Ta Km (m gm
xr ) rp
电动机助力力矩
Tm Ki Ie
电动机电磁转矩
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16.4电动助力转向系统
关键技术 • 助力特性的概念
助力特性是指助力随汽 车运动状况（车速和转向盘 手力）变化而变化的规律。
I 直线行驶区 II 强路感区
III 轻便转向区
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10
16.4电动助力转向系统
关键技术
• EPS对助力特性的基本要求
4) 在转向盘输入力矩达到驾驶员体力极限的区域时，
应尽可能发挥较大的助力 效果。
5) 随着车速的增高，助力应减小。 6) 符合国家标准对动力转向作用在转向盘上的动系统的组成 转向振动系统主要由转向杆系、转向轮、转向器以及悬架和簧载质量 组成。建模之前，做如下假设： 1)将转向系统简化为总体扭转刚度系数Ks表示的单自由度系统。并假 定系统质量集中于转向盘，驾驶员控制的转向盘固定不动；
K SC K SL KS 2 is K SC K SL
4) 环保性
5) 低温工作性能好
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16.4电动助力转向系统
概述
EPS系统根据电动机助力位置的不同，可以分为：转向轴助力式、齿 轮助力式、齿条助力式三种 ：
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16.4电动助力转向系统
电动助力转向系统建模
假定转向盘固定，以齿条所受地面冲击为 输入，并以转向盘固定不动所需的力矩为 输出。
x r ) T J C K ( g m m m m m mr m m p x 1 K g xr M xr F C xr K x ( K s r ) m m (g ) r tr r r r m rp m rp rp rp
16.3四轮转向系统
动力学分析 4ws
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16.3四轮转向系统
动力学分析
正的 2 具有增加车辆不足转向的作用，并使某些 处于过度转向的车辆超过临界转速后也能保持稳定。
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16.3四轮转向系统
动力学分析
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16.3四轮转向系统
动力学分析
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16.4电动助力转向系统
概述
电动助力转向系统(Electric Power Steering System ,EPS)是在机械式转向 系统的基础上，用电池作能源，电动机为动力装置，直接依靠电动机提供辅 助转矩的动力转向系统。
整个系统由转矩传感器、车速传感器、电控单元、助力电机、减速机构等几部分组成。
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16.4电动助力转向系统
概述
工作原理: 转向盘转动时，转矩传感器检测转向盘转矩的大小和方向，产 生一个转矩电信号；同时，车速传感器也产生一个车速电信号。转矩信号和车 速信号传给控制单元，控制单元根据转矩信号和车速信号并通过一定的控制算 法决定助力电机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时控制助力转向。
低速时行驶轨迹对比
高速时行驶轨迹对比
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16.3四轮转向系统
转向运动学分析
假设4ws系统对后轮转向的控制策略为
r f
0
为前、后轮转向角的比例系数，负号表示前后轮转向方向相反。
假设前、后轮转向角非常小，转弯半径足够大，则有：
L R0 tan f R0 tan r
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转向盘转矩越大，助力电机提供的助力力矩也越大，提高汽车的转向轻便 性；同时，控制单元根据车速的大小来控制路感，车速低时提供较大的助力， 15 车速高时提供较小的助力，增强驾驶员的路感。
16.4电动助力转向系统
概述
电动助力转向系统具有以下优点：
1) 降低了燃油消耗 2) 提供可变的助力特性
3) 系统结构简单，占用空间小，方便安装
典型转向系统结构
3
16.1转向系统结构及转向几何学
□转向几何学 阿克曼转向几何原理 cot o cot i tkp / L
i 为内侧转向轮转 o 为外侧转向轮转角， 角， L 为车辆轴距， tkp 为两主销轴线与
地面交点间的距离。 车辆转向时，满足上式，车轮才作纯滚动。 实际的内、外轮转角关系曲线通常在平行 几何关系曲线和阿克曼几何关系曲线之间 变化。
w
Ks I kp K SC K SL I kp (is2 K SC K SL )
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16.3四轮转向系统
概述
四轮转向的基本原理是：利用车辆行驶中的某些信息来控制后轮的转角输入， 以提高车辆的操纵性和稳定性。 □低速时，为减小转弯半径，后轮转向方向与前轮相反，即“反相转向”。 □高速转向时，为提高车辆的稳定性和加快车辆的侧向响应速度，后轮将产生 与前轮同向的转角，即“同相转向”。
汽车系统动力学
主讲：胡爱军
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第十六章
16.2转向系统振动分析 16.3四轮转向系统 16.4电动助力转向系统
转向系统动力学及控制
16.1转向系统结构及转向几何学
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16.1转向系统结构及转向几何学
□转向系统结构 车辆转向时，为获得左右不等的转向角，转向杆系构成的几何形 状通常设计成不等边四边形，称做“转向梯形”，通过转向梯形 使两侧转向轮绕主销转动，实现车辆转向的目的。
关键技术
• EPS对助力特性的基本要求
1) 当转向盘输入力矩小于某一特定值（通常设为
1N· m）时，助力矩为零，EPS不起作用。
2) 在转向盘输入力矩较小的区域，助力部分的输出 应较小，以保持较好的路感。
3) 在转向盘输入力矩较大的区域，为使转向轻便，
助力效果要明显。
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16.4电动助力转向系统
is 为转向盘转角与车轮转角的比值。
称为转向系总转向比。
2)忽略簧载质量的振动，即假设簧载质量也固定不动； 3)轮胎特性仅考虑侧向刚度及侧偏刚度，车轮定位参数只考虑车轮后 5 倾拖距，而不考虑车轮外倾角和主销内倾角的影响；
16.2转向系统振动分析
车辆前轴的侧倾振动
d 2 f dt
2
I xxf
M s M t
I xxf
为车辆前轴的侧倾转动惯量，
M s为悬架变形产生的恢复力矩， M t 为轮胎变形产生的恢复力矩。
d s2 K s B 2 K t fa 2 I xxf
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16.2转向系统振动分析
前轮绕主销的摆振
d 2 w I kp Ktp w 2 dt
I kp
为前轮绕主销的转动惯量，
K kp为前轮绕主销的转向角刚度， w 为前轮绕主销的摆振角。