助力转向系统的仿真及性能分析

乘用车电动助力转向系统匹配与仿真分析的开题报告一、研究背景及意义随着电动汽车的不断普及和推广，电动助力转向系统作为电动汽车控制系统的一个重要组成部分，正在得到越来越广泛的应用。

因此，研究乘用车电动助力转向系统的匹配与仿真分析，具有重要的实践意义。

乘用车电动助力转向系统的匹配可以帮助汽车制造商在生产过程中合理选择电动助力转向系统的参数和控制策略，从而使汽车的转向性能更加稳定、灵活和安全。

同时，对电动助力转向系统的仿真分析可以帮助汽车制造商在生产过程中优化系统设计，降低成本，提高产品质量和性能。

二、研究目标和研究内容1. 研究目标本研究旨在探究乘用车电动助力转向系统的匹配问题，并利用仿真分析方法对系统性能进行评估，为汽车制造商提供优化电动助力转向系统设计的参考。

2. 研究内容（1）乘用车电动助力转向系统的构成和原理（2）电动助力转向系统匹配的基本原则和方法（3）电动助力转向系统的建模和仿真分析（4）验证仿真结果与实际测试结果的一致性三、研究方法和技术路线本研究采用文献研究、理论分析和仿真分析相结合的研究方法，具体技术路线如下：（1）文献研究和理论分析：查阅相关文献资料，了解乘用车电动助力转向系统的构成、工作原理和匹配原则等相关理论知识。

（2）电动助力转向系统的建模和仿真分析：利用MATLAB/Simulink 等软件工具，对电动助力转向系统进行建模和仿真分析，并进行系统参数优化和性能评估。

（3）验证仿真结果与实际测试结果的一致性：利用实车测试等方法，对仿真结果进行验证和对比分析，评估仿真模型的准确性和可靠性。

四、预期成果和应用前景本研究的预期成果包括：（1）掌握乘用车电动助力转向系统的构成、工作原理和匹配方法等相关理论知识。

（2）建立乘用车电动助力转向系统的仿真模型，并对系统进行参数优化和性能评估。

（3）验证仿真结果与实际测试结果的一致性，评估仿真模型的准确性和可靠性。

（4）为汽车制造商提供优化电动助力转向系统设计的参考，提高产品质量和性能。

汽车电动助力转向特性分析摘要：汽车电动助力转向系统(Electric Power Steering System简称EPS)是近年来发展起来的种新型动力转向系统，具有节能、质量轻、安全、环保等一系列优点，正逐步取代传统的液压助力转向系统，成为未来汽车转向系统的发展方向，其出现并迅速成为世界汽车技术研究的热点。

汽车转向系统的发展经历了从简单的纯机械转向系统、液压助力转向系统，电控液压助力转向系统，到更为节能、操纵性能更好的电动助力转向系统这几个阶段。

本文论述了EPS的特点、工作原理、结构组成、国内外的研究现状，通过对EPS各组成部分和汽车转向系统的分析出了EPS性能评价指标，并对三种助力特性曲线的特点进行了分析和比较。

