【正文】 上駕駛員的手力力矩和方向，車(chē)速傳感器采集汽車(chē)當(dāng)前的車(chē)速 ,ECU 在綜合了這兩個(gè)傳感器輸入的數(shù)據(jù)后判斷是否提供助力， 并相位補(bǔ)償 助力控制 阻尼控制 回正控制 微分單元 電機(jī)電流 計(jì)算值 16 通過(guò)控制算法確定在提供助力的前提下助力的大小和方向。在電機(jī)啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，慣性補(bǔ)償起作用，而在平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，阻尼補(bǔ)償起主要作用。而當(dāng)車(chē)輛在高速行駛時(shí)，車(chē)輪的回正能力較強(qiáng)，為了提高車(chē)輛的穩(wěn)定性和方向盤(pán)的穩(wěn)定性， EPS提供回正補(bǔ)償來(lái)保證回正時(shí)不會(huì)出現(xiàn)超調(diào)量和擺振。 阻尼控制是 EPS系統(tǒng)在提高汽車(chē)高速直線行駛穩(wěn)定性，減小不平路面對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的沖擊方面提出的一種補(bǔ)償控制模式。系統(tǒng)模型的輸出包括轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)角 s? 、助力電機(jī)助力轉(zhuǎn)矩 aT 、扭矩傳感器檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩 seT 、電機(jī)速度 m.? 以及齒輪齒條的位移 rx [12]。通過(guò)建立各部件的數(shù)學(xué)模型及利用數(shù)學(xué)建模知識(shí)的運(yùn)用來(lái)分析 EPS的動(dòng)力學(xué)特性。EPS系統(tǒng)可能存在故障的位置及原因主要有七類(lèi)，分別是扭矩傳感器故障、車(chē)速傳感器故障、點(diǎn)火信號(hào)故障、助力電機(jī)故障、電磁離合器故障、電子控制單元故障、電源故障。這其中最重要的就是控制方法的選擇。 (b)為折線型助力特性曲線，在助力變化區(qū)內(nèi)，助力的大小與轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入力矩 7 成分段線性關(guān)系。這類(lèi)傳感器精度不高，但成本很低。后者多數(shù)已經(jīng)集成在汽車(chē)本身零部件上，只需要通過(guò)總線技術(shù)讀取數(shù)據(jù)即可。由于直流電動(dòng)機(jī)有良好的啟動(dòng)性能和調(diào)速性能，且助力電機(jī)的電源來(lái)自汽車(chē)蓄電池的直流供電，因此電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中采用的一般是直流電動(dòng)機(jī)。 電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)這一課題的研究綜合了控制科學(xué)與理論、汽車(chē)電子、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感檢測(cè)和電機(jī)學(xué)等多門(mén)學(xué)科知識(shí)，屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)。例如，恩智浦在 20xx年就提出了使用其 Flexray收發(fā)器系列產(chǎn)品確保在 EPS和 ABS系統(tǒng)之間建立可靠及時(shí)的通信，根據(jù)速度優(yōu)化助力轉(zhuǎn)向的解決方案。整個(gè)概念車(chē)的開(kāi)發(fā)計(jì)劃始于 1995年，根據(jù)公司的規(guī)劃，計(jì)劃在 20xx年時(shí)正式付諸批量生產(chǎn)。 美國(guó)的德?tīng)柛９纠^成功推出了 EPS系統(tǒng)后，又開(kāi)發(fā)出了自己的前輪和四輪電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并應(yīng)用于加州的自動(dòng)高速公路系統(tǒng) AHS(automated highway System)中。奔馳公司在進(jìn)行后橋電子轉(zhuǎn)向和多橋汽車(chē)的第三橋電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究之后，于 1990 年開(kāi)始了前輪電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的深入研究，并將其開(kāi)發(fā)的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安裝于 F400Carving 的概念車(chē)上。在汽車(chē)駕駛 3 過(guò)程中，操作轉(zhuǎn)向盤(pán)給輸入軸輸入一個(gè)角位移，相對(duì)角位移造成扭桿的形變。 Design of the Electric Power Steering System Student Tutor: (Orient Science and Technology College , Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract:Electric power steering system(Electric Powerassisted Steering)is a new technology to enhance vehicle performance which is in a rapid development in recent years .With the traditional and hydraulic power steering wheel torque signal and vehicle speed signal,the electronic controller connected to the power generated by the motor shaft direction and the size of the corresponding auxiliary Power to help turn the servo driver safety system power steering the use of electronic means,so fast response can follow rapidly changing travel need help at any way,so that the vehicle in motion the process to get the best steering specific project from the reality of the current application of the broader electric power steering column structure and working principle of the system,through the EPS system dynamics modeling to determine the power characteristics of the 2 motor power,and through puter simulation,Control method and control strategy validation of the role of system the realtime signal acquisition the speed and torque sensor signal and through the control algorithm and use which to determine the current output through the H bridge circuit and control the power of the motor speed and torque,control unit achieves power steering function． Key words:Electric Power— assisted Steering,Sensor,Fuzzy control. 1 前言 電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是于 20 世紀(jì) 80 年代中期提出來(lái)的。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。 全套圖紙，加 153893706 畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要 ??????????????????????????????? 1 關(guān)鍵詞 ?????????????????????????????? 1 1 前言 ?????????????????????????????? 2 EPS 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工 作原理 ? ????????? ??? ???? ? 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ??????????? ? ?????????? ? 