汽车电动助力转向系统电机选择及控制系统设计

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1、汽车电动助力转向系统电机选择及控制系统设计：电动助力转向系统是对传统机械转向系统的创新，操控性能好，操作轻便，转配迅速，消耗动能少，燃油经济。分析比较了几种常见的电动助力系统结构的优缺点，给出了相应的电机选择原则，并进一步做出了相应的电机控制方案。　　关键词：电机；助力；转向系统；功率　　：TP271：A：T2012-03(03)-9031　　Abstract:electricpoisonthetraditionalmechanicalsteeringsysteminnovation,controlgoodperformance,convenientoperation

2、,ZhuanPeirapidly,lesskiicenergyconsumption,fueleconomy.Analysisandparisonofseveralmonelectricpoandtheadvantagesanddisadvantagesofthestructure,thecorrespondingmotorselectionprinciple,andfurthermakethecorrespondingmotorcontrolscheme.　　Keyotor;Po;pomax需满足下述条件：　　（1）　　式中，Tmmax为满足转向轻便性要求的电动机最

3、大输出力矩;Tmax为最大转向阻力矩;gp为转向系角传动比;gm为电动机减速机构传动比。　　gp越大转向越轻便，但灵敏度越差。以往没有动力转向时，gp的选择常常在转向轻便性与灵敏度之间进行折中，安装动力转向后，可以更多地兼顾灵敏度要求。gm的选择应充分考虑与电动机的匹配，gm越大要求Tmmax越小，这样可减小电动机尺寸，降低电动机的制造成本，并且易于在车上布置。但是gm越大，要求电动机转速越高，电动机的力矩波动也易传到转向盘上，同时减速机构尺寸也越大。　　2.3电动机的转速匹配　　要获得最大的工作效率，电动机应尽量工作在最大转速一半的状态，即　　(2)　　　　式中，为

4、电动机的额定转速；为电动机的最大转速。　　对于转向轴助力式电动助力转向系统，为满足一定转速范围内的转向轻便性要求，电动机的转速应满足　　（3）　　式中，为设定的转向盘最大转速。　　电动机减速机构的减速比对电动机输出转矩起到放大作用，同时对电动机的转动惯量等参数也起到放大作用，因此影响系统的动态性能;减速比还影响减速机构的尺寸、布置空间和传动效率等。　　2.4电动机的功率匹配及验算　　选择电动机额定功率一般分为计算电动机的负载功率、预选电动机、电动机的过热验算和过载验算三步。由于汽车的驾驶情况及行使工况的不同，电动机的工作负载也表现出不同的负载类型。匹配选择时，应综合考

5、虑各种不同的负载情况，选择略大的电动机功率。　　2.4.1电动机负载功率的计算　　电动机的负载功率要根据具体的电动助力转向机构的负载功率及效率来进行计算，是选择电动机额定功率的依据。电动机的负载功率可采用下式来估算：　　（4）　　式中，λ为考虑电动机、减速器等的功率系数，一般λ的取值范围为1.2～2.5。　　由式（4）可得　　（5）　　考虑到电动机的连续工作制运行工况，电动机的额定功率应满足　　(6)　　式（6）条件下，可同时满足电动机短时工作制运行工况的条件为　　(7)　　式中，tg为电动机的短时工作时间;T为电动机的发热时间常数;α为电动机额定运行时不变损耗与可变

6、损耗的比值。　　2.4.2过热验算　　对电动机的功率进行估算后，首先进行过热验算。由于电动机的工作负载是时刻变化的，过热验算可采用平均损耗法和等效电流法、等效转矩法、等效功率法等。等效转矩法是在电动机的工作过程中，其转矩与电流成正比(励磁磁通Φ近似不变)的情况下，电动机的等效转矩为　　(8)　　式中，tj为时间间隔;为在时间间隔内的负载转矩。　　式(8)中的取值与计算取决于电动机工作时用转矩表示的负载图。　　电动机不过热的条件为　　（9）　　式中，PN为电动机的额定功率；Peq为由等效转矩换算的电动机功率，。　　2.4.3过载验算　　预选的电动机通过过热验算以后，还要

7、进行过载验算。过载能力是指电动机负载运行时，可以在短时间内出现的电流或转矩过载的允许倍数。电动机的过载能力可按以下条件验算：　　（10）　　式中，为电动机工作时所承受的最大负载转矩;λm为电动机的过载倍数。　　若预选的电动机过载能力不够，则要重选电动机及额定功率，直到满足要求为止。　　3．基于单片机的电动机控制方式　　　　图1无刷直流电动机原理图　　　　无刷直流电动机由电动机本体、转子位置传感器、电子开关线路和驱动电路4部分组成，是一种典型的机电一体化产品，其原理框图如图1所示。图中，直流电源通过开关电路和驱动电路向电动机定子绕组供电，位置传感器随时