【正文】 轉(zhuǎn)速等有關(guān)。轉(zhuǎn)矩傳感器有接觸式和非接觸式兩類，非接觸式主要是使用下列三種技術(shù)之一 ； ]6[ 磁、光和感應(yīng)技術(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，轉(zhuǎn)矩被傳遞到扭力桿時(shí)，輸入軸 和輸出軸之間的旋轉(zhuǎn)方向里出現(xiàn)偏差。車速信號(hào)由車速傳感器測(cè)得，車速傳感器也有多種類型，主要是利用電磁原理和光學(xué)原理制成。作為 EPS 系統(tǒng)助力的提供者，直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)當(dāng)有較好的機(jī)械特性和調(diào)速特性。當(dāng)系統(tǒng)車速高于設(shè)定值或電機(jī)電流高于設(shè)定值或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，離合器又?jǐn)嚅_電動(dòng)機(jī)與減速齒輪的連接，使系統(tǒng)停止助力，改為人工操作，從而保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)提供的助力雖不如兩級(jí)行星齒輪減速機(jī)構(gòu)的大，但已能滿足微型車的應(yīng)用需求，加之其減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小以及成本低，所以目前應(yīng)用較為廣泛?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)主要包括兩大部分，一是數(shù)據(jù)輸入通道，即數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)，二是控制輸出通道，主要是電動(dòng)機(jī)的控制電路。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 控制器微處理芯片的選擇 控制器微處理器常用芯片及選型 作為汽車電子技術(shù)研究的 熱門課題之一，國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)和高校對(duì)控制器的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了新的嘗試和探討，主要體現(xiàn)在控制芯片的選擇上。輸出的數(shù)字信號(hào)有 TTL 三態(tài)緩沖器控制，故可直接連至數(shù)據(jù)總線。圖 34 為 74LS373 引腳圖 。例如 6116(2k)、 6264（ 8k）、 62256（ 32k） 等。 ●WE :寫允許引腳，低電平有效。 ]11][10[ 轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集電路如圖 37 所示。在課題研究中作者采用脈沖發(fā)生器來(lái)模擬車速信號(hào)，輸入到單片機(jī)。 電動(dòng)機(jī)的 PWM 控制 在控制器的硬件設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)是重要的一環(huán)。這種方式的優(yōu) 點(diǎn)是控制原理簡(jiǎn)單，輸出波動(dòng)小，線性好，對(duì)鄰近電路干擾小，但是功率器件在線性區(qū)工作時(shí)由于產(chǎn)生熱量會(huì)消耗大部分電功率，效率和散熱問(wèn)題嚴(yán)重，因此這種方式只用于微小功率直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 在 PWM 調(diào)制時(shí)，占空比 a 是一個(gè)重要參數(shù)。單極性驅(qū)動(dòng)方式是指在一個(gè) PWM 周期內(nèi)，直流電動(dòng)機(jī)電樞只能承受單極性電壓。 ]12[ 表 32 功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電氣參 額定漏極電壓 VDS 55V 柵源開啟電壓 VOS 420V 額定漏極電流 IDS 64A 導(dǎo)通電阻 RON 14m? 開通時(shí)間 ton 90ns 關(guān)短時(shí)間 tof 84ns 在選定功率開關(guān)器件后，接著就要考慮選擇與其相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器件，并設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路。 TLP250 的主要電氣參數(shù)如下： .輸入閥值電流 F=5mA (max)。當(dāng) MOSFET 關(guān)斷時(shí)，經(jīng)二極管 D 向電容 C 充電，由于二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小，所以關(guān)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 斷時(shí)的過(guò)壓吸收效果與電容的 吸收效果相當(dāng)。 顯示電路主要是用于故障信息的顯示。當(dāng)繼電器吸合時(shí)，二極管 D1 截止，不影響電路工作。單片洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 機(jī)控制系統(tǒng)需要 5V 的供電電壓， 7805 完成 12V 到 5V 的轉(zhuǎn) 換。 可 采用串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)倍壓輸出。 干擾的 耦合 方式主要有以下幾種 : (1)靜電電容 耦合 :由于電路與電路之間存在寄生電容，產(chǎn)生靜電效應(yīng)從而引起干擾。所有強(qiáng)電信號(hào)地線都接到一個(gè)電源地線上，盡可能地把地線加粗，降低內(nèi)阻 :所有外部弱電信號(hào)用一個(gè)公共地線，并與電源地線分開。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 第 4 章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 控制器硬件是電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基石，而軟件則可以說(shuō)是 EPS 系統(tǒng)的靈魂。 (2)一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地 :接地系統(tǒng)干擾主要是由于多點(diǎn)接地，使得兩接地點(diǎn)的電位不為零，這個(gè)電位差對(duì)于電路的輸入輸出電壓產(chǎn)生干擾，洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 或由 于兩個(gè)電路經(jīng)公共接地線接地，兩個(gè)電路電流不同而產(chǎn)生干擾。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 (2)溫度干擾 :主要指系統(tǒng)中電子測(cè)量裝置和元器件在工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量以及環(huán)境溫度的變化造成的干擾。 可將 CMOS 或 TTL 的 +5V 電壓轉(zhuǎn)換成 5V。在設(shè)計(jì)中對(duì)此部分進(jìn)行了補(bǔ)充。反之，繼電器斷開，切斷離合器電源?？紤]到電磁繼電器的干擾信號(hào)可能竄入單片機(jī)控制系統(tǒng)，從而影響數(shù)字電路 部分的控制效果，采用光電耦合器對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)與繼電器部分的信號(hào)進(jìn)行了光電隔離。緩沖電路就是為了在開關(guān)過(guò)程中保護(hù)開關(guān)器件，抑制高電壓和大電流的防護(hù)措施?？紤]到電機(jī)的助力電流較大，為了能有效的隔離強(qiáng)電與弱電，提高系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計(jì)中最終采用了光耦驅(qū)動(dòng)器件。選擇 MOSFET 的型號(hào)時(shí)要考慮到漏極電流的最大額定值，漏極一源極間電壓的最大額定值以及器件的導(dǎo)通電阻。雙極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè) PWM 周期中，直流電動(dòng)機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化。 0 ? a? l。在對(duì)直流電機(jī)的電樞電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中，對(duì)半導(dǎo)體器件的使用上又可分為線性放大驅(qū)動(dòng)方式和開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路采用了常用的 H 全橋 PWM 電路，方向控制由門電路組成， 離合器的開斷用繼電器來(lái)控制?