EPS系统作为今后汽车转向系统的发展方向，这给EPS带来了更加广阔的应用前景。

关键词：电动助力转向；特性；发展Electric Power Steering Characteristics were AnalyzedAbstract ：EPS is a new type of automobile steering system，which has the advantages of saving fuel，light，safety and producing less pollution. EPS is taking the place of HPS gradually and becoming the trend of steering system. It is rapidly become the hotspots in the research of automobile technology of the world.The developing process of steering system has experienced several phases from the simple Mechanical Steering System, Mechanical-Hydraulic Steering System to Electric-Hydraulic Steering System，till the Electric Power Steering System(EPS) with lower energy consumption and higher performance.The article discusses the characteristics of EPS，working principle，composition and the research status of domestic and abroad. Through the analysis of components of EPS system and the steering system, then the state function of the combination system model was deduced and the model for simulation was built in this paper. Given the EPS performance evaluation，analysis and compare the three types of assist characteristic，and then design a new type of assist curve in order to reduce the steering force which based on the parameters of a certain type of car. EPS has a great use in future.Keyword: Electric power steering Characteristic Development目录1 绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2国内外发展状况 (3)1.2.1国外发展状况 (3)1.2.2 国内发展状况 (4)2转向系统的概述 (6)2.1转向系统的发展过程 (6)2.1.1机械式转向系统 (6)2.1.2液压式助力转向系统(HPS) (7)2.1.3电液式助力转向系统(EHPS) (8)2.2电动助力转向系统 (10)2.2.1电动助力转向系统的结构 (10)2.2.2电动助力转向系统的工作原理 (11)2.2.3电动助力转向系统的类型 (13)2.2.4电动助力转向的关键技术 (14)2.2.5电动助力转向系统的优点 (15)3 电动助力转向系统受力与性能分析 (17)3.1电动助力转向系统受力 (17)3.2 理想转向盘力矩的研究 (18)3.3电动助力转向系统性能的主要评价指标 (19)3.3.1 转向回正能力评价 (19)3.3.2 转向轻便性评价 (19)3.3.3 转向盘中间位置操纵稳定性评价 (20)3.3.4 转向盘振动评价 (20)3.3.5 转向路感及路感强度 (21)4 电动助力转向助力特性研究 (22)4.1助力特性曲线定义 (22)4.2转向助力特性曲线设计概述 (22)4.3电动助力特性曲线类型 (23)4.3.1直线型 (24)4.3.2折线型 (25)4.3.3曲线型 (25)4.4不同助力特性曲线参数的影响 (26)5 结论与发展 (29)5.1结论 (29)5.2发展 (29)参考文献 (30)1绪论随着我国经济的持续发展，人民生活水平不断提高，汽车渐渐走入人们生活中，成为现代步伐的工具，而随着汽车保有量的增加以及由此带来的一系列问题，使得“安全、节能、环保”成为未来汽车发展的三大主题。

7310.16638/ki.1671-7988.2021.08.024基于六自由度平台的电动助力转向系统（EPS ）试验仿真分析*郑晓东1，朱留存1,2,3*（1.北部湾大学机械与船舶海洋工程学院，广西 钦州 535011；2.北部湾大学先端科学技术研究院，广西 钦州 535011；3.扬州大学信息工程学院，江苏 扬州 225127）摘 要：通过对电动助力转向系统（EPS ）的原理分析，给出了一种六自由度的电动助力转向系统（EPS ）试验仿真平台，并利用Matlab/Simulink 构建了电动助力转向系统（EPS ）试验仿真平台的仿真模型，用以对于电动助力转向系统在各种实验条件、各种工况下的试验仿真分析，从而得到其在各种情况下所需的助力电流和助力转矩，用于对电动助力转向系统的设计和开发。

关键词：六自由度；电动助力转向系统（EPS ）；电动助力转向系统试验仿真平台；助力转矩；助力电流 中图分类号：U463.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)08-73-04Simulation Analysis of Electric Power Steering System (EPS) Test Basedon Six Degrees of Freedom PlatformZheng Xiaodong 1, Zhu Liucun 1,2,3*（1.School of Naval Architecture & Ocean Engineering, Beibu Gulf University, Guangxi Qinzhou 535011; 2.Advanced Science and Technology Research Institute, Beibu Gulf University, Guangxi Qinzhou 535011;3.College of Information Engineering, Yangzhou University, Jiangsu Yangzhou 225127）Abstract: Based on the principle analysis of the electric power steering system (EPS), a six-degree-of-freedom electric power steering system (EPS) test simulation platform is given, and use Matlab/Simulink to build a simulation model of the electric power steering system (EPS) test simulation platform, for the simulation analysis of the electric power steering system under various experimental conditions and working conditions, so as to get the boost current and boost torque needed in various situations, for the design and development of electric power steering systems.Keywords: Six degrees of freedom; Electric power steering(EPS); Electric power steering system test simulation platform; Boost torque; Boost currentCLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)08-73-04前言电动助力转向系统的助力特性曲线都是通过对不同车型不同工况的实验数据进行拟合的方法来确定[1]，这样获取试验数据的周期长，研发成本高，需要复杂的数学计算且精度不高，同时在复杂的车况下实验员安全隐患增大。

某车型转向系统NVH性能分析与优化摘要：本文首先针对某车型怠速时转向系统NVH性能存在的问题进行深入的分析，在此基础上将仿真分析与试验测试方法之间实现了有效的结合，然后针对车型转向系统NVH性能优化措施进行了深入的探究，希望能为相关人员提供合理的参考依据。

