D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.01.019 第25卷第1期 北京科技大学学报 Vol.25 No.1 2003年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2003 一种智能电动助力转向系统 张卫冬 余达太晏蔚光李果张洋平黄孝斌 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要。设计了一种智能电动式电子控制动力转向系统.该系统实时检测人力作用在方向 盘上力矩的值，根据车速等环境因素控制交流感应电机以便自动按一定比例输出最佳的转 矩.实验表明，该系统转矩跟随准确，响应速度快， 关键词电动汽车；矢量控制；转向；智能控制 分类号TP182;U463.444 汽车转向系统是非常重要的部件，它的性能 器(2)的值减去扭矩传感器(1)的值就是电机输出 直接关系到车辆行驶的安全性及舒适性.安全可 的转矩值，控制器综合各个传感器的信号控制电 靠、转向灵敏、有道路感觉是转向系统追求的目 机输出转矩的大小和转向. 标.传统的动力转向一般采用液压式或气压式转 方向盘 向，这类转向系统的缺点是结构复杂，功率消耗 转角偏转传感器（光码盘） 大，容易产生泄漏，转向力不易有效控制等.而电 转向轴（输入轴） ■ 控制器 动式电子控制动力转向系统具有结构简单紧凑、 扭矩传感器(1) 电磁离合器 电动机 质量轻、耗能少、安全性高、便于修改的优点.近 年来，随着电机控制技术的发展，国外出现了以 减速器 电动式电子控制动力转向系统取代传统转向系 输出轴士 扭矩传感器(2) 统的趋势，国内在这方面的研究刚刚起步，并且 连接杆 大都处于实验室研发阶段.目前的电动式电子 令转向齿轮转向齿条 ■■口二 控制动力转向系统助力电机采用直流电机，控制 方式是产生PWM控制电机电压或电流实现转向 轮对方向盘的跟随. 图1电动式电子控制动力转向系统结构示意图 Fig.1 Constructure of the electric power steering system 根据汽车对电动助力转向系统的要求，本 文研制了一种智能电动助力转向系统.实验表 12感应电机交流转矩伺服系统 明，本系统响应速度快，运行平稳，操纵性能好， 电动助力转向系统的实质就是根据检测到 的信息使助力电机的转矩按一定的比例跟随人 1系统结构 力输出的转矩，对于采用直流电机的系统，采用 11结构示意图 控制电压或电流的方式来间接控制转矩.本系统 电动式电子控制动力转向系统结构如图1所 采用的是交流感应电机，电机本身结构简单、坚 固、廉价，但是控制系统比较复杂 示.当转动方向盘时，扭矩传感器()不断测出转 为了提高系统的控制精度和低速性能，本系 向轴上的扭矩的数值和方向并将信号送到控制 统采用了基于电压矢量控制的转矩随动系统，来 器，转角偏转传感器检测方向盘的转角偏转的大 小和方向并将信号传到控制器，车速传感器将车 保证电机轴输出的转矩按一定比例跟随人力输 出的转矩.基于电压矢量控制的转矩跟随系统实 速信息送到控制器，扭矩传感器(2)实时检测人 现框图如图2所示. 力和电机输出的总转矩并送给控制器.扭矩传感 转矩给定值T经转矩限制器变成有效的转 收稿日期2001-12-30张卫冬男，27岁，博士 矩给定值T.其他类型的随动系统直接把观测第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 、 一 种 智 能 电动 助 力 转 向 系 统 张 卫 冬 余 达 太 晏蔚光 李 果 张 洋平 黄 孝斌 北 京科技大学信息工 程 学 院 ， 北 京 摘 要 设计 了一种智能 电动式电子控制动力 转 向系 统 该 系统实时检测 人力作用 在方 向 盘上 力矩 的值 ， 根据车速等环 境 因素控制 交 流感应 电机 以便 自动按 一 定 比例输 出最佳 的转 矩 实验表 明 ， 该 系统转矩 跟 随准 确 ， 响应 速度 快 关键词 电动汽 车 矢量控制 转 向 智能控 制 分 类号 ， 汽车转 向系统是非 常重 要 的部件 ， 它 的性 能 直接关系到车辆行驶 的安全性及舒适性 安 全可 靠 、 转 向灵 敏 、 有 道 路感 觉是转 向系统追 求 的 目 标 传统 的动力转 向一 般采用 液压式或气压式转 向 ， 这类转 向系统 的缺点是结构 复杂 ， 功 率消耗 大 ，容易产生 泄漏 ， 转 向力 不 易有效控 制等 而 电 动式 电子控 制动 力转 向系统具有结构简单 紧凑 、 质 量轻 、 耗 能少 、 安 全性 高 、 便 于修改 的优点 近 年来 ， 随着 电机控制技术 的发展 ， 国外 出现 了 以 电动式 电子 控 制 动 力转 向系统取代传统 转 向系 统 的趋 势 ， 国 内在这 方 面 的研究 刚 刚起 步 ， 并且 ‘ 大都处 于实验 室研 发 阶段‘冈 目前的 电动 式 电子 控制动力转 向系统助力 电机采用 直流 电机 ， 控制 方式是产生 控 制 电机 电压 或 电流 实 现转 向 轮对方 向盘 的跟 随 根 据 汽 车对 电动 助 力转 向系统 的要 求 ’ ， 本 文 研制 了一 种 智能 电动 助 力转 向系统 实验 表 明 ， 本 系统 响应速 度快 ， 运 行平稳 ， 操纵性 能好 器 的值减去 扭矩 传感器 的值就是 电机输 出 的转矩 值 ， 控制器综 合各个传感器 的信号 控制 电 机输 出转 矩 的大小 和转 向 、 、 ‘ 图 电动式 电子控 制 动 力转 向 系统 结构 示 意 图 · 系统 结 构 结构 示 意 图 电动式 电子控制动力转向系统结 构 如 图 所 示 当转 动方 向盘时 ， 扭 矩 传感器 不 断测 出转 向轴 上 的扭 矩 的数值和 方 向并将信 号送 到控 制 器 ， 转 角偏 转传感器检测 方 向盘 的转角偏转 的大 小 和方 向并将信号 传到控制器 ， 车速传感器将 车 速信息送 到控 制器 ， 扭矩传感 器 实 时检测人 力 和 电机输 出的总转矩并送 给控制器 扭矩传感 收稿 日期 一 一 张卫冬 男 ， 岁 ， 博士 感 应 电机 交流 转 矩 伺 服 系统 电动 助 力 转 向 系统 的实 质 就 是 根 据 检 测 到 的信息 使助力 电机 的转矩 按 一 定 的 比例跟 随人 力 输 出 的转矩 对 于采用 直 流 电机 的 系统 ， 采用 控 制 电压 或电流 的方式来 间接控 制转矩 本 系统 采 用 的是交 流感应 电机 ， 电机 本 身结构 简单 、 坚 固 、 廉 价 ， 但是 控制 系统 比较 复杂 为 了提 高系统 的控制精度 和低 速性 能 ， 本 系 统采用 了基 于 电压矢 量控制 的转矩 随动系统 ， 来 保 证 电机 轴输 出 的转 矩 按 一 定 比例跟 随人 力 输 出的转矩 基 于 电压 矢 量控制 的转矩 跟 随 系统 实 现 框 图如 图 所示 转 矩 给 定 值 经 转矩 限 制 器 变 成 有 效 的转 矩 给定 值 厂 其他类 型 的 随动 系统 直接 把 观测 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．01．019