电动助力转向 (electric power steering，EPS) 系统是一种高效的辅助转向系统，助力电机为EPS系统直接提供转向助力。EPS系统具有节能环保、装置灵活、调整简单和助力大小可以实时调节与控制等优点，减少了驾驶员的劳动量，可满足不同工况下的驾驶需要。本文对EPS系统进行分析并建立其数学模型，设计了ARM单片机控制的EPS系统，采用模糊自调整PD控制策略实现PD参数的在线自调整，仿真结果证明设计的EPS系统具有较强的抗干扰能力。

1 EPS系统

EPS系统主要包括助力电机、电子控制单元和转向装置等部件。当汽车转向轴转动时，转矩传感器将相对转角转变成电信号传给电子控制单元 (electronic control unit，ECU)，ECU测算车速和转向轴转矩，计算出助力电机的旋转方向和助力电流的大小，并将控制指令传递给助力电机，助力电机依据指令产生相应的力施加到转向轴上以实现驾驶员转向操作的舒适性。当汽车低速行驶时，助力电机增加电动助力以减轻驾驶员转向操作的负担；当汽车高速行驶时，助力电机适当减小助力以保持高速转向时的稳定性。汽车EPS系统保证了汽车运行时驾驶员操作的轻便性和安全性[1]。

1.1 EPS系统硬件设计

EPS系统硬件主要包括ECU、电源电路、MOSFET驱动芯片、助力电机驱动电路、扭矩传感器等，如图1所示。为加强EPS系统的实时控制性，ECU采用32位的ARM单片机作为控制器的核心，ARM单片机集成了丰富的硬件资源，提高了系统工作的可靠性，同时也为EPS系统的扩展和升级提供了方便。

  

图1 系统硬件组成框图

EPS系统工作原理：ECU采集方向盘扭矩传感器的电压信号、车载CAN网络的点火信号和车速信号、电机转子位置信号和电机电流反馈信号，采集的信号经过ECU运算处理后输出PWM信号，PWM信号输入到MOSFET驱动芯片来控制由三相桥电路组成的逆变模块，逆变模块将电流逆变为三相交流电驱动电机旋转，使转向系统得以助力，从而实现助力转向功能。

1.2 助力电机控制方式

助力电机功率驱动模块为由MOS管组成的H桥驱动电路。为提高汽车高速行驶时助力电机工作的可靠性，在控制死区范围内进行阻尼控制以提高汽车直线行驶的稳定性。图2为汽车高速行驶时的助力电机驱动电路，通过驱动芯片IR2132控制桥式电路开关的通和断来实现对电机的控制。实验数据得出：EPS系统中助力电机电枢的电感很小，改变电枢的占空比可改变阻尼转矩的大小；设计PWM驱动电路时可在助力电机两端并联缓冲电容和续流二极管，以大幅度抑制助力电机驱动电路的脉峰，降低系统损耗，提高系统的可靠性和安全性。

呸，呸。每次巡逻前，我都会朝自己掌心吐两口唾沫，给自己壮一下胆。果不其然，吐过唾沫之后，我感觉力量和胆量都比原来大了一些。事实上，每次出门前，我都给自己假设了种种不幸的场面，这样，每次巡逻时，我都怀着荆轲刺秦一样的悲壮心情。

  

图2 助力电机驱动电路

2 EPS系统建模

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图3 EPS系统模型

助力电机到转向轴的传动比为G1，从转向轴到前轮的传动比为G2，对转向小齿轮进行受力分析，引用文献[2]的数学模型，得到转向小齿轮的动力学方程为：

 

(1)

式中：Th为路面作用于小齿轮轴的扭矩；δ1为转向小齿轮转角；θh为方向盘转角；Ks为传感器的扭转刚度；Br为当量阻尼系数；J为折算到小齿轮上的总惯性矩；Text为路面作用于转向小齿轮的转矩。

 

(2)

如：《一幅画》可放置略读课中，《盘古》、《赵州桥》、《孔子》三篇课文可安排在精读课中。每篇文章至少占用1节课时为精读课，课前应提醒学生搜集神话故事，赵州桥及孔子的相关资料。如《孔子》文章为例，教师通过课件展示引发学生对其仰慕尊敬之情，为本篇学习营造情境，之后让学生课文朗读，让对课文进行初读感知，掌握大意。然后重点段落导读并提出相关问题，引导学生带着问题锻炼口语能力加强传统文化的认知，其后对课外进行扩展，如收集孔子拜师的老子的资料，讨论对老子的认识。下堂课，可进行读书汇报，总结阐述对孔子和老子更多的体会认知情况。

式中：Ka为电机扭矩系数；R为电机电枢电阻；Kb为反电动势常数；V为助力电机电压。

EPS模糊控制器如图4所示，由1个PD控制器和1个模糊自调整机构组成，模糊自调整机构根据输入信号在线整定PD控制参数，以优化控制效果[3]。

在进行系统建模时, 为使系统仿真模型简单实用，对研究的EPS系统进行等效简化，在转向轮处于小转角条件下建立EPS系统动态模型，所构建的基于Simulink的EPS系统模型如图3所示。

  

图4 EPS模糊控制器

电机输入端的电压由把持力矩Tsw和变化率决定，关系式为：

模糊控制具有很强的鲁棒性，适用于对非线性系统的控制。模糊自调整机构根据输入信号进行模糊推理，优化控制参数。模糊控制器以把持力矩Tsw和其变化率作为模糊控制系统的输入量，以前轮转角δ为输出量，设计控制器的模糊子集为{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}，NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。模糊控制器的控制规则为：根据方向盘把持力矩Tsw设定阀值，当方向盘把持力矩超过最优转向操纵力时，控制器执行较大把持力的模糊控制规则以减小方向盘的把持力矩，实现转向系统操作的轻便性[4]。具体的模糊控制规则见表1。

