认证需要CAMDS数据支持，而通过EWVTA认证为出口欧盟的必要条件 之一）； 提交禁限用物质（暂定铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯（PBBs）、多溴二苯 醚（PBDEs）等六种物质）的合格测试报告作为通过PPAP (PSW)的必要条件。 （注释： 提交合格测试报告是保证CAMDS数据正确的条件之一） 4-1 EPS调试阶段 阶段 1 2 3 4 车辆状态 骡子车 手工样件车 工装车 量产车 调试阶段 EPS状态 目的 设计验证状态 验证整车的转向系统和EPS能 力 DV/PV样件 进行初版EPS调试 非销售样件 销售样件 为小批量生产进行精细调试 为量产进行精细调试 调试周期 6周 24周（新开发） 6周（沿用件） 6周 6周 Note: 1、供应商调试保证调试参数的稳定性； 2、每个阶段都需要主机厂性能工程师进行驾乘评价，以达到车辆目标的转向手感。 4-2 调试流程 车辆功 能检查 齿条力 测量 车辆扫 频 稳定性 验证 高速标 定 中速标 定 低速标 定 静态标 定 高级功 能标定 整体性 能标定 标定客 户检讨 批准和 发放 5. EPS系统的冗余及案例 先进智能底盘系统-双冗余转向 双冗余转向 普通转向 项目 普通系统 双冗余系统 电机 控制器 3相 单控制器 12相 双控制器 电源 单电源 双电源 通信 单通道 双通道 安全等 级 ASIL B (700 FIT*) ASIL D (10 FIT*) *正常工作的产品在10^9h内，出现一次故障为1 FIT 6. DP-EPS方案说明一 6. DP-EPS方案说明一 6. DP-EPS方案说明一 系统设计方案 DP-EPS 额定推力9800N 齿条行程167mm 平台推力可至11500N 6. DP-EPS方案说明一 车辆输入及特殊要求 DP-EPS，最大齿条力9800N，无刷电机驱动， 非接触式传感器（Hella扭矩 +转角一体式）， ECU最大电流120A，通讯方式 CAN-BUS，带主动回正功能 可根据客户进行ADAS功能拓展 6. DP-EPS方案说明一 可实现功能 6.1 DP-EPS系统整机设计原则 本项目采用双小齿轮助力方式（DP-EPS），助力机构安装在转向器 齿条部位； 电 机：防水无刷电机（日本电产凯宇电机与北京奥 特尼克控制器集成） 控 制 器：防水无刷一体式控制器（北京奥特尼克） 传 感 器：扭矩+角度一体式传感器（Hella） 减速机构： 20.5减速比带间隙补偿机构（杭州新世宝） 转向器壳体： 一体式壳体（杭州新世宝） 品质保障：杭州新世宝 6.2 DP-EPS系统结构设计方案 整机结构形式： DP-EPS 控制系统类型：无刷电机驱动、电机+控制器一体式 电 机：永磁式无刷、 650W（12V、120A)、防水 传感器：非接触式传感器（Hella 扭矩+角度一体式） 控制器：无刷控制， 120A，CAN-BUS、防水 6.3 DP-EPS系统参数计算 6.4 EPS系统关键零部件构成 6.5 电机+控制器一体化方案 6.5 电机+控制器一体化方案 6. DP-EPS方案说明 6.5 电机+控制器一体化方案 6.5 电机+控制器一体化方案 6.5 电机+控制器一体化方案 6.5.1 ECU设计方案 6.5.2 ECU硬件结构 6.5.3 ECU外部接线图 6.5.4 ECU硬件架构 6.5.5 ECU软件架构 6.5.5 ECU软件架构 6.5.5 ECU软件架构 6.5.6 ECU诊断服务 6.5.6 ECU诊断服务 6.5.6 ECU诊断服务 7. EPS关键零部件制造方案-减速机构 7.1 EPS关键零部件制造方案-蜗轮 7.2 EPS关键零部件制造方案-蜗杆 7.3 EPS关键零部件方案-蜗轮蜗杆间隙调节机构 7.3 EPS关键零部件方案-蜗轮蜗杆间隙调节机构 7.3 EPS关键零部件方案-蜗轮蜗杆间隙调节机构 7.3 EPS关键零部件方案-蜗轮蜗杆间隙调节机构 7.3 EPS关键零部件方案-蜗轮蜗杆间隙调节机构 7.3 EPS关键零部件方案-蜗轮蜗杆间隙调节机构 齿轮齿条间隙调节机构零部件 1、通过调整弹簧压力，调整齿条和齿轮间的啮合间隙，在齿条运行过程中实时进 行补偿。 