【正文】 汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn) ...............................................2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 ...................................4 EPS 的發(fā)展趨勢(shì)和急待解決的核心技術(shù) ...............................5 本課題研究的目的與意義 .......................................................6 第 2 章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案確定及工作原理 ..............................7 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的工作原理 ...............................................9 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和工作原理 .........................9 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類(lèi) ........................................... 11 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)要求 ................................... 12 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 ............................................. 13 轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向柱輸入軸子模型 ................................... 14 電動(dòng)機(jī)模型 .................................................................. 14 輸出軸子模型 .............................................................. 16 齒輪齒條子模型 ........................................................... 16 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要部 分 ............................................. 17 轉(zhuǎn)矩傳感器 .................................................................. 18 車(chē)速傳感器 .................................................................. 19 直流電動(dòng)機(jī) .................................................................. 20 電磁離合器 .................................................................. 21 減速機(jī)構(gòu) ...................................................................... 22 電子控制單元 ECU...................................................... 23 第 3 章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ............................................ 24 電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的總體結(jié)構(gòu) ................................. 24 控制器微處理芯片的選擇 ..................................................... 26 控制器微處理器常用芯片及選型 ............................... 26 89C52 芯片及 A/D 轉(zhuǎn)換芯片介紹 .............................. 26 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 89C52 外部總線擴(kuò)展及片外 ROM 的連接 ................ 28 控制器輸入通道的設(shè)計(jì) ......................................................... 30 轉(zhuǎn)矩信號(hào)的采集 ........................................................... 30 電動(dòng)機(jī)電流信號(hào)的采集 ............................................... 31 車(chē)速信號(hào)的采集 ........................................................... 33 控制器輸出通道的設(shè)計(jì) ......................................................... 34 電動(dòng)機(jī)的 PWM 控制 ................................................... 34 電磁離合器和顯示控制電路的設(shè)計(jì) ........................... 39 電動(dòng)機(jī) 保護(hù)電路及繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .................. 40 系統(tǒng)供電電源電路設(shè)計(jì) ......................................................... 41 系統(tǒng)硬件抗干擾措施 ............................................................. 42 第 4 章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................ 45 EPS 的控制策略 ..................................................................... 45 EPS 的 PID 控制 .......................................................... 45 電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各功能模塊的軟件設(shè)計(jì) ......................... 48 A/D 采集程序 ............................................................... 48 PWM 控制程序 ............................................................ 49 車(chē)速信號(hào)采集程序 ....................................................... 51 系統(tǒng)主程序 .................................................................. 53 結(jié) 論 ................................................................................................. 55 謝 辭 ................................................................................................... 56 參考文獻(xiàn) ............................................................................................. 57 附 錄 ................................................................................................. 59 外文資料翻譯 ..................................................................................... 66 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車(chē)的一個(gè)重要組成部分，其性能的好壞將直接影響到汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性、穩(wěn)定性和行駛安全性。在數(shù)據(jù)信號(hào)采集與控制部分，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)主程序、 A/D 采集程序、車(chē)速信號(hào)采集程序和 PWM 控制程序。