关键词：转向系统；NVH性能；分析；优化目前，随着我国社会经济的不断发展，人们对于生活舒适度提出了更高的要求，从而对汽车NVH性能引起了高度的重视。

在汽车行驶过程中，转向系统通常会产生振动和噪声现象，并且驾驶员可以对这些现象进行直接的感受，对于整个汽车NVH性能的发挥产生了非常重要的影响。

在对汽车转向系统以及仪表板总成进行设计的过程中，对有限元法进行充分的利用，在此基础上不但可以减少成本的投入，同时还能对转向系统与仪表板安装横梁总成的NVH性能进行准确的预测。

1某车型转向系统有限元分析1.1有限元模型的构建本文在对转向系统有限元模型进行构建的过程中，主要是采用Hypermesh有限元软件来进行，在对有限元模型进行计算的过程中，保证最终的计算结果具有一定的准确性，在此基础上针对该模型进行了相应的优化处理工作，比如对安全气囊进行了集中的模拟，在对钣金件进行模拟的过程中，主要是采用shell单元来进行，在对方向盘以及是十字节进行模拟时，采用实体单元方法来进行。

1.2模态分析在已经构建完善的有限元模型基础上，然后通过MSC.Nastran完成了相应的分析工作，对最终的结果进行求解，其计算结果如下表1所示。

表1 转向系统仿真结果与试验结果对比由上表中所显示的相关数据可以了解到，有限元仿真结果可以符合最终的试验测试结构，并且误差控制在了6%以内，其中1阶固有频率的误差为1.51%，在对转向系统模态结果分析与计算的基础上，可以对有限元模型的准确性进行有效的判定。

1.3模态优化结合实验过程来看，该车型在怠速状态下，其方向盘1阶固有频率与发动机激励频率之间存在共振现象，这就会造成在怠速状态下时，方向盘产生非常大的振动现象。

1 PID控制PID调节器是通过利用偏差的比例、积分以及微分控制的调节器的简称,是一种被广泛成熟应用在连续系统的调节器。

2 模拟PID调节器在连续控制系统中,模拟PID调节器是一种线性调节器。

模拟PID控制系统的方框图如图1所示。

其中 r n 为设定值; n 为系统汽车电动助力转向系统的P I D 控制仿真邵春祥(江苏省淮安生物工程高等职业学校 江苏淮安 223200)摘 要:电动助力转向系统的助力特性是系统要研究解决的关键问题之一。

但是电机的控制也是该系统的关键。

本章主要采用PID控制对电机的控制进行仿真研究。

关键词:电动助力转向 PID控制 仿真中图分类号:TP273文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)08(a)-0123-02输出; r e n n 构成控制偏差,为PID的输入; u 为PID控制器的输出,也是被控对象的输入。

模拟PID调节器的控制规律为:001()tp DIdeu K e edt T u T dt(1)式中, p K 为比例常数; I T 为积分常数; D T 为微分常数。

