【MATLAB】车载电子转向系统EPS建模研究

【MATLAB】车载电子转向系统EPS建模研究

引言

电子转向系统是替代传统液压助力转向的新型转向助力技术，通过电机提供转向助力，可根据车速与转向工况灵活调整助力特性，改善驾驶手感与转向轻便性，同时降低能耗。EPS 系统包含转矩传感器、助力电机、减速机构与控制器，控制策略直接影响转向助力的平稳性与回正性能。本文基于 MATLAB 建立 EPS 系统动力学模型，设计基于车速与转向转矩的助力控制策略，仿真分析不同工况下的助力效果，并给出完整可运行的代码。

EPS 系统结构与工作原理

EPS 系统主要由转向盘、转向轴、转矩传感器、助力电机、减速机构与小齿轮齿条等组成。驾驶员转动转向盘时，转矩传感器测量转向转矩，控制器根据转矩与车速计算目标助力，驱动助力电机通过减速机构输出助力转矩，叠加到转向轴上，帮助驾驶员克服转向阻力。

助力特性通常随车速调整：低速时提供较大助力，减轻原地与低速转向的用力；高速时减小助力，保持足够的转向反馈，避免方向盘过轻。典型助力特性随转向转矩增大而增大，并受车速调制，形成助力曲线族。

除基本助力外，EPS 还包含回正控制、阻尼控制与主动回正等功能，改善转向手感与回正性能。本文聚焦基本助力控制与系统动力学建模。

EPS 系统动力学建模

本文建立的 EPS 模型包含转向系统动力学、助力电机模型与助力控制模块。

转向系统动力学描述转向盘、转向轴与小齿轮的运动。驾驶员施加的转向转矩、电机助力转矩与转向阻力共同决定转向轴的角加速度与转角。转向阻力包括轮胎回正力矩、摩擦与阻尼，随转角与车速变化。

助力电机模型描述电机的电气与机械特性。控制器根据目标助力电流驱动电机，电机产生与电流相关的转矩，经减