控制單元具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)采集和系統(tǒng)控制功能，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)，確定電動(dòng)機(jī)輸 出的目標(biāo)電流，利用 PWM 脈寬調(diào)制技術(shù)，通過(guò) H 橋式電路控制電動(dòng)機(jī)的輸出電流和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向功能。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 摘 要 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Electric Power Steering System，簡(jiǎn)稱(chēng) EPS)，是汽車(chē)工程領(lǐng)域的熱門(mén)課題之一。 在研制了實(shí)驗(yàn)用 ECU 裝置后，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的控制軟件。 本文所設(shè)計(jì)的 EPS 電子控制單元性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)合理，與整車(chē)匹配性能好，可保證 EPS 實(shí)現(xiàn)良好的轉(zhuǎn)向助力效果。汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向依次經(jīng)歷了機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電控液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等階段，國(guó)際上已有一些大的汽車(chē)公司在探討開(kāi)發(fā)的下一代線控電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊，研制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵，在于電子控制技術(shù)，包括確立適宜的助力特性，還有采集主要參數(shù)的傳感技術(shù)。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 緒論 汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn) 由于動(dòng)力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)向操縱靈活、輕便、并可吸收路面對(duì)前輪產(chǎn)生的沖擊等優(yōu)點(diǎn)，自 20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)在各國(guó)汽車(chē)上開(kāi)始普遍應(yīng)用。 20世紀(jì) 80 年代開(kāi)始研究的汽車(chē)上電能為動(dòng)力的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (EPS)。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓油泵，使液壓油不停地流動(dòng)，浪費(fèi)了部分能量。 ]1[ 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 。和 HPS 相比，旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于電機(jī)，沒(méi)有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向車(chē)輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的跟隨性能。同時(shí)由于液壓油在低溫時(shí)的粘度很大，存在低溫時(shí)必須有個(gè)加溫的過(guò)程，而EPS 可以在零下 40℃ 很好的工作，基本 上不存在受溫度影響的問(wèn)題。 由此可見(jiàn)， EPS 和 HPS 相比，是一項(xiàng)緊扣現(xiàn)代汽車(chē)時(shí)代發(fā)展主題的高新技術(shù)，必將逐步取代現(xiàn)有的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。同年，在歐洲市場(chǎng)銷(xiāo)售的一種經(jīng)濟(jì)型轎車(chē) 菲亞特幫托也將美國(guó)德?tīng)柛９旧a(chǎn)的電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)裝備。 EPS 產(chǎn)品在 20xx 年才有國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行研制開(kāi)發(fā)，目前已經(jīng)知道的有10 多家科研院校正在研制中，如清華大學(xué)、吉林大學(xué)、江蘇大學(xué)、天津大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等， 另外還有 10 多家轉(zhuǎn)向企業(yè)和 10 多家配套企業(yè)也在研制中。 EPS 的發(fā)展趨勢(shì)和急待 解決的核心技術(shù) 首先， EPS 的應(yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步拓寬，將作為標(biāo)準(zhǔn)件裝備在汽車(chē)上，并將在動(dòng)力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。電動(dòng)機(jī)本身的性能及其 與電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的匹配都將影響到轉(zhuǎn)向操縱力、轉(zhuǎn)向、路感等問(wèn)題。未來(lái)的 EPS 將向電子四輪轉(zhuǎn)向的方向發(fā)展，并與通過(guò)總線技術(shù)電子懸架、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制等一起統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)。 本課題研究的目的與意義 汽車(chē)電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一直存在著 “ 輕 ” 與 “ 靈 ” 的矛盾，即汽車(chē)低速時(shí)需要 “ 輕 ” 的轉(zhuǎn)向力，高速時(shí)需要 “ 靈 ” 的轉(zhuǎn)向效果。因此我們必須大力對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)進(jìn)行研究。為更好的擬定一份準(zhǔn)確、可靠的總體方案，可以采用 “ 多選一 ” 的形式。除了提供80C552 的全部功能外，還提供了大量的硬件資源，引入了許多新的功能，是專(zhuān)為儀表控制、工業(yè)過(guò)程控制、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)控制等實(shí)時(shí)應(yīng)用場(chǎng)合而設(shè)計(jì)的高性能單片機(jī)。 與 80c552 相比， 89c52 不需對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行外部擴(kuò)展。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和工作原理 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用電機(jī)作為助力源，根據(jù)轉(zhuǎn)矩參數(shù)和車(chē)速信號(hào)，由電子控制裝置來(lái)執(zhí)行助力控制的。若需要助力，則依照既定的控制策略計(jì)算電機(jī)助力轉(zhuǎn)矩的大小并輸出相應(yīng)控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路。控制器根據(jù)輸入的這些信號(hào)，依據(jù)相應(yīng)的控制策略，確定助力的大小和方向，即確定電動(dòng)機(jī)的電流大小和方向，調(diào)整轉(zhuǎn)向助力的大小。它可安裝在轉(zhuǎn)向柱上的任意合適位置，一般提供蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)減速和變向。但是電機(jī)輸出力矩的波動(dòng)容易傳遞到方向盤(pán)上。 因此本設(shè)計(jì)采用此種助力方式。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)要求 對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求，主要可以概括為轉(zhuǎn)向的靈敏性和操縱的穩(wěn)定性。而電動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向器由于采用電子控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)和控制電機(jī)提供助力，因而能較好的解決這一矛盾。轉(zhuǎn)向靈敏度就是轉(zhuǎn)向助力器產(chǎn)生助力作用的快慢程度。轉(zhuǎn)向車(chē)輪的偏轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角保持一定電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 關(guān)系，并能使轉(zhuǎn)向車(chē)輪保持在任一偏轉(zhuǎn)角位上。 EPS 的機(jī)械部分主要可分為轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向軸、電動(dòng)機(jī)、減速結(jié)構(gòu)和齒輪齒條四個(gè)主要部分，根據(jù)系統(tǒng)的使用條件和研究對(duì)象，忽略一些次要因素