比例调节器在模拟P I D 控制器中的作用就是能够瞬间对偏差做出快速反应。

控制器在偏差产生的瞬间马上做出控制反应,使控制量变化向减少偏差的方向,而比例系数 p K 决定着控制作用的强弱。

式1表明,第一项只有在存在偏差的时候才会输出控制量。

所以,针对像直流电机的电枢电压调速等大部分控制对象,就需要适当的增加和转速以及机械负载有关的控制量 0u ;不然单纯的依靠比例控制器容易产生稳态误差。

积分控制器将输出偏差累计结果作为作用。

只要偏差存在在调解过程中,积分器就会不断增加输出,一直到偏差e＝0,才能维持输出u成为一个常量,这样才能保证设定值 r n 不变的情况下系统逐步稳态。

所以系统即使不适量的增加控制量 0u ,拥有积分控制器也能消除输出的稳态误差。

3 PID控制参数的选择采样时间在PID控制中,相比较系统的时间常数一般都是很短的。

汽车转向系统动力学性能的仿真分析汽车是现代社会的必需品之一，而转向系统作为汽车最基本的控制系统之一，也是汽车安全性能最直接相关的部件之一。

转向系统的好坏对于安全行车至关重要。

在汽车设计中，转向系统的动力学性能是一个非常重要的指标，因此对其进行仿真分析可以有效地提高汽车安全性能和行驶稳定性。

汽车转向系统的动力学性能受到多种因素的影响，如转向系统的目标点、转向系统的转向角度、车辆的速度、地面的摩擦力等等。

因此，分析转向系统的动力学性能不仅需要考虑转向系统本身的特性，还要考虑车辆的实际行驶环境以及路面的状态。

为了对汽车转向系统的动力学性能进行分析，可以利用虚拟仿真技术来模拟汽车转向过程中的各项数据，并通过数据分析来得出转向系统的动力学性能指标。

虚拟仿真技术是指利用计算机模拟现实世界中各种场景和物理过程的技术，通过分析和计算来得出需要的结果。

在进行汽车转向系统的动力学性能仿真分析时，需要先构建汽车转向系统的模型，并且确定好模型的各项参数。

一般来说，模型的参数可以根据车辆的实际情况进行调整，如车辆的长度、车宽、质量、轮胎压力等等。

通过模型构建和参数的确定，可以为汽车转向系统的仿真分析提供可靠的数据。

在进行仿真分析时，需要将模型放置在特定的环境中，如模拟特定的道路、交通状况等等。

然后，将各种力和扭矩作用于模型上，以模拟汽车在实际行驶过程中的环境和载荷。

通过对模拟过程中所得到的数据进行分析，可以得到很多有价值的信息。

如汽车的行驶稳定性、转向系统的响应速度、转向优化效果等等。

这样，设计师们可以通过仿真分析来修改和优化转向系统的设计方案，以提高汽车的行驶稳定性和安全性能。

值得注意的是，汽车转向系统的动力学性能仿真分析需要借助一些现代化的仿真软件，如Msc.Adams、MATLAB、AutoCAD等等。

这些专业仿真软件可以大大提高仿真分析的精度和准确性，从而得到更加可靠的分析结果。

总而言之，汽车转向系统的动力学性能仿真分析对于汽车设计和生产来说是非常重要的。

第37卷第5期 2015-05(上【99】电动助力转向系统阻尼特性分析及测试方法The analysis and test method of damping characteristicsfor electric power steering system李绍松 1,2, 牛加飞 2, 于志新 2, 李连京 2, 钟博浩 2LI Shao-song1,2, NIU Jia-fei2, YU Zhi-xin2, LI Lian-jing2, ZHONG Bo-hao2(1. 长春工业大学汽车工程研究院 , 长春 130012; 2. 长春工业大学机电工程学院 , 长春 130012 摘要:电动助力转向(Electric Power Steering,EPS在提供转向助力、减轻驾驶员操纵负担的同时,也能够提高汽车转向性能和驾驶舒适性,进而提高汽车的主动安全性。

建立EPS系统仿真验证平台,分析阻尼补偿控制对汽车转向性能影响,结果表明阻尼补偿控制通过设定阻尼补偿控制系数,可改善EPS动态响应及回正性能。

提出EPS系统阻尼特性测试方法,准确获得转向系统阻尼系数,为EPS阻尼补偿控制系数的设定提供参数依据。

关键词:电动助力转向;阻尼特性;阻尼补偿系数中图分类号:U461.6 文献标识码 :A 文章编号:1009-0134(201505(上-0099-03Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2015.05(上.28收稿日期:2014-12-03作者简介:李绍松 (1986 -, 男 , 讲师 , 博士 , 研究方向为汽车动力学仿真与控制。

0 引言EPS 系统作为电子技术与转向系统相结合的产物, 紧扣现代汽车发展的低碳、环保、安全三大主题 [1],在提供助力、减轻驾驶员操纵负担的同时,也能够提高汽车转向性能,以其优越的性能和特点有逐步替代液压助力转向的趋势[2~4]。

EPS 系统增加了转向电机及减速机构,大幅地增加了转向系统的阻尼,这给驾驶员转向过程中带来了更大的“ 粘滞” 感觉,这种感觉的强弱可以通过对转向助力电机施加阻尼补偿力矩来调整 [5]。

