近年來，汽車的普及給人們帶來極大的便利，人們對駕駛舒適度的要求越來越高，本文主要研究中型商用車電動助力轉向的建模問題。

　　《移動電源與車輛》(季刊)創刊于1970年，由蘭州電源車輛研究所中國電器工業協會內燃發電設備分會主辦。是內燃機電站和軍改車行業唯一具有行業特色，集管理、政策、學術于一體的實用性很強的綜合指導性國家級刊物。積極宣傳我國內燃機電站和軍改車行業質量管理方面的法律、法規;推動本行業標準的貫徹實施;促進內燃機電站和軍改車產品質量的提高;及時報導本行業國內外最新研究成果、技術動態、發展趨勢，實踐經驗及其它各種信息。

　　隨著用戶對汽車駕駛舒適性要求的提高，動力轉向系統的性能需求也進一步提高。由于電動助力轉向(ElectricPowerAssistSteering，簡稱EPAS)在燃油消耗、安全性、可控性方面的優勢，國外汽車的電動助力轉向有逐步取代傳統液壓動力轉向(HydraulicPowerSteering，簡稱HPS)的趨勢。EPAS用電動機直接提供助力，助力大小由電控單元(ECU)控制。由于它取消了需要發動機帶動的轉向油泵，所以在一定程度上它能夠降低燃油消耗，且有利于環保，并且為提高主動安全性提供了可能，是一項緊扣現代汽車發展主題的高新技術。

　　首先分析了電動助力轉向(ElectricPowerAssistSteering，簡稱EPAS)的系統原理，然后以某中型商用車為對象，利用ADAMS軟件構建了該車的虛擬樣機模型，并分別對三種不同的助力方式進行了仿真計算，確定了三種助力方式的優缺點，并為后續電控開發提供了電動助力轉向MAP的基礎數據。

　　電動助力轉向的關鍵是建立與目標車型相適應的助力MAP。獲取此MAP的途徑有兩種：一種是通過反復試驗標定的方式獲取;一種是通過仿真計算的方式獲取。試驗方式成本高、時間長，而仿真方式卻具有成本和時間上的高效率。通過仿真方式獲取助力MAP需要首先獲得目標車型的整車模型，利用該模型可以對不同車速下的助力曲線進行分析修正，直到仿真結果滿足控制要求。此時得到的車速、轉向盤輸入力矩、助力矩的三維對應關系，就是合乎目標車型的助力MAP。本文針對東風某中型商用車，通過ADAMS建立了整車動力學模型，然后利用該模型分別對三種助力MAP進行了仿真計算，確定了三種方式的優缺點，為后續電控開發提供了助力MAP的基礎數據。

　　1電動助力轉向的原理

　　電動助力轉向的基本原理是由電動助力轉向控制器獲取方向盤扭矩信號(也可以認為是角度信號或轉動速度信號)及整車車速信號，按照預先設定的助力模型對直流助力電機實施控制。通過控制改變電機電流的大小，從而改變輸出力矩。該輸出力矩通過減速機構放大后與駕駛員手力一起作用于轉向器輸入軸，進而控制車輛轉向。電機的輸出力矩實際上是對操縱手力起到了助力作用。系統結構如圖1所示。

　　汽車電動助力轉向的關鍵在于控制器控制程序的設計，而控制程序設計什么樣的助力模型，是關乎電動轉向助力性能的關鍵。根據前人實踐經驗和理論知識，一種電動助力轉向的理想轉向助力模型正被越來越多的工程人員接受。該模型遵循汽車轉向原理和要求來實現操縱穩定性，其助力特性隨方向盤轉動手力和車速變化而變化，有以下規律：

　　1)隨方向盤力矩增大，電機電流(扭矩)按一定規律增大;

　　2)隨方向盤轉動速度增大，電機轉速增加;

　　3)隨方向盤轉動方向不同，電機轉動方向不同，換向時不得有滯后現象;

　　4)隨汽車車速增大，電機電流(扭矩)按一定規律減小。

　　如圖2所示，為電動轉向助力的手力特性，共有三種形式：直線式、折線式及曲線式。其中縱坐標為助力力矩，橫坐標為手力力矩。可以看出，手力越大，助力也越大。該特性是否合理主要是看其形狀是否利于駕駛員操縱。圖3為轉向助力的速度特性，其中車速感應系數指隨著車速的變化，助力大小所需要的修正系數。圖4為以曲線助力為例，轉向力特性和速度特性相結合后產生的立體曲線圖。它顯示的就是一種電動助力轉向器的理想轉向助力模型。χ軸為方向盤扭矩座標，у軸為車速座標，z軸為電機助力座標。在每一個車速上都有一個轉向特性，該模型就是不同車速下無數轉向力特性的組合。

