【正文】 具有外部中斷及喚醒功能）；片內擁有256 KB的Flash EEPROM，12KB的RAM及4KB的EEPROM，資源十分豐富。采用PWM伺服控制方式，MOSFET功率管的驅動電路簡單，工作頻率高，可工作在上百千赫的開關狀態(tài)下。當MOSFET的控制信號a（b）為高電平時，Q1和Q2導通，電源通過Q2，D1以及R5與C1的并聯(lián)電路向Qa充電，直至Qa完全導通，Q3截止。因此需設計高效的倍壓電源電路，以保證Vdble的值足夠大，滿足功率MOSFET的驅動要求。IRF3205的導通門限電壓為2～4V，OV的柵—源極電壓能夠使其關斷。當Qc導通時，其柵—源極電壓等于電源電壓減去Q2的集—射極飽和導通電壓，而電源電壓又等于蓄電池電壓減去1N5819二極管的正向導通電壓。 電源倍壓電路如圖55所示，NE555定時器工作于多諧振蕩器模式，于引腳3產生幅值等于NE555的供電電壓，頻率為1/（R2+2R1）C1的矩形波。圖55 電源倍壓電路 電機驅動電路臺架試驗 根據電動轉向控制系統(tǒng)對穩(wěn)定性和跟蹤性的需要，采用最優(yōu)H二控制器編制電動轉向系統(tǒng)控制程序，并在汽車電動轉向試驗臺上進行臺架模擬試驗，車速信號用模擬車速傳感器發(fā)出的脈沖信號代替網。圖56 方向盤扭矩和電機電流的關系曲線6 結論 電動助力轉向系統(tǒng)(EPS)作為一項高新技術產品，所涉及的技術領域包括汽車工程、電子、電力驅動、控制器、傳感器、現代控制理論等等諸多方面，需要解決的關鍵問題也很多，所以對于這項產品的研究與開發(fā)不可能一蹴而就。其中主要是對其關鍵元件（電動機、離合器、減速機構及扭矩傳感器等）的功能要求進行了分析，并且對EPS的電流控制及上層控制策略（助力控制、回正控制及阻尼控制）進行了逐一論述，最后進行了電機控制電路以及驅動電路的設計。在我論文完成過程中，曹老師和徐老師在百忙之中抽出時間給予了我很多指導和幫助，在此我特向曹老師和徐老師表示衷心的感謝。在論文完成的過程中傾注了導師大量的心血，在論文完成之際，特向我尊敬的導師曹老師和徐老師表示衷心的感謝。本次設計以某一微型轎車為參考，采用齒輪齒條式轉向器，對轉向器中的關鍵元件齒輪和齒條進行了結構設計及強度校核，對轉向橫拉桿進行了運動分析、從而確定了齒條行程，對自動間隙調整彈簧進行了選取，還對齒輪軸軸承進行選取、并進行了壽命驗算，并對鍵的強度進行了校核。從圖56中可以看出，在轉向過程中，助力電動機電流隨著方向盤轉矩的變化而變化，電動機電流的變化趨勢和方向盤轉矩的變化趨勢相吻合，表明電動機的助力轉矩對方向盤轉矩有良好的跟蹤性能。當NE555引腳3輸出高電平時，由于電容電壓不能突變，C3正極電壓為24V或接近24V，并通過D2向C4充電，使C4電壓為24V或接近24V。 蓄電池倍壓工作電源 ，而蓄電池電壓只有12V。當MOSFET的控制信號c（d）為高電平時，Q1導通，Q2截止，Q1的柵極電壓通過R3與C1組成的并聯(lián)電路、D１及Q1迅速釋放，Qc/Qd關斷。 圖53 H橋上側橋臂驅動電路 當MOSFET的控制信號a（b）管為低電平時，Q1和Q2均截止，Q3導通，Qa的柵—源極電壓通過R5與C1的并聯(lián)電路及Q3迅速釋放，直至Qa關斷。此時，Qa的柵—源極電壓降VGS=（ VdbleVCEVFVbat），其中VCE為2N2907的集一射極飽和導通電壓，VF為D1的正向導通壓降，Vbat為蓄電池電壓。IRF3205具有8 mΩ導通電阻、功耗小、耐壓達55V、最大直流電流110A、滿足EPS系統(tǒng)對MOSFET功率管低壓（正常工作不超過15V）大電流（額定電流30 A）的要求。