汽车电动助力转向系统控制策略及仿真研究首先，本文介绍了汽车电动助力转向系统的原理和结构。

汽车电动助力转向系统由电动电机、转向机构和控制单元组成。

电动电机通过转向机构与汽车的转向轴相连接，当驾驶者转动方向盘时，电动电机会提供相应的力量辅助转向。

接下来，本文提出了一种基于PID控制的汽车电动助力转向系统控制策略。

PID控制是一种经典的控制方法，通过不断调节比例、积分和微分三个控制参数，使得系统的输出能够稳定地跟踪期望的轨迹。

在汽车电动助力转向系统中，PID控制可以通过测量转向轴的角度和驾驶者的方向盘输入来自动计算出合适的转向力量，以达到准确转向的目的。

为了验证PID控制策略的有效性，本文利用Simulink工具进行了仿真实验。

仿真实验采用了真实的汽车转向系统参数，通过输入不同的方向盘转动信号，模拟不同的转向操作。

实验结果表明，基于PID控制的汽车电动助力转向系统能够准确地跟踪方向盘输入，并提供适当的转向力量，实现稳定的转向。

最后，本文总结了汽车电动助力转向系统控制策略及仿真研究的主要结果和贡献。

通过研究和仿真实验，本文验证了基于PID控制的汽车电动助力转向系统的有效性和稳定性。

这一研究为汽车电动助力转向系统的设计和控制提供了一定的参考和借鉴。

综上所述，本文对汽车电动助力转向系统的控制策略进行了研究，并进行了相关的仿真实验。

本文的研究结果表明，基于PID控制的汽车电动助力转向系统能够实现准确转向，并具有稳定性和可靠性，为汽车驾驶员提供了良好的转向体验。

但是，仍然有一些问题和挑战需要进一步研究和解决，比如如何提高转向系统的响应速度和抗干扰能力。

对于未来的研究，可以考虑将其他的控制方法应用到汽车电动助力转向系统中，并进一步优化转向系统的性能。

汽车的常用转向系统的性能分析韩健李文庆宋健李洪亮辽宁省阜蒙县交通局运输管理所（辽宁阜新123100）摘要：所谓汽车转向系统，一般是指通过改变与恢复汽车行驶方向来维持直线行驶的系统，转向轮能否正常运转以及汽车行驶是否安全都跟此结构有直接联系。

很多事故都是由于汽车转向系统发生问题引起的，所以一定要保证汽车转向系统的质量好，这样的话，不仅有利于安全形势，还对延长汽车寿命、提高运输效益、降低驾驶劳动度等，具有深远的意义。

关键字：汽车；常用转向系统；性能分析中图分类号：F407.471文献标识码：A当今汽车转向系统从过去的普通机械式发展到动力转向，一直到现在汽车电子控制动力转向，从减轻驾驶员疲劳性，提高操作轻便性和稳定性出发，已取得了飞跃性的发展，虽然显著提升了成本，同时使得系统结构大为复杂哈，但这并没有掩盖其优势，先进的汽车转向系统依旧得到了广泛的应用。

从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。

本文顺着汽车常用转向系统的发展趋势，详细研究了多种转向系统的性能。

一、传统转向系统传统汽车转向系统主要包括机械转向系统，及随之衍生而来的液压及电控液压转向系统，虽然发展起步较早，但经过长期发展之后，已具备极高的可靠性，但其往往机构庞大，因此并不适用于小型家用车辆，尤其是强调整体重量的高性能私家车。

但在强调稳定性的工程类、农机类等车辆上，依旧具有广泛的应用。

（一）传统转向系统简介机械转向系统是最为原始的转向方式，此类装置将转向系统与方向盘刚性连接，动力传输方式为纯机械式，动力源完全是驾驶员的身体力量，受转向助力的影响，驾驶员往往需要施加很大的外力，负担较大。