2、压块塞端面增加O型圈，在压块塞及齿条压块间起到缓冲作用，解决车辆过颠 簸 路面时产生的方向机异响问题。 7.3 EPS关键零部件方案-蜗轮蜗杆间隙调节机构 8.4 壳体加工设备 8.4壳体加工设备 8.5 齿轮加工 8.5 齿轮加工 8.5 齿轮加工 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 红色边框为关键工序 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 传感器分类 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 9. DP-EPS方案说明二 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 10. DP-EPS方案说明三 供应商架构及成本 方案 方案 底盘转向系统布置图片 转向结构形式 预估单车成本（元） 开发成本（元） 预估重量（KG） 开发周期（月） 力矩需求（Nm） 供应商资源 平台化考虑 优缺点 DP-EPS+机械调节转向柱（前置梯形） 1750+300 100~500万左右（不同厂家差异较大） 21.5左右 18左右 86.1~91.1，DP型可提供105Nm左右 DP-EPS：豫北、恒隆、昌辉（均为有意向的供应商，昌辉数据布置相对困难） 机械转向柱：恒隆、四平、驰力（均为有意向的供应商） DP-EPS可同时满足轿车平台和SUV平台助力需求 1、DP型助力范围比C型大，可提供更优良的转向性能，； 2、DP型搭载性能比C型更好； 3、DP型处于驾驶舱外，噪音性能较C型更好; 4、后期可搭载电动调节配置。 备注 供应商架构 1.豫北转向105Nm左右，可同时满足轿车及SUV平台需求 2.荆州恒隆110Nm左右，可同时满足轿车及SUV平台需求 3.黄山昌辉110Nm左右，可同时满足轿车及SUV平台需求，但 零部件占用空间较大。 一、黔隆I号底盘平台架构 11. DP-EPS开发周期 转向系统方案开发周期 DP-EPS开发 周期，20个 月左右 2个月 2个月 3个月 1个月 2个月 1个月 3个月 1个月 3个月 4个月 数据架构确 认，TG0数 据发布 TG1数据 发布，供 应商定点 TG2数据 发布， OTT签署 EP0样件提 供，EPS标 定初始轮标 定开始 DV试验， 模具开 发完成 EPS标定 初始轮软 件释放 ，EP1样 件到位 EP1底盘 可靠性验 证; EPS第 一轮标定 开始 EPS第一轮 标定软件释 放完成，路 试第一轮验 证，PV试 验 EPS第二轮 标定开始 EPS标定第 二轮软件释 放完成，路 试第二轮验 证 PSW签署 11. DP-EPS开发周期 12. 转向系统潜在失效模式及后果分析（DFMEA） 12. 转向系统潜在失效模式及后果分析（DFMEA） 12. 转向系统潜在失效模式及后果分析（DFMEA） 12. 转向系统潜在失效模式及后果分析（DFMEA） EPS系13统. E发PS展系趋统势发展趋势 1 助力转向系统发展趋势 HPS 液压助力转向 EHPS 电子液压助力转向 EPS 电动助力转向 ① HPS和EHPS，因环保和转向性能要求越来越高，乘用车市场已基本淘汰； ② SBW为未来发展方向，能全方位实现更高要求的自动控制； ③ EPS为现阶段乘用车最主流的应用市场，主要分为以下几个部分： C-EPS 管柱式电动助力系统，目前国内市场应用最广泛的系统之一，但中大型车和电动车较受限制； P-EPS 单小齿轮式电动助力系统，除中小车型外还可以应用大部分中大型车和电动车上； DP-EPS 双小齿轮式电动助力系统，可以应用到大部分中大型车和电动车上，成本较R-EPS低； R-EPS 齿条式电动助力系统，可以提供的输出力更大、转向感更好，但成本较高； 2 转向系统功能发展趋势 EPS基础功能 EPS高级功能 EPS扩展功能 随车速助力 主动回正 横摆阻尼控制 路面干扰补偿 行程末端保护 过热保护 多助力模式 启停功能 摩擦补偿 惯性补偿 跑偏补偿 稳定性补偿 扭矩转向补偿 自动泊车 车道保持 车道居中 自动变线 …… SBW 线控转向 13. EPS系统发展趋势 13. EPS系统发展趋势 13. EPS系统发展趋势 13. EPS系统发展趋势 13. EPS系统发展趋势 13. EPS系统发展趋势 7.7 线控转向系统 随着汽车技术的日益革新，在转向方面， 各公司与科研机构取得了长足进步。