【正文】 面負載、齒輪齒條、轉向軸、減速機構、扭桿、方向盤以及傳感器、 ECU、助力電機等。因此就需要補償機制來彌補這些缺陷。該式表明，助力電機的實際助力電流值與電機的轉速和轉速的變化率有關。再經(jīng)過電機驅動電路驅動助力電機實現(xiàn)助力。為了使用片上的PWM功能和 AD，單片機的系統(tǒng)電路還包括了內部鎖相環(huán)啟動電路和 AD基準電壓的設置，以保證 PWM信號和 AD變換的精度。 PWM的控制原理是當電源電壓不變的情況下，改變電壓的占空比，調制電樞的端電壓的大小，從而實現(xiàn)電機的可調控制。導通方式的選擇對驅動電路的效率有十分大的影響。本系統(tǒng)采用浮動柵驅動芯片 MC33883的驅動電路，控制器輸入的 PWM信號作為控制信號和升壓泵的驅動震蕩源。傳感器故障主要是扭矩傳感器線路短路或斷路，車速傳感器故障，發(fā)動機傳感器無信號等。 EPS系統(tǒng)要求助力電機助力迅速，因此電壓控制器需要針對目標電壓，有較高的響應速度和良好的跟蹤性。 模糊化 模糊規(guī)則 決策 反模糊化 執(zhí)行器 精確值 被控對象 27 圖 22 隸屬度函數(shù) membership function PID控制的基本原理中，比例系數(shù) Kp可以加快系統(tǒng)的響應速度，提高系統(tǒng)控制精度，積分系數(shù) Ki可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，根據(jù)上述原則以及使用直流電機調速系統(tǒng)的經(jīng)驗，得到模糊控制的控制規(guī)則。首先設定輸入輸出個參數(shù)的模糊控制論域。 (5)控制系統(tǒng)應具有回正控制能力。 故障檢測及報警電路 為了保證 EPS系統(tǒng)正常工作，避免助力失效引起的安全問題，在 EPS的控制單元中，要求對各 個部件的狀態(tài)進行檢測，對關鍵部分實時故障監(jiān)測。 為了保證 MOS管可靠導通，根據(jù) MOS管的電氣特性，必須在各個管的門柵極提供足雙極式控制 單級式控制 23 夠高的電壓。 20V； 25℃ I作環(huán)境下的最大耗散功率 DP =200W有效工作穩(wěn)定范圍為： 55℃到 +175℃。直流電動機的力矩大小可以通過改變其電流大小來得到，而電流大小又可以通過改變電機電樞兩端的電壓來確定。當助力系統(tǒng)進入工作狀態(tài) 19 時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號控制前端電源上的繼電器閉合，此時助力電機驅動電路電源開啟，從而保障整個系統(tǒng)迅速得到供電。在系統(tǒng)異常時將及時切斷助力系統(tǒng)，改為手動轉向 [15]。 15 EPS 系統(tǒng)控制建模 圖 5是 EPS電流關系的控制原理圖，綜合了傳感器的相位補償、阻尼控制和回正下控制。 圖 4 直流電動機裝置等效結構圖 DC Motor Equivalent structure 如圖， 在電樞控制電壓 au 的作用下，產生電樞電流 ai ，電樞線圈產生感應電動勢 ge ，從而產生電動機電磁轉矩 Tm 帶動負載運轉， 其中 電動機的角速度為 La 12 2MMn??? 作為標準量綱方程 ，應寫為 112[ ] [ m in ]60MMra d s n?? ??? (10) 折算到電動機軸的總轉動慣量為 Ges M exiJ J J?? (11) 電機的電壓平衡方程式為： di ae i R La g a aa dt? ? ? ? (12) 式中， eg 是反電動勢 ： eKg EM?? 又可知，轉矩平衡方程式： MG e s dT T T T JM L B L dt?? ? ? ? (13) 電動機電磁轉矩：TaT KiM? 電動機加速轉矩： MB Ges dTJ dt?? 式中 a? 為電樞電壓（ V）； ia 為電樞電流（ A） ； Ra 為電樞回路總電阻 （ ? ） ； La 為電樞回路總電感（ H） ； M? 