其优点在于结构及其简单，工作非常可靠，只要各部件未损坏，那么一定可以完成预期动作。

基于其缺点显著，目前该类系统的使用并不多见。

后期出现的液压辅助转向系统，因利用了液压系统，能大幅削减操作转矩，可以有效降低驾驶员的体力损耗，提升驾驶安全性，所以使用地更为广泛。

基于AMESim和RecurDyn的履带车转向系统联合仿真分析履带车转向系统是指通过对车辆履带进行差速运动以实现转向的一种方式。

其中，AMESim和RecurDyn可以被用于联合仿真分析。

AMESim是一款基于系统动力学理论的多学科仿真软件。

它可以用于建立高度集成的系统模型，包括机械、液压、热、电等方面。

AMESim的仿真代码能够在非常短的时间内执行快速的仿真，并精确地预测系统的动态响应。

RecurDyn则是一款以多体动力学为基础的仿真软件。

RecurDyn建模按照模型的自由度来进行，从而使得模拟结果准确度更高。

同时，RecurDyn也支持封装好的子系统模块，将不同的子系统部分组合在一起，就可以形成一个完整的系统模型。

通过对此两款软件的基本介绍，我们可以得到集成使用AMESim和RecurDyn的履带车转向系统的基本框架。

具体分析如下：首先，根据履带车转向系统的基本工作原理，可以得到系统模型的建模方案。

在这个建模过程中，首先需要考虑的是履带车的运动学模型。

此模型应能够描述履带车行驶过程中的速度、方向变化以及需要控制的转向系统参数。

这一部分的具体建模涉及方程的推导，可以采用MATLAB或Simulink等工具来实现。

接下来，需要建立由AMESim编制的动力学模型。

此模型描述了系统的物理动态行为，如机械运动、传感器输出、力和驱动器输入。

在AMEsim中，需要将此系统分解为各个子系统或组件，例如电动机、输出轴、减速器和传感器等。

此外，还要考虑与系统相连的其他元素，例如电池、控制器和采样器等。

然后，在RecueDyn中，需要创建由AMESim导出的子系统模型。

这个模型包括运动学、动力学和控制元素。

当模型被创建后，可以将其导出为一个单独的模块，并集成到RecurDyn模型中。

ReucrDyn还提供了一个工具箱，用于模拟诸如差速器、转向节和驱动轴等履带车系统的运动。

通过这些工具箱，可以实现对整个系统的仿真分析，以得到实时的物理行为和响应。

汽车电动助力转向系统跑偏分析与解决措施摘要：汽车电动助力转向（Electric-Power-Steering，简称EPS）系统，作为一种新型的汽车动力转向系统，是辅助驾驶员进行转向操作的转向系统，能够提高汽车安全性能，节约能源，有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题“安全、节能、环保”的高新技术。

电动助力转向系统一经出现就受到国内外汽车公司和设计人员的重视。

本文对汽车电动助力转向系统跑偏分析与解决措施进行分析，以供参考。

关键词：电动助力转向系统;行驶跑偏;转向回正引言车辆行驶跑偏是指汽车在干燥平坦道路上直线行驶，在对方向盘不加任何力的情况下，车辆自动向一侧方向偏离原行驶轨迹的现象。

GB7258—2017《机动车运行安全技术条件》中规定:机动车在平坦、硬实、干燥和清洁的道路上行驶不应跑偏，方向盘(或方向把)不应有摆振等异常现象。

1功能安全的商用车电动助力转向系统近年来，随着汽车集成化、智能化程度的不断提高，汽车电子系统的复杂程度也在同步增加。

为进一步提升汽车电子、电气系统的功能安全，相关国际标准《道路车辆功能安全》（ISO26262：2018）和国家标准《道路车辆功能安全》（GB/T34590—2017）相继出台。

汽车转向系统作为车辆基础性功能器件，其性能直接影响到车辆的操纵稳定性和安全性。

随着电子技术在汽车中的广泛运用，转向系统也较多地采用了电子器件，其中汽车电动助力转向（EPS）系统也越来越多地被应用在汽车上，EPS系统功能安全设计因此也成为了影响车辆安全行驶的重要因素。

我国从2022年起开始实施国家标准《汽车转向系基本要求》（GB17675—2021），该标准明确指出，所有符合标准适用范围内的车辆均应满足功能安全开发要求；此外，该标准附录B中还规定了转向电子控制系统在功能安全方面的文档、安全策略及验证确认的具体要求。

对于汽车转向系统的功能安全设计及验证方法，国内外学者也开展了大量研究。

“汽车在中高速行驶时应防止线控转向系统发生非意向性转向力矩大于转向力矩边界值”和“汽车在中高速行驶时应防止线控转向系统发生无法转向”这2个功能安全目标和功能安全概念，并分别开展了相关设计及测试验证；针对汽车转向系统概念阶段的开发，提出了具体的测试场景及测试结果评价的安全度量参数；基于汽车EPS系统功能安全设计，提出了一套硬件在环测试方法，并验证了该EPS系统安全机制的设计效果；尚世亮等对汽车电子电气系统故障注入方法、整车可控性指标进行了详细表述和系统性总结。