汽车动力 转向系统的发展从最初的机械转向和液压助力 转向，发展为电动助力转向。但为了进一步地 提高各项性能，目前各大机构和企业都着手研 究关于线控转向方面的 技术。 线控转向系统即用电信号的传递与控制代 替传统转向系统中的机械连接结构。同时转向 时方向盘上的阻力矩也由电机模拟产生，可以 自由地设计转向系统的角传递特性和力传递特 性。在改善路感、改善转向特性、提高稳定性 和安全性方面有明显优势，并且有利于底盘一 体化集成控制。。 7.7.1线控转向结构组成 线控转向系统组成如图7-78所示。线控转向系 统在工作的过程中，转向盘和转向执行器之间没有 机械连接，根据转向功能可以划分为路感模拟子系 统，转向执行子系统，控制器及线束子系统，电源 子系统 4 个部分。 路感模拟子系统由方向盘、路感反馈电机、扭杆、 转矩转角传感器和蜗轮蜗杆减速器组成；转向执行子系 统主要包括转向执行电机、齿轮齿条减速器、齿条位置 传感器和转向拉杆；控制器及线束子系统主要包括路感 反馈控制器、转向执行控制器、通讯总线线束及相关传 感器线束。路感反馈控制器获取车辆运动状态信息(如 车速、横摆角速度和轮速信号等)、转向执行控制器信 息(齿条位置和转向电机电流等)、方向盘转角和方向盘 转矩信号，通过控制路感反馈作动器实现路感反馈功能 、方向盘主动回正功能以及更高级的行车功能(如车道 保持功能)；转向控制器接受方向盘转向指令和车辆状 态信息，对车辆行驶状态和驾驶员指令进行判断，可以 实现随动转向功能，在智能化较高的车辆上，可以实现 紧急避障功能、自动泊车和主动前轮转向等高级功能。 在功能安全方面，在各个控制器中都要实现故障诊断、 冗余切换和传感器信息诊断功能。 线控转向系统的设计需要在舒适性、安全性以及成 本上均衡，从而提出多种系统构型。典型构型可以根据 是否有机械备份、转向执行电机的数量、路感反馈作动 器的选择，转向轮的布置和电机的绕组数量进行分类。 机械备份是采用电磁离合器实现的，主要有两个功能， 一是安全冗余的功能，二是方向盘零位对正的功能。为 了提高转向的功能安全级别，目前有两种提高转向电机 安全性的方法，第一种利用双电机转向器替换当前的单 电机转向器，另一种方法是增加单电机的绕组数，利用 六相永磁同步电机替换当前的三相永磁同步电机。近年 来，为了提高车辆的动力学性能和安全性，提出多种转 向形式，包括前轮独立转向、后轮随动转向、四轮独立 转向以及差动转向。 7.7.2路感反馈控制策略 路感反馈控制策略分为反馈力矩计算和主动回正两个部分。反馈力矩计算分为路感反馈力矩计算和力矩控制两 层;主动回正包括回正逻辑判断和回正过程控制。 1. 反馈力矩计算 路感反馈控制的目的是让驾驶员转向操纵轻松且稳定，同时让驾驶员感受到车辆的行驶状态和路面情况，以 便于驾驶员做出更佳的转向策略。线控转向路感反馈需要一定的保真模型以保证转向的真实性和舒适性。得益于 电力电子技术的发展，电机的响应带宽和控制精度大大提高，使得模拟出上述的路感是完全可行的。路感反馈控 制策略可以分为两层，第一层是路感反馈力矩计算，第二层是路感反馈作动器闭环控制。电机电流闭环控制的方 案相对成熟，路感反馈力矩计算一直是研究的重点。路感反馈力矩计算需要多方面的考虑，如信号计算的实时性 、快速性、降低手感波动和反映真实路况等。路感反馈力矩由3个部分组成，理想路感反馈力矩、机械系统补偿 力矩和主动回正力矩。理想路感反馈力矩计算方法主要包括 4 种。 13. EPS系统发展趋势 ●传感器测量的方法。