Электромеханические процессы в электроусилителе руля на основе синхронного двигателя с постоянными магнитами

Abstract

Актуальность. Электроусилители рулевого управления транспортных средств успешно конкурируют с аналогичными по назначению гидроусилителями, показывая высокую эффективность, экономию энергии и экологичность. Цель: исследование электромеханических процессов в электроусилителе руля на основе синхронного двигателя с постоянными магнитами. Методы: математическое и компьютерное моделирование с использованием программного комплекса MatLab/Simulink. Результаты: Рассмотрены режимы работы электроусилителя рулевого управления на основе электрического двигателя с постоянными магнитами. Проанализированы две классические схемы построения систем рулевого управления с электроусилителем руля - с размещением электродвигателя на рулевой колонке и на рулевой рейке. Разработаны структурные схемы механической и электрической частей системы рулевого управления. На основе математических зависимостей, характеризующих режимы работы системы рулевого управления, на платформе MATLAB/Simulink получена полная динамическая имитационная модель электроусилителя. На основе предварительного анализа методов и алгоритмов управления в системе для решения задачи устойчивости управления реализованы ПИ-контроллеры с фильтрами нижних частот для регулирования тока и напряжения электродвигателя в зависимости от скорости автомобиля и угла поворота рулевых колес. Результаты моделирования были использованы при проектировании реального электроусилителя рулевого управления конкретного транспортного средства. Выводы. Полученная авторами полная имитационная модель электроусилителя на основе синхронного двигателя с постоянными магнитами в системе рулевого управления автомобиля адекватно отображает динамические процессы управления и может быть использована при проектировании транспортных средств автомобильного типа.

Relevance. Electric power steering of vehicles successfully competes with hydraulic boosters of similar purposes, showing high efficiency, energy saving and environmental friendliness. Aim. To study and research electromechanical processes of electric power steering system based on permanent magnet synchronous motor. Methods. Mathematical and numerical modeling using the Matlab/Simulink software package. Results. The article discusses the operating modes of an electric power steering based on an electric motor with permanent magnets. The authors analyzed two classic schemes for constructing steering systems with electric power steering - with the electric motor placed on the steering column and on the steering rack. Block diagrams of the mechanical and electrical parts of the steering system have been developed. Based on mathematical dependencies characterizing the operating modes of the steering system, a complete dynamic simulation model of the electric power amplifier was obtained on the MATLAB/Simulink platform. Based on a preliminary analysis of control methods and algorithms in the system to solve the problem of control stability, PI controllers with low-pass filters are implemented to regulate the current and voltage of the electric motor depending on the speed of the vehicle and the angle of rotation of the steering wheels. The simulation results were used to design a real electric power steering for a specific vehicle. Conclusions. The complete simulation model of an electric booster based on a synchronous motor with permanent magnets in a car steering system obtained by the authors adequately reflects the dynamic control processes and can be used in the design of automotive vehicles