【正文】 ............................ 13 轉(zhuǎn)向盤和轉(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)作為汽車的一個(gè)重要組成部分，其性能的好壞將直接影響到汽車的轉(zhuǎn)向特性、穩(wěn)定性和行駛安全性。因此該系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)對(duì)滿足社會(huì)需求、跟上世界汽車技術(shù)發(fā)展進(jìn)程，具有十分重要的意義。 。因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力大大增強(qiáng)。使用可靠，維修方便。經(jīng)過(guò) 三十 年 來(lái) 的發(fā)展， EPS 技術(shù)已日趨完善，其應(yīng)用范圍正從最初的微型轎車向普通轎車和商用客車方向發(fā)展。其中，進(jìn)一步改善電動(dòng)機(jī)的性能是下一步努力的一個(gè)主要方向。 對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，由于在這方面和國(guó)外的差距很大，所以在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，仍須集中精力解決傳感器、電機(jī)、和電子控制器方面的研究工作。 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） 7 第 2 章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案確定及工作原理 系統(tǒng)總體方案的確定，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要、最關(guān)鍵的一步，直 接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的性能、安全運(yùn)行等因素的參數(shù)選定，使設(shè)計(jì)能夠有序、正確的進(jìn)行。 以扭矩傳感器、車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)電流傳感器的輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)，并經(jīng)放大電路、ADC0808 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換送到 89c52 單片機(jī)，再由 89c52 對(duì)輸出電路進(jìn)行分時(shí)控制， 從而 保證系統(tǒng)正常運(yùn)行?？刂破鞲鶕?jù)得到的信號(hào)判斷是否助力以及助力的方向。 ]3[ 1:轉(zhuǎn)向柱助力式 (Columnassist Type) 此時(shí)電動(dòng)機(jī)、減速器直接與轉(zhuǎn)向柱相連。它具有轉(zhuǎn)向柱助力式 EPS 的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，并且還可在現(xiàn)有的機(jī)械轉(zhuǎn)向器上直接設(shè)計(jì)，而不用改變轉(zhuǎn)向柱的結(jié)構(gòu)?？梢?jiàn)，上述的兩個(gè)要求是矛盾的。 (4)要有隨動(dòng)作用。 Bs—輸入軸的粘性阻尼系數(shù)， Nm/rad 。..? m + Bm Ta—電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩， Nm2 。 Xr—齒條的位移， m。 Kt=kt+2p2srGK mk?——小齒輪、齒條和輪胎的等效彈簧的彈性系數(shù)，N/m； 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要部 分 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然有著三種不同的類型，但其主要部件幾乎相同。滑塊相對(duì)于輸入軸可以在螺旋方向移動(dòng)。當(dāng)方向盤左轉(zhuǎn)時(shí)，主轉(zhuǎn)矩信號(hào)小于 V，副轉(zhuǎn)矩信號(hào)大于 V。在本文的研究中，作者采用脈沖發(fā)生器來(lái)模擬實(shí)際的車速信號(hào)，用于對(duì)控制策略的研究。 5)過(guò)載能力強(qiáng) 。 1 滑環(huán) 2 電磁線圈 3 壓板 4 花鍵 5 從動(dòng)軸 6 主動(dòng)軸 7 滾珠軸承 圖 28 電磁離合器結(jié)構(gòu)圖 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） 22 減速機(jī)構(gòu) 減速機(jī)構(gòu)也是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不可缺少的部件，減速機(jī)構(gòu)的作用是降低電動(dòng)機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)速，從而將電動(dòng) 機(jī)輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩放大后作用于轉(zhuǎn)向輸出軸。由于 EPS 系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量還不是很大，所以目前的控制器核心一般采用 8 位的單片機(jī) 。同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的輸出電流進(jìn)行采樣，采樣的結(jié)果一方面與目標(biāo)電流相比較，用于電機(jī)的控制 。 