圖51 EPS控制系統(tǒng)組成圖框圖 電機控制電路設計 直流電動機是EPS系統(tǒng)的執(zhí)行元件，電機的控制電路在系統(tǒng)設計中有著特殊的地位。5 EPS電機驅動電路的設計 微控制器的選擇 MOTOROLA公司的MC9S12系列單片機是基于16位HCS12 、 FLASH微控制器[14]，是根據當前汽車的要求設計出來的一個系列。對于前一種情況而言，可以利用電動機的阻尼來防止出現超調。 回正控制 當汽車以一定的車速行駛時，由于轉向輪主銷后傾角和主銷內傾角的存在，使得轉向輪具有自動回正的作用。汽車高速直線行駛時，如果轉向過于靈敏、“輕便”，駕駛員就會有通常說的“飄”的感覺，這給駕駛會帶來很大的危險。步驟如下[13]： （1）輸入由車速傳感器測得的車速信號； （2）輸入由轉向盤轉矩傳感器測得的轉向盤力矩的大小和方向； （3）根據車速和轉向盤轉矩，由助力特性得到電動機目標電流； （4）通過電動機電流控制器控制電動機輸出力矩。因此EPS的控制要解決兩個問題：（1）確定助力特性。 電流傳感器 我們選用閉環(huán)霍爾傳感器，它的優(yōu)點是電路形式簡單、成本相對較低，精度和線性度較好，響應時間較快，溫度漂移較小。信號的高頻部分由檢測電路濾波，僅有扭矩信號部分被放大。如圖所示為非接觸式扭矩傳感器的典型結構。需要對制造精度和扭桿剛度進行折中，難以實現絕對轉角和角速度的測量。精確、可靠、低成本的扭距傳感器是決定EPS能否占領市場的關鍵因素之一。1 減速機構減速機構用來增大電動機傳遞給轉向器的轉矩。離合器采用干式電磁式離合器，主要參數見表42。我們采用的永磁直流電機，主要參數如下表：表41 EPS電動機基本參數型式永磁式直流電動機額定時間S2 2分鐘標稱輸出150W額定轉速1200r/min/DC額定轉矩額定電流30A旋轉方向正反轉允許最大電流35A 電磁離合器 電磁離合器是保證電動助力只在預定的范圍內起作用。4 EPS的關鍵部件和控制策略 EPS的關鍵部件選型 電動機 電動機根據ECU的指令輸出適宜的轉矩，一般采用無刷永磁直流電動機[9]，無刷永磁電動機具有無激勵損耗、效率較高、體積較小等特點。上軸承選擇比下軸承稍大的型號6203,同樣滿足要求。因彈簧的工作次數小于，載荷性質屬Ⅱ類。轉向節(jié)由繞圓心轉至時，齒條左端點E移至的距離為=75 ==75+=齒輪齒條嚙合長度應大于即 =+=150取L=即梯形臂或轉向節(jié)由繞圓心轉至時，齒條左端點移至的距離為30176。 == ⑤ 確定載荷系數 =1，由, /100=,=1；對稱布置，取=；取=，則=11= ⑥修正法向模數 == 圓整為標準值，取= ⑶確定齒輪傳動主要參數和幾何尺寸 ① 分度圓直徑 == ② 齒頂圓直徑 =+2 =+2(1+0)= ③齒根圓直徑 = == ④齒寬 == 因為相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即。 齒條的齒數計算Z2 （312） 式中：—齒條行程，160mm；—齒條模數，；—齒條壓力角，=200。齒輪在垂直于齒條中心線MM的方向上移動了BC距離：；在齒條實際工作中是運動的，齒輪只是繞軸承中心線轉動，并不移動。齒條導向座的調節(jié)使齒輪、齒條之間有一定的預緊力，此預緊力會影響轉向沖擊、噪聲和反饋。側面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊。當這些球頭銷依制造廠的規(guī)范擰緊時，在球頭銷上就作用了一個預載荷。