；魻杺鞲衅鬏敵龅氖请娏餍盘?hào) (050mA)，而系統(tǒng)接收的是電壓信號(hào)，故需在傳感器的輸出引腳上接一個(gè)約 100? 的電阻，將輸入的信號(hào)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 轉(zhuǎn)換為 5V 到 5V 的電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)電壓變換電路如圖 39 示，使其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的 0V 到 V 的電壓信號(hào)，最后經(jīng)濾波電路送到 89C52 芯片的A/D 端口。其電路原理如圖 37 示。 ●D0D7:數(shù)據(jù)線。外部程序存儲(chǔ)器的讀信號(hào)為 PSEN。常用的單片機(jī)地址鎖存器芯片有 74LS37828 74LS273 等。片內(nèi)有 8 路模擬開關(guān)，可控制選擇 8 個(gè)模擬量中的一個(gè)。另一方面結(jié)合車速信號(hào)，用于系統(tǒng)的保護(hù)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第 3 章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 控制器 ECU 是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容之一，是控制策略實(shí)現(xiàn)的硬件 基礎(chǔ)，控制器的硬件性能直接影響 EPS 系統(tǒng)的控制效果。目前實(shí)用的減速機(jī)構(gòu)有多種組合方式，一般采用蝸輪蝸桿與轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動(dòng)組合式，也有的采用兩級(jí)行星齒輪與傳動(dòng)齒輪組合式。 按照上述要求，本課題選用了直流有刷永磁電動(dòng)機(jī)作為 EPS 系統(tǒng)的助電動(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） 21 力電機(jī)，其工作的額定電壓為 12 V,額定電流為 30A,，額定轉(zhuǎn)速為 1050r/min,額定輸出功率為 170W，額定轉(zhuǎn)矩為 . 電磁離合器 電磁離合器安裝在電動(dòng)機(jī)和減速齒輪之間，它的作用主要是使電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)快速地結(jié)合和分離。 直流電動(dòng)機(jī) EPS 用直流電動(dòng)機(jī)與一般的起動(dòng)電機(jī)在原理上基本相同， 但一般采用永磁電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)利用主、副轉(zhuǎn)矩信號(hào)即可判斷方向盤轉(zhuǎn)向的方向和轉(zhuǎn)矩大小。同時(shí)，滑塊通過(guò)一個(gè)銷安裝到輸出軸，使它僅可以相對(duì)于輸出軸在垂直方向上移動(dòng)。除了本身的機(jī)械傳動(dòng)部件外，主要的部件還包括轉(zhuǎn) 矩傳感器、車速傳感器、直流電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、減速機(jī)構(gòu)和電子控制器 ECU (Electronic Control 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） 18 Unit)。 Rp—小齒輪半徑， m。 Be—輸出軸的阻尼系數(shù)， Nm 。.? m=TmTa (25) .. mm m m m aJ B T T???? 式中 Jm,—電動(dòng)機(jī)和離合器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， Kg ? s—輸出軸的旋轉(zhuǎn)角， rad 。m /( rad / s) 。轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(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)向車輪保持在任一偏轉(zhuǎn)角位上。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。 因此本設(shè)計(jì)采用此種助力方式。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。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。 與 80c552 相比， 89c52 不需對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行外部擴(kuò)展。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。 本課題研究的目的與意義 汽車電子動(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。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。 EPS 產(chǎn)品在 20xx 年才有國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行研制開發(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。 由此可見， EPS 和 HPS 相比，是一項(xiàng)緊扣現(xiàn)代汽車時(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)。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)向車輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能。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。 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)汽車上開始普遍應(yīng)用。汽車助力轉(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公司在探討開發(fā)的下一代線控電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 在研制了實(shí)驗(yàn)用 ECU 裝置后，開發(fā)了相應(yīng)的控制軟件。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。 control of data/signal, was developed in modular after the design of experimental ECU was pleted. And the main program, A/D acquisition program, speed signal acquisition program and PWM control program are developed in the second part. The result showed that the electronic control unit designed was with stable performance, appropriate structure and excellent matching condition, and the excellent power steering effect could be ensured by EPS. Key words: Electric Power Steering System (EPS) Electronic Control Unit SingleChip Microprocessor Control Strategy 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） II 目 錄 前 言 ...................................................................................................1 第 1 章 緒論 .........................................................................................2 汽車電動(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 ........................................... 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 .................