ADC0808 是CMOS 的 8 位單片 A/D 轉(zhuǎn)換器。 圖 33 ADC0808 與單片機(jī) 89C52 的連接圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 89C52 外部總線擴(kuò)展及片外 ROM 的連接 由于 89C52 的輸入 /輸出引腳有限，一般的情況下，我們采用地址鎖存器進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)總線的擴(kuò)展。片外的 RAM 可直接掛在外部系統(tǒng)總線上，至于 RAM 的選通操作，需要由控制信號(hào)和片外信號(hào)確定。 ●A0A12:地址線。輸入的轉(zhuǎn)矩信號(hào)幅值為 05 V,A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍為 Y,故對(duì)轉(zhuǎn)矩信號(hào)除了一般的濾波處理外，還需對(duì)其進(jìn)行分壓處理。 圖 38 PASHID50 霍爾傳感器電路連接圖 由于助力電動(dòng)機(jī)提供左右兩個(gè)方向的助力，電動(dòng)機(jī)的助力電流也就有正負(fù)之分。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 310 車速信號(hào)處理電路 控制器輸出通道的設(shè)計(jì) ECU 的輸出通道主要是電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路和離合器的開(kāi)斷控制電路。 對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)離不開(kāi)半導(dǎo)體功率器件。 a 的變化范圍為?？赡?PWM 控制系統(tǒng)分為雙極性驅(qū)動(dòng)和單極性驅(qū)動(dòng)。由于 MOSFET 開(kāi)關(guān)管工作頻帶最寬，又具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，所以在目前的控制系統(tǒng)中應(yīng)用較 多。驅(qū)動(dòng)光耦選用較多的主要由東芝的 TLP 系列，夏普的 PC 系列，惠普的 HCPL 系列等。 另外，開(kāi)關(guān)器件在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中可能同時(shí)承受過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)大的 di/dt, du/dt 以及過(guò)大的瞬時(shí)功率，因此需要設(shè)計(jì)緩沖保護(hù)電路。為了確保繼電器工作可靠，對(duì)單片機(jī)輸出的控制信號(hào)通過(guò)上拉電阻使控制信號(hào)定位在低電平或者高電平。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 圖 312 電磁離合器繼電器控 制電路 當(dāng)系統(tǒng)輸出控制信號(hào) (高電平 )時(shí)，經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)變?yōu)榈碗娖?，使光耦?dǎo)通，從而使繼電器吸合，接通電磁離合器的電源。 電動(dòng)機(jī) 保護(hù)電路及繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 前期的設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮電動(dòng)機(jī)的保護(hù)環(huán)節(jié)，難以滿足電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)安全性的要求。另外， ICL7660 還具有如下特點(diǎn) : 工作電壓范圍寬 (+ 至 )。 在實(shí)際測(cè)控系統(tǒng)中，干擾源主要來(lái)自以下幾方面 ： ]14[ (1)機(jī)械干擾 :主要是機(jī)械的振動(dòng)或沖擊造成的干擾。同時(shí)信號(hào)的傳輸線全部采用帶屏蔽層的信號(hào)線，這樣就可以避免信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到干擾。在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，數(shù)字地和模擬地分別接地。 ② 并聯(lián)接地。對(duì)于小電流、高電壓干擾源產(chǎn)生的干擾主要是通過(guò)電容耦合 產(chǎn)生的。 系統(tǒng)硬件抗干擾措施 在檢測(cè)系統(tǒng)的電子線路和電子設(shè)備中， ―干擾 ‖是一種普遍存在的問(wèn)題。電路中的運(yùn)算放大器等器件需要 5V 的供電電壓，由 ICL7660 產(chǎn)生所需的負(fù)電壓。繼電器釋放時(shí)，由于繼電器線圈存在電感，這是晶體管 Q1 已截止，所以會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全性要求很高，而所有故障信息的外在反映都是通過(guò)顯示電路。當(dāng) MOSFET 開(kāi)通時(shí)，電容 C通過(guò)電阻 R 放電，限制了 MOSFET 中的開(kāi)通尖峰電流。 .電源電流 Icc=11mA (max)。功率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路一般采用專用的集成驅(qū)動(dòng)器件或洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文