相互嚙合的齒輪的齒距和齒條的齒距必須相等。齒條代替梯形轉向桿系的搖桿和轉向搖臂，并保證轉向橫拉桿在適當的高度以使他們與懸架的下擺臂平行。 取齒輪模數mn1=，齒輪齒數z1=6，齒輪壓力角α1=200，齒輪螺旋角取為150、左旋，齒輪軸總長L=160mm，故斜齒圓柱齒輪直徑根據公式 d1=mn1z1/cosβ= （39） 取齒寬系數， 則齒條寬度 （310） 圓整取 ，則取齒輪齒寬。相對直齒而言，斜齒的運轉趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動力。齒輪軸上端與轉向柱內的轉向軸相互連接。mm；[τ]—材料許用切應力，140MPa。 ，取。 對于給定的汽車，用式（35）計算出來的作用力是最大值。 設計取方向盤總圈數為3，則 （34） 式中：—轉向盤轉角（速度），3360176。精確地計算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經驗公式來計算汽車在瀝青或者混泥土路面上的原轉向阻力矩(Nmm)，即 （31） 式中，f為輪胎和路面間的滑動摩擦因數，；G1為轉向軸負荷（N)； P為輪胎氣壓（MPa)。3 齒輪齒條式轉向器設計 整車性能參數 本次設計以某微型轎車為模型，采用前置前驅的驅動方式，其基本參數如表31所示： 表31 某微型車基本參數名稱數值單位軸距L2500mm前輪距L11490mm后輪距L21475mm最小轉彎半徑Rmin4940mm車長3900mm車寬1695mm車高1525mm整車整備質量1095kg前輪負荷率60%載客數5人輪胎規(guī)格前輪175/65 R15 后輪175/65 R15 齒輪齒條式轉向器的設計和計算 齒輪齒條轉向器計算載荷的確定 （1）為了保證行駛安全，組成轉向系的各零件應有足夠的強度。圖27 EPS系統(tǒng)工作流程圖電動助力轉向系統(tǒng)主要部件有：轉矩傳感器、車速傳感器、電流傳感器、電動機與減速機構、電子控制單元（ECU)。從最低車速到最高車速，可得到一族回正特性曲線，而傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)是無法做到這一點的。如果輪胎的回正力矩比總的摩擦損失力矩小，轉向盤將不可能恢復到中間位置，汽車將偏離預期的行駛路線，直到駕駛員通過轉向盤用力使它返回到中間位置。所謂跟隨性問題是指當轉向盤有轉向輸入時，系統(tǒng)中的各個元件（如電機等）及其他相關元件（如車輪等）均具有快速、協(xié)調和準確的響應性或跟隨性。所以協(xié)調轉向力和路感的關系困難，特別是汽車高速行駛時，仍然會提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā)飆，影響操縱穩(wěn)定性，危機汽車高速行駛時的安全。所謂穩(wěn)定性主要是指汽車在行駛過程中，當突然受到外界橫向力作用而發(fā)生自動轉向等不穩(wěn)定現象時，轉向系統(tǒng)應該具有使車輛在相當短的時間內迅速地回復正常行駛狀態(tài)的能力。在高車速和低側向加速度范圍內，汽車應具有良好的橫擺角速度頻率響應特性，直線行駛能力和回正性能?？紤]到本次設計中采用獨立懸架，故設計中采用斷開式轉向梯形。 本次設計是發(fā)動機前置前輪驅動，故采用如圖24所示的布置形式。針對本次設計，應該選用齒輪齒條式轉向器。 圖23 循環(huán)球式轉向器循環(huán)球式轉向器的優(yōu)點是：傳動效率可達到75%~85%；轉向器的傳動比可以變