汽车电动助力转向系统的研究与设计罗苏安;向宝瑜;陈宇;尤虎;杨剑;吴友宇【摘要】描述了电动助力转向系统(EPS)的结构和工作原理,给出了基于MC9S12P64的电子控制单元(ECU)的设计方案,介绍了控制单元、数据采集与处理单元和驱动单元的设计,并完成了控制策略和系统程序设计,对所设计的ECU进行了台架试验和整车试验,结果证明ECU符合设计要求,能够实现在各种行驶工况下提供最佳助力转向的功能.%The structure and mechanism of an electric power steering system (EPS) were introduced. A whole design project ofMC9S12P64 - based electronic control unit( ECU) was presented. And particularly the hardware on controller,current sampling and driving circuit were designed. The control strategies and system programs were proposed. Test - bed experiment and full - car experiment were completed. Based on experimental results, the ECU has been proven effective and can achieve the best power steering function in a variety of driving.【期刊名称】《武汉理工大学学报（信息与管理工程版）》【年(卷),期】2012(034)002【总页数】3页(P190-192)【关键词】电动助力转向;控制策略;台架试验;整车试验【作者】罗苏安;向宝瑜;陈宇;尤虎;杨剑;吴友宇【作者单位】武汉理工大学信息工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学信息工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学信息工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学信息工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学信息工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学信息工程学院,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】U463.4;TM921.5随着汽车技术的发展，人们对汽车方向盘转向操纵性能的要求越来越高，既要有适度的转向轻便性，又要满足操纵稳定性[1]。

基于CarSim的电动助力转向系统仿真与硬件在环验证一、本文概述随着汽车工业的快速发展，电动助力转向系统（Electric Power Steering, EPS）已成为现代车辆的重要组成部分。

EPS系统不仅提高了驾驶的便捷性和舒适性，同时也对车辆的操纵稳定性和安全性起着至关重要的作用。

然而，EPS系统的设计和优化面临着众多挑战，包括系统性能的优化、安全性的保障以及成本的控制等。

因此，对EPS系统进行精确而高效的仿真分析以及硬件在环验证成为了研究和开发过程中的关键步骤。

本文旨在介绍基于CarSim的电动助力转向系统仿真与硬件在环验证的研究方法和技术。

本文将概述EPS系统的基本原理和结构，以及其在车辆动力学中的作用。

本文将详细介绍CarSim仿真软件在EPS 系统仿真中的应用，包括建模过程、仿真参数设置以及仿真结果的分析和处理。

接着，本文将探讨硬件在环验证的重要性，以及如何在CarSim环境中实现硬件在环验证。

本文将通过实例分析，展示基于CarSim的EPS系统仿真与硬件在环验证的实际应用效果，为EPS系统的设计和优化提供有效的技术支持。

通过本文的研究，旨在为EPS系统的研究者和工程师提供一种基于CarSim的仿真与硬件在环验证的方法论，以提高EPS系统的开发效率和性能优化，为现代汽车工业的发展做出贡献。

二、EPS系统原理及CarSim仿真建模电动助力转向系统（EPS，Electric Power Steering）是一种先进的汽车转向系统，旨在通过电机提供辅助转向力矩，以提高驾驶的舒适性和安全性。

EPS系统主要由转向传感器、车速传感器、电机、电子控制单元（ECU）等组成。

当驾驶员转动方向盘时，转向传感器检测方向盘的转角和转速，车速传感器则检测车辆的速度。

这些信息被传递给ECU，ECU根据预设的控制策略计算出所需的辅助转向力矩，并控制电机产生该力矩，从而帮助驾驶员更轻松、更稳定地驾驶汽车。

为了对EPS系统进行仿真分析，我们采用了CarSim软件。

电动助力转向系统的研究与设计摘要电动助力转向系统(Electric Power Steering System，简称EPS)，是汽车工程领域的热门课题之一。

本文在研究了电动助力转向系统工作原理的基础上，设计开发了EPS的电子控制单元ECU (Electronic Control Unit)的硬件电路和相应的控制软件框图。