 

 

(3)

为研究EPS系统的助力特性及系统的轻便性与路感性，结合EPS系统动力学模型建立其仿真模型，如图5所示。该模型以车速和转向轴力矩作为输入量，根据转向轴输入力矩和车速信号运算得出目标电流，采取PD控制方法对目标电流进行控制，得出控制电压。

会计电算化条件下的档案管理主要是利用计算机设备进行会计相关数据资料的收集、存储和处理，其中包括会计凭证、会计账簿和报表等，这些会计核算相关档案信息都是以计算机硬件和软件为基础进行管理的，这也是电算化会计档案管理与传统纸质档案管理最大的区别，同时对于电算化会计档案管理而言，复杂程度相对较高，所以实际的档案管理过程中，需要加强重视力度，提高管理水平，确保电算化会计档案管理工作的有效实施。

但凡战争，不论内外，遭遇涂炭的都是百姓。太平军在皖南和清政府的战役打了十年。十年后，皖南人烟荒芜，处处断壁残垣。

 

表1 模糊控制规则

  

规则序号TswT·swδ规则序号TswT·swδ1NBPSPS7ZEPBPB2NMPSPM8PSNSNM3NSPSPS9PSPMPB4ZEZEZE10PMPMNS5NMPMPM11PMPMPB6NSPBPB12PBPSPB

3 系统仿真与实验分析

运用仿真工具MATLAB运行系统的Simulink模型。从优化迭代过程和系统仿真结果得出结论：随着系统的优化，对系统的控制逐渐达到最优状态；在最优设计变量处，EPS控制系统的操纵稳定性也最好。

3.1 系统稳定性仿真测试

式中：Jep为小齿轮的总惯性矩；Ks为传感器的扭转刚度；B1为系统当量摩擦系数；θp为转向小齿轮转角；Kd为PD控制器的微分系数；Kp为PD控制器的比例系数；i1为减速机构减速比。

在仿真试验环境下，设定车速分别为80km/h、75km/h、65km/h，迅速旋转方向盘，分析传感器采集的数据，得出高速行驶状态下的控制系统响应结果，见表2。汽车在高速行驶状态下，车体侧偏角控制在3°左右，侧向加速度为3m/s2左右，横摆角速度增益较大，保持在0.4左右，减少了方向盘回正过度的现象，控制器性能可满足汽车转向系统的动力学特性，系统稳定性良好。

  

图5 电动助力转向系统仿真模型

“同志们，请稍息！休息得好吗？好！可我一宿没睡好，李智明同志在我身边说了一晚上梦话，又是咂吧嘴又是喊妈妈，李智明，你倒说说，昨晚都做了啥梦？”玳瑁眼镜指了指叫李智明的胖子。

当谈到医养结合的现实问题，才40岁出头的张振美捋了捋头上的白头发，“就是为了办个社区医疗机构的手续，我都不知道咨询了多少人，跑了多少腿了。”开始时，张振美想在养老服务中心开设个医务室或诊所，这样可以解决入住老人的基本医护问题。普通人会认为，我只需聘请持证的专业医护人员就可以了，但实际没这么简单：“医疗机构的负责人必须由专人担任，比如我想从某家知名大医院聘请一位退休医疗专家来担任医疗机构负责人，按审批相关规定，所聘请的这位专家必须先解除与大医院的身份关系，再把关系转至我们这家内设医疗机构才符合要求，如此这样一来，我们想聘请有经验的老专家显然是比较困难的。”

 

表2 汽车转向控制系统高速响应结果

  

车速/(km·h-1)方向盘转角/(°)车体侧偏角/(°)侧向加速度/(m·s-2)横摆角速度增益80151．8923．1480．43075141．7203．1150．41565141．5482．7680．366

3.2 转向轻便性分析

本文分别进行了两种情况下的助力仿真——无助力和加助力仿真试验。试验条件为车速v=40km/h、转向轴正弦角幅值为400°，仿真结果如图6所示。从图中可以看出，进行助力控制后，减少了转向轴上的转矩；大转角转向时(图中为300°)转向轴转矩稳定，维持在4N·m不变，进一步改善了转向系统的操控性；转矩与转向轴转角之间无相位延迟，转向轴转矩变化无波动，其瞬态响应逐渐趋于稳定，提高了系统的实时响应性[4]。

4 结束语

本文以ARM单片机为核心构造EPS控制系统，采用PD算法对助力电机进行闭环控制，提高了电机驱动效率，保证了电机的运行可靠性。EPS控制器的模块化设计提高了控制系统的可靠性，引入模糊控制策略，较好地解决了转向系统的轻便性与灵敏性的矛盾。试验结果表明，本文设计的EPS控制系统实时响应快，抗干扰能力强，达到了汽车行驶的安全性要求。

  

图6 转向轻便性仿真

参考文献：

[1] XIONG Jianqiao,TANG Xiaoqi,CHEN Jihong.A fuzzy control in electric power steering system[C]//Seventh International Conference on Intelligent Systems Design and Applications.Rio Janeiro,Brazil: IEEE, 2007:240-241.

[2] 赵景波,陈龙,江浩斌.汽车电动助力转向控制器驱动电路可靠设计[J].农业机械学报,2008(11):24-25.

[3] 陈无畏,王启瑞.电动助力转向系统的模糊自调整PD控制[J].江苏大学学报,2004(2):113-114.

[4] 申荣卫,林逸,台晓虹,等.汽车电动助力转向系统转向轴转矩直接控制策略[J].吉林大学学报,2007(3):505-506.