通过传感器测量齿条力大小，齿条力中包括路面条件、回正力矩以及轮胎特性等信息，从而保证路 感的真实性，然而力传感器的价格昂贵，转向系统的成本增加。 ●参数拟合的方法。可以直接构建反馈力矩关于方向盘转角或者是方向盘转角和方向盘转速的 MAP 图，常常用于驾驶模拟 器等简单的应用场景。也可以选取车速信号和方向盘转角信号两个参数，定义反馈力矩和方向盘转角存在可变刚度，同时 把反馈力矩设计成车速的多项式函数，形成反馈力矩关于车速和方向盘角度的 MAP 图。参数拟合的方法计算简单，实时性 高，但缺乏路面信息和真实工况的反馈。 ●车辆动力学计算法。通过获取车辆运动状态信息，计算得到反馈力矩。部分学者估算轮胎回正力矩及设计助力系数计算 得到反馈力矩。估算回正力矩主要存在2类方法，第1类通过质心侧偏角估计，结合车辆横摆角速度、车速和方向盘转角信 号得到轮胎侧偏角，利用经验轮胎模型得到轮胎回正力矩；第 2 类是通过多体动力学软件与MATLAB/Simulink 联合建模， 利用悬架和轮胎的弹性动力学计算得到轮胎回正力矩，再结合转向系统的动力学模型计算出反馈力矩。 ●齿条力估计法。采用齿条力估计法有两个原因，单纯由车速信号和方向盘转角信号或者是车辆状态信息得到的反馈力矩 ，驾驶员无法从手感中判断路面信息，甚至是碰到减速带和路缘，驾驶员也无法做出正确的判断;另一方面是力传感器的成 本较高，采用电流传感器和齿条位置传感器成本较低，用转向执行电机电流和齿条位置估算齿条力可以达到齿条力观测精 度和快速性需求，然后结合电动助力转向的助力策略计算出反馈力矩。齿条力估计法，可以反映真实路面，实时性较好。 13. EPS系统发展趋势 2. 路感评价 转向路感客观评价一直是重要的挑战，有学者将转向过程分为驾驶员主导的转 向阶段和车辆主导的转向阶段。对应上述两个转向阶段，设置了四个准则。前两 个准则设定在驾驶员主导转向阶段，反馈力矩应在驾驶员打算转弯时告知驾驶员 线控系统被激活；当驾驶员进入稳定的弯道转向，反馈力矩应当告知驾驶员转向 过程完成；第三个准则产生于车辆主导转向的过程，反馈力矩应始终如一地引导 驾驶员返回直线行驶状态；最后的准则设定转向的所有过程，即反馈力矩在任何 驾驶条件下，不能影响驾驶员的转向操纵感。除了上述相对定性的客观评价，定 量的客观评价包括转向灵敏度、回正能力、中心位置感觉，转向力矩线性度、有 效力矩刚度和最大转向力矩。 路感反馈作动器扭矩控制的评价标准是反馈力矩的跟随性及路感模拟子系统的 鲁棒稳定性。为了提高反馈力矩的跟随性，主要有开环控制和闭环控制两种方法 ，如图7-79所示，开环控制利用方向盘转角和转矩信号产生前馈补偿力矩，用以补 偿机械系统固有摩擦力矩、阻尼力矩和转动过程引起的惯量力矩。闭环控制系统 的设计要更加复杂，转向力矩传感器比较灵敏，作为反馈容易使转向系统震荡。 扭矩闭环的控制方法多采用比例积分控制方法，结合前馈控制实现更好的控制效 果；也有采用滑模控制方法实现期望扭矩跟踪。 13. EPS系统发展趋势 3. 主动回正逻辑设计 主动回正逻辑如图7-80 所示，车辆低速行驶时， 反馈力矩小，车辆趋于回正不足；在高速行驶时，车 辆横摆阻尼减小，车辆趋于回正超调。 转向系统具备回正功能，可以减少驾驶员的转向 负荷，回正功能包括回正逻辑判断和回正过程控制。 回正逻辑判断要求准确，滞后小，回正判断条件包括 驾驶员手力变化、方向盘转角大小及转速方向，分为 撒手回正和手扶方向盘回正。回正过程要求平顺、快 速，高速行驶不能回正超调，低速行驶避免回正不足 。在改善车辆的回正性能下，确保不影响驾驶员操纵 手感。有研究者采用扩展Kalman滤波对车辆的附着系 数进行实时估计，从而根据路面附着情况精细的调节 回正电流，进行回正控制。 13. EPS系统发展趋势 1.位置伺服控制 转向执行控制器转角指令来自驾驶员和车辆稳定性控制器，驾驶员转 动方向盘实现循迹的目标，车辆稳定性控制器为实现可变传动比和主动前 轮转向的功能，修正驾驶员的转角指令。然后转向执行控制器控制转向作 动器实现转角伺服的功能。乘用车转向作动器的选择包括直流电机、直流 无刷电机、永磁同步电机。 