[00993156]新型汽车电动助力转向系统(EPS)研究与开发

合肥工业大学于2001年起成立了电动助力转向系统(EPS)研究课题组，先后承担了安徽省十五科技攻关项目、国家自然科学基金项目、教育部博士点基金项目以及国家863项目等涉及EPS的研究课题。传统的同类EPS控制器只设计了常规助力控制策略，而新型EPS控制器则增加了回正控制功能。课题组围绕新型EPS系统建模和参数优化、控制方法、转向系统NVH控制技术及试验及等方面进行深入而系统的研究工作，以有效地改善车辆转向操纵性能和转向盘振动。1).将EPS系统的控制参数和机械参数相结合作为设计变量，建立目标函数和约束条件的数学模型，采用遗传算法进行集成优化，对EPS系统的控制参数和机械参数进行离线调整，使EPS系统的控制参数和机械参数达到最优匹配，从而改善系统的动态特性，提高EPS系统性能。2).建立基于非线性整车动力学的EPS数学模型。基于车辆运行的状态信息、转向盘转矩信号以及估计的转角参数，判断驾驶员的操作意图(转向或回正)，提出了满足不同助力特性的助力控制策略和基于转角估计的主动回正控制策略。3).建立汽车仪表板和转向系三维模型。首先进行有限元分析，进行轻量化设计；其后采用刚柔耦合分析方法，对转向系统进行多工况振动模态分析；提出改进方案，实现转向系统振动特性和综合性能最优。4).提出了EPS性能试验方法。自行研制出了具有前轮定位参数设定模块和载荷可调的EPS新型试验台，通过调节悬架上的液压加载力实现变负荷加载，而且可以调加载刚度及阻尼。基于该试验台进行EPS台架试验，然后进行道路试验。技术经济指标：将自主研发的EPS和国外同类进口EPS装车对比试验。低速行驶转向都具有良好的转向轻便性，自制EPS的原地平均转向转矩为无助力转向的49%，原地最大转向转矩为无助力转向的59%；国外的同类EPS为无助力转向的46%，原地最大转向转矩为无助力转向的52%)。但是，回正性能有较大改善，回正稳定时间、残留横摆角速度及横摆角速度总方差分别降低了46%、56%和42%。实车试验结果表明，与国外同类进口EPS相比，操纵轻便性相近但回正性能有很大提高。运用刚柔耦合方法分析转向系NVH性能，与传统的方法相比，可快速的确定如何改善传递路径使转向系振动特性达到最优，大大缩短了转向系统NVH性能试验过程中的调试工作量，加快了产品的研发速度。建立了刚柔耦合体分析转向系的振动，这类方法用于分析转向系振动分析较为少见，具有一定的借鉴意义。授权专利情况、应用及效益情况：已授权2项实用新型专利，公开发表高水平研究论文29篇，其中SCI、EI检索21篇，出版专著1本。课题组5年前已开发出具有自主知识产权的电动助力转向系统，打破了国外公司对该项技术的垄断。相关的研究成果已经应用在合肥邦立电子股份有限公司和芜湖世特瑞转向系统有限公司等企业的产品开发中。所开发的新型EPS性能稳定、可靠，进行了相关的试验场可靠性试验后，已批量装车。课题研究的相关成果为合作企业带来了良好经济效益和社会效益，累计增收约2亿元、实现利税近2000万元。由于EPS具有节能环保的优点，可以有效地降低配套车型的油耗，获得国家惠民工程节能补贴，有力的促进了配套主机厂的产品销售。