　　2整車模型

　　2.1整車三維圖及重要參數

　　ADAMS是全球運用最為廣泛的機械系統仿真軟件，用戶可以利用其在計算機上建立和測試虛擬樣機，實現事實再現仿真，了解復雜機械系統設計的運動性能。該軟件使用交互式圖形環境和零件庫、約束庫、力庫，創建完全參數化的機械系統幾何模型，其求解器采用多剛體系統動力學理論中的拉格朗日方程方法，建立系統動力學方程，對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預測機械系統的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。本文利用該軟件通過導入現有東風某中型商用車的CAD模型，建立了該商用車的整車模型。圖5為該商用車的CAD模型。電動助力轉向系統的布置形式如圖6所示，圖7為轉向系統硬點坐標示意圖。表1為整車主要參數。

　　2.2.1轉向系統模型

　　本文所涉及商用車轉向子系統采用了循環球式轉向器，其傳動比為28。它將與鋼板彈簧子系統、非獨立前懸架子系統組裝成帶有轉向系的前鋼板彈簧非獨立懸架仿真模型。

　　轉向子系統主要由轉向盤、轉向桿、循環球轉向器和轉向垂臂等部件組成。轉向器通過轉向器殼與車架固定相連，轉向柱固定在車身上。轉向垂臂與前懸架中的直拉桿通過轉動鉸鏈相連。

　　為了模擬助力電機對轉向器的助力作用，在轉向桿上施加一助力矩。助力矩的大小與變化規律根據所采用的助力特性曲線的不同而改變。圖10為轉向系統模型。

　　2.2.2動力總成模型及整車模型

　　由于動力總成不對整車操穩性產生直接影響，動力總成模型采用了ADAMS/car軟件自帶的通用簡單模型。該模型可根據節氣門開度和變速器換檔指令計算出動力總成輸出轉矩，通過通信器可直接將該轉矩施加到驅動輪上。簡單動力總成模型的拓撲結構如圖11所示，主要由代表動力總成和變速器質量的外形圖以及三個將動力總成與車架連接的bushing組成。各個模型構建完后，組裝到一起，就形成了整車模型，如圖12所示。由于本文主要研究轉向系統操穩性，因此其它子系統的建模就不一一介紹。

　　3仿真分析

　　ADAMS/SolverTM提供了功能強大的求解器，本文利用前述整車模型分別對直線型、折線型和曲線型三種助力模型進行了仿真。最終確定了三種助力MAP，如圖13所示。圖14為某車速下的雙紐線仿真結果，表2為部分仿真數據。表3為蛇形工況的仿真數據。

　　對電動助力轉向系統的評價主要有兩個方面：

　　1)輕便性：用轉向盤平均作用力和轉向盤最大作用力兩項指標來評價轉向輕便性。

　　2)轉向盤中間位置區域性能評價：

　　①轉向盤力矩為0nm時的側向加速度：表征了汽車的回正性能。此加速度值越小表明汽車的回正性能越好，但它受到系統阻尼與車輛響應滯后的影響，這個評價指標不宜過大或過小;

　　②側向加速度為0g時的轉向盤力矩：表征了轉向系中的庫侖干摩擦，但它也受到系統阻尼與車輛相位滯后的影響;

　　③側向加速度為0g時的轉向盤上的力矩梯度：它是0g處轉向盤轉矩隨汽車側向加速度的變化率，表征了“路感”。它主要受主銷幾何參數與轉向系總傳動比的影響;

　　④側向加速度為0.1g時轉向盤力矩梯度：它是0.1g處轉向盤轉矩隨汽車側向加速度的變化率，表征了剛離開直線行駛狀況時的“路感”;

　　⑤0度轉角時的轉向盤力矩和0度轉角時的轉向盤力矩梯度：表征了轉向系的“剛度”。

　　4結論

　　本文通過ADAMS軟件構建了某中型商用車虛擬樣機模型，按照電動助力的原理，利用該模型，分別使用三種助力方式進行了整車操穩仿真計算，試驗結果表明，直線型助力的輕便性最好，但路感相對較差;曲線型助力路感最好，但輕便性相對差一些;折線型助力處于兩者之間。同時通過該仿真，為后續電控開發提供了助力MAP的基礎數據。

　　參考文獻：

　　[1]林逸，施國標，鄒常豐，王望予.電動助力轉向系統轉向性能的客觀評價[J].農業機械學報，2003(4)：4-7.

　　[2]郭順生，李益兵，楊明忠.電動動力轉向器的發展與研究[J].北京汽車，2001(4)：1-2.

　　[3]肖生發，馮櫻，劉洋.電動助力轉向系統助力特性的研究[J].湖北汽車工業學院學報，2001(3)：34-37.

　　[4]施淑洪，鄭榮良.電動助力轉向系統及系統模型分析[J].江蘇大學學報(自然科學版)，2002(5)：57-60.

　　[5]陳家瑞.汽車構造(下)[M].北京：機械工業出版社，2009.2：246-282.