永磁同步电机的功率密度高、扭矩波动小及输出扭矩大，逐渐成为转 向执行器的第一选择，为满足所有工况，转向电机的功率需在500～ 1000W。位置跟踪控制是相对成熟的技术，但是车辆是高速运动物体，情 况复杂，导致转向负载变化较大，位置跟踪控制器需有较高的鲁棒性及自 适应能力。常见的控制方法仍然是比例-积分-微分控制(PID)，为了提高位 置跟踪的精度和快速性，部分研究者在 PID 控制的基础上引入负载观测器 。位置跟踪控制通常包括位置-转速-电流三环。如图7-81所示，其中基于 模型的智能控制方法为降低反馈增益及减小外部模型的干扰，增加负载观 测器充当前馈通道。观测器的设计采用鲁棒观测器、滑模观测器、卡尔曼 滤波、扩展卡尔曼滤波以及最常用的低通滤波和高通滤波方法。 13. EPS系统发展趋势 2.双电机协同控制 在线控转向系统中，方向盘与轮胎之间没有机械连接 ，传感器和作动器发生错误可能会导致转向失败。有些研 究者采用双电机框架来提高转向系统的安全性。双电机转 向系统，可以在单点故障时候，继续维持转向系统；另外 双电机协同工作可以提供更大的扭矩，可以用于轻型商用 车。双电机的控制策略分为两种，第一种是主从控制 (master-slave)的形式，当主电机失效，从电机可以快速准 确的接管，从电机干预时间远小于驾驶员反应时间，对驾 驶员的操纵感觉影响较小；第二种是双电机协同控制，协 同控制的难点是速度同步。利用两执行电机的速度偏差得 到偏差电流叠加到双电机执行器上，从而实现良好的速度 同步效果。双电机的控制逻辑如图7-82 所示。 转角执行跟踪的评价方法主要有时域和频域两种评价 方法。在时域上，包括稳态误差、最大转角速度、上升时 间等参数。在频域上，包括带宽、剪切频率、稳定裕度以 及稳态幅值增益等参数。 13. EPS系统发展趋势 7.7.4主动前轮转向控制策略 在电动助力转向中，方向盘和前轮之间存在机械连接 ，主动转向控制和驾驶员的转向操纵之间存在干扰；在线 控转向中，驾驶员转向操纵与前轮转向分开，易于实现主 动前轮转向的功能。相对于直接横摆力矩控制，主动前轮 转向在不影响纵向运动的同时改变侧向和横摆运动，可以 提高驾驶的舒适性。主动前轮转向是基于驾驶员意图的提 前主动控制策略，如在对开路面制动，可以减小制动距离 、减小侧向距离偏移、减小横摆角的残留及降低驾驶员的 操作负担。主动前轮转向可以用于优化轮胎侧向力，以保 证在紧急转向中更多轮胎附着力可以用于纵向运动控制， 从而提高车辆在紧急工况下的稳定性。主动前轮转向主要 存在于紧急工况，体现于瞬态过程。为了提高正常工况的 操纵性，可变传动比也是一种重要的转向策略。 1.可变传动比 当车辆传动比几乎是固定值，在车辆低速行驶时，较 大的方向盘角度会增加驾驶员的工作量，特别是在方向角 变化较大的操纵(如泊车)情况下；在高速行驶时，相对较 小的转向角输入会产生较大的侧向加速度，而较大的侧向 加速度增益需要驾驶员进行更为细致的转向操作，以维持 车辆的直线行驶和换道行为，增加精神上的负担。在线控 转向系统中，转向系统的传动比被设计随车速变化，可以 提高车辆在低速和高速行驶下的操纵性。可变传动比的设 计要参考方向盘转角大小，在恒定行驶车速下，横摆角速 度增益随着方向盘转角的增大而减小，会降低转弯时的操 纵性，从而传动比的设计也要随方向盘转角动态变化。图 7-83为可变传动比的 MAP 图。 13. EPS系统发展趋势 2. 车辆稳定性控制 车辆稳定性控制分为三步：一是参考模型 的选取，二是被控参数的选取，三是控制方法 。参考模型的选取主要是线性二自由度模型， 为了提高参考模型在轮胎非线性的真实性，有 学者提出基于经验轮胎模型的非线性二自由度 模型和多自由度非线性模型。为了提高被控参 数跟踪的平顺性，在参考模型输出后加上一阶 惯性环节或者二阶阻尼环节。被控参数选取一 般为横摆角速度，质心侧偏角和侧向加速度。 为了应对复杂行驶工况、参数时变及被控对象 的不确定性，越来越多的控制方法用于侧向稳 定性控制中。 零部件装配维修性分析报告 零部件装配维修性分析报告 13. EPS系统发展趋势