3 本文的研究?jī)?nèi)容 ? ? ???????????????????? ? 5 2 電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) ??????????????????? 5 電機(jī)驅(qū)動(dòng) ?? ?????????????????????? ? 5 傳感器 ?????????????????????????? ? 6 助力特性 ????????????????????? ???? ? 6 控制方法 ??? ?????????????????????? ? 7 故障診斷和系統(tǒng)穩(wěn)定性 ??? ???????????????? ? 7 整車(chē)性能匹配 ?????? ?????????????????? 8 3 電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程 ???? ??????????????? 8 機(jī)械部分建模 ????? ?????????????????? ? 9 電控部分建模 ??? ????????????????????? 14 阻尼控制 ???????? ??????????????? ? 14 回正控制 ??????? ????????????????? 14 EPS系統(tǒng)控制建模 ???????????????????? 15 4 ECU電路結(jié)構(gòu)功能和控制策略???? ???????????????? 15 ECU工作原理 ????????????????? ??????? 15 硬件電路的設(shè)計(jì) ??????????????????? ???? 16 電源電 路 ??????????????????????? 17 ECU控制電路 ?????????????????????? 19 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ????????????????????? 21 電壓反饋電路 ???????????? ???????????? 23 故障檢測(cè)及報(bào)警電路 ????????????????????? 24 控制策略與軟件設(shè)計(jì) ????????????????????? 25 模 糊控制 ??????????????????????? 26 軟件設(shè)計(jì) ??????????????????????? 29 5 EPS功能試驗(yàn)方法分析及要求 ????????? ?????????? 32 6 總結(jié)與展望 ??????? ???????????????????? 33 總結(jié) ???????????????????????????? 33 展望 ???????????????????????????? 33 參考文獻(xiàn) ? ? ??????????? ???????????????? 34 致謝 ??? ? ??????????????????????????? 35 1 電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： （湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128） 摘 要 ： 電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EPS(Electric Power— assisted Steering)是近幾年迅速發(fā)展的一項(xiàng)汽車(chē)性能提升的新技術(shù)。 EPS 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種全電動(dòng)，與發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)關(guān)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩通過(guò)渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，放大扭矩再施加給轉(zhuǎn)向軸，從而實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向。在 20xx 年的第 71屆日內(nèi)瓦國(guó)際汽車(chē)展覽會(huì)上同本 KOYO技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用一個(gè)主控制器、一個(gè)力矩電機(jī)、一個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)的方案，同時(shí)以機(jī)械系統(tǒng)作為故障應(yīng)急設(shè)備，以確保電子部件出現(xiàn)故障后，汽車(chē)的基本轉(zhuǎn)向功能得以實(shí)現(xiàn)。 Daimler chrysler己經(jīng)開(kāi)發(fā)出電子驅(qū)動(dòng)概念車(chē)，“ R129”。第 59屆法蘭克福汽車(chē)展的雪鐵龍?jiān)揭案拍钴?chē)“ C— CROSSER”，也采用了電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng) [3]。 本文的研究?jī)?nèi)容 本文研究的主要內(nèi)容有： （ 1）對(duì) EPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，建立了助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。直到近幾年，隨著工業(yè)水平的大幅度提高，電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展以及新的控制理論的不斷提出，汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向才正式開(kāi)始向電子助力轉(zhuǎn)向的方向上邁進(jìn) [5]。但普通直流電機(jī)的特性難以滿足 EPS設(shè)計(jì)用電機(jī)的要求，因此發(fā)展出了一些專(zhuān)門(mén)針對(duì) EPS系統(tǒng)的助力電機(jī)。 精確可靠的扭矩測(cè)量 傳感器是決定 EPS性能的又一個(gè)重要因素。助力特性是 EPS系統(tǒng)的控制目標(biāo)，反應(yīng)了轉(zhuǎn)向的輕便性和路感之間的矛盾。 (c)為典型的曲線型助力特性曲線，在助力變化區(qū)內(nèi)，助力大小與轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入力矩成非線性關(guān)系，如拋物線型 [9]。汽車(chē)的行駛路況復(fù)雜， EPS系統(tǒng)工作時(shí)不但受到來(lái)自路面的隨機(jī)干擾的影響， 還有發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的熱輻射和電磁干擾對(duì)系統(tǒng)也會(huì)有很大影響。 參考豐田汽車(chē)公司電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障診斷編碼，對(duì)應(yīng)與 SAEJl939和 SAEJl587標(biāo)準(zhǔn)，表 1給出了規(guī)范的 EPS故障代碼，包括發(fā)生故障的部件和故障形式。方向盤(pán)用慣性質(zhì)量表示與轉(zhuǎn)向軸主要考慮其粘性和干摩擦；駕駛員的手力由彈簧表示并由伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩來(lái)驅(qū)動(dòng)；齒輪齒條的轉(zhuǎn)向模型由齒輪慣量、齒條質(zhì)量以及傳動(dòng)比來(lái)表示；電機(jī)機(jī)械部分由一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性操縱的轉(zhuǎn)矩發(fā)生器表示；減速機(jī)構(gòu)的模型由減速比表示；扭矩傳感器由扭桿的剛度表示，轉(zhuǎn)矩由扭轉(zhuǎn)角和扭桿剛度來(lái)計(jì)算。 圖 4 直流電動(dòng)機(jī)裝置等效結(jié)構(gòu)圖 DC Motor Equivalent structure 如圖， 在電樞控制電壓 au 的作用下，產(chǎn)生電樞電流 ai ，電樞線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ge ，從而產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 Tm 帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)， 其中 電動(dòng)機(jī)的角速度為 La 12 2MMn??? 作為標(biāo)準(zhǔn)量綱方程 ，應(yīng)寫(xiě)為 112[ ] [ m in ]60MMra d s n?? ??? (10) 折算到電動(dòng)機(jī)軸的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 Ges M exiJ J J??