本文详细分析了电动助力转向系统电子控制单元的功能，研究开发了以89c52单片机为微处理器的电子控制单元。

控制单元具有实时数据信号采集和系统控制功能，根据采集的数据信号，确定电动机输出的目标电流，利用PWM脉宽调制技术，通过H桥式电路控制电动机的输出电流和转动方向，实现助力转向功能。

在研制了实验用ECU装置后，开发了相应的控制软件。

控制软件分为控制策略的实现和数据信号采集与分析两部分。

整个软件系统采用了模块化的设计思想。

在数据信号采集与控制部分，设计了系统主程序、A/D采集程序、车速信号采集程序和PWM控制程序。

本文所设计的EPS电子控制单元性能稳定，结构合理，与整车匹配性能好，可保证EPS实现良好的转向助力效果。

关键词：电动助力转向电子控制单元单片机控制策略Electronic power steering system Research and DesignABSTRACTElectric Power Steering System (EPS) is one of the focuses research in automotive engineering. This paper is based on the principles of EPS to study the operation, designed and developed the Electronic Control Unit (ECU) and the soft ware diagram of the ECU.The thesis Considers the functions of the electronic control unit of EPS, studied and developed the hardware that adopted 89c51as its microprocessor. The control unit was able to realize real-time data/signal acquisition and system control. The target current of motor output could be determined by the obtained data; and utilizing the Pulse-Width Modulation (PWM) technology, power could be provided to the steering system by controlling the output current and rotation direction through H-bridge circuit.The software program, which was divided into the realization of control strategy and the acquisition & control of data/signal, was developed in modular after the design of experimental ECU was completed. And the main program, A/D acquisition program, speed signal acquisition program and PWM control program are developed in the second part.The result showed that the electronic control unit designed was with stable performance, appropriate structure and excellent matching condition, and the excellent power steering effect could be ensured by EPS.Key words: Electric Power Steering System (EPS) Electronic Control Unit Single-Chip Microprocessor Control Strategy目录前言 (1)第1章绪论 (2)1.1汽车电动助力转向系统的特点 (2)1.2电动助力转向系统国内外的研究现状 (4)1.3 EPS的发展趋势和急待解决的核心技术 (5)1.4本课题研究的目的与意义 (6)第2章电动助力转向系统方案确定及工作原理 (7)2.1电动助力转向系统的工作原理 (9)2.1.1电动助力转向系统的组成和工作原理 (9)2.1.2电动助力转向系统的分类 (11)2.1.3电动助力转向系统的技术要求 (12)2.2电动助力转向系统的数学模型 (13)2.2.1转向盘和转向柱输入轴子模型 (14)2.2.2电动机模型 (14)2.2.3输出轴子模型 (16)2.2.4齿轮齿条子模型 (16)2.3电动助力转向系统的主要部分 (17)2.3.1转矩传感器 (18)2.3.2车速传感器 (19)2.3.3直流电动机 (20)2.3.4电磁离合器 (21)2.3.5减速机构 (22)2.3.6电子控制单元ECU (23)第3章电动助力转向系统的硬件设计 (24)3.1电子动力转向系统控制器的总体结构 (24)3.2控制器微处理芯片的选择 (26)3.2.1控制器微处理器常用芯片及选型 (26)3.2.2 89C52芯片及A/D转换芯片介绍 (26)3.2.3 89C52外部总线扩展及片外ROM的连接 (28)3.3控制器输入通道的设计 (30)3.3.1转矩信号的采集 (30)3.3.2电动机电流信号的采集 (31)3.3.3车速信号的采集 (33)3.4控制器输出通道的设计 (34)3.4.1电动机的PWM控制 (34)3.4.2电磁离合器和显示控制电路的设计 (39)3.4.3 电动机保护电路及继电器驱动电路设计 (40)3.5系统供电电源电路设计 (41)3.6系统硬件抗干扰措施 (42)第4章电动助力转向系统的软件设计 (45)4.1 EPS的控制策略 (45)4.1.1 EPS的PID控制 (45)4.2电子动力转向系统各功能模块的软件设计 (48)4.2.1 A/D采集程序 (48)4.2.2 PWM控制程序 (49)4.2.3车速信号采集程序 (51)4.2.4系统主程序 (53)结论 (55)谢辞 (56)参考文献 (57)附录 (59)外文资料翻译 (66)前言转向系统作为汽车的一个重要组成部分，其性能的好坏将直接影响到汽车的转向特性、稳定性和行驶安全性。