為電動機角速度 （ 1rads? ） ； Mn 為 電動機轉速（ /minr ） ； MT 為電動機轉矩（ Nm） ； LT 為折算到電動機轉軸上的負載轉矩 （ Nm） ； BT 為加速轉矩 （ Nm） ； MJ 為電動機電樞的轉動慣量 ( 2kgm )； exiJ 為折算到電動機軸上的外部轉動慣量 ( 2kgm )； 13 GesJ 為折算到電動機軸上總的轉動慣量 ( 2kgm )； EK 為反動電動勢系數(shù) （ /VS rad ） ； rK 為轉矩系數(shù) （ NmA ） ； 對方程式 分別進行變換可得到下列方程組： ( ) ( ) ( )aas e s i s R i L sa g a a? ? ? ? (14) ( ) ( )g E Me s K s?? (15) ( ) ( ) ( )M L G esT s T s J s s???； (16) ( ) ( )M T aT s K i s? (17) ( ) ( )g GesT s J s s?? (18) 以電樞電壓 a? 為輸入 ， 電動機轉速 M? 為輸出的系統(tǒng)傳遞函數(shù)為： 2()()MTa G e s a G e s a E TsKs J L s J R s K K?? ? ?? (19) 引用驅動裝置的電氣時間常數(shù) eT 和電機機電時間常數(shù) mT : /e a aT L R? (20) /m a Ges E TT R J K K? (21) 又當 EK 與 TK 均采用國際制單位是，其數(shù)值相等，即 [ / ] [ / ] [ ]E T CMK V s rad K N m A K V rad?? 將上述值帶入方程 (20)得： 21()( ) 1MTa M e mSKS T T s T s?? ? ?? (22) 根據(jù)電動機的 已知 參數(shù)和式子 （ 17） 可得， [ ]T NmK A? ?? 2eT ms? mH? 14 10GesJ kg m??? （ 其中，電動機的轉動慣量為 10 kg m?? ，離合器的轉動慣量與電機相同，負載 載折合后的轉動慣量相 當于電機轉子和離合器轉動慣量之和的 4倍。 參考豐田汽車公司電子助力轉向系統(tǒng)故障診斷編碼，對應與 SAEJl939和 SAEJl587標準，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。 (c)為典型的曲線型助力特性曲線，在助力變化區(qū)內，助力大小與轉向盤輸入力矩成非線性關系，如拋物線型 [9]。 精確可靠的扭矩測量 傳感器是決定 EPS性能的又一個重要因素。直到近幾年，隨著工業(yè)水平的大幅度提高，電子技術突飛猛進的發(fā)展以及新的控制理論的不斷提出，汽車助力轉向才正式開始向電子助力轉向的方向上邁進 [5]。第 59屆法蘭克福汽車展的雪鐵龍越野概念車“ C— CROSSER”，也采用了電子轉向系統(tǒng) [3]。在 20xx 年的第 71屆日內瓦國際汽車展覽會上同本 KOYO技術研究所開發(fā)的電子轉向系統(tǒng)采用一個主控制器、一個力矩電機、一個轉向電機的方案，同時以機械系統(tǒng)作為故障應急設備，以確保電子部件出現(xiàn)故障后，汽車的基本轉向功能得以實現(xiàn)。 EPS 系統(tǒng)的結構和工作原理 電子助力轉向系統(tǒng)是一種全電動，與發(fā)動機無關的動力轉向系統(tǒng)。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。在汽車駕駛 3 過程中，操作轉向盤給輸入軸輸入一個角位移，相對角位移造成扭桿的形變。 美國的德爾福公司繼成功推出了 EPS系統(tǒng)后，又開發(fā)出了自己的前輪和四輪電子轉向系統(tǒng)，并應用于加州的自動高速公路系統(tǒng) AHS(automated highway System)中。例如，恩智浦在 20xx年就提出了使用其 Flexray收發(fā)器系列產品確保在 EPS和 ABS系統(tǒng)之間建立可靠及時的通信，根據(jù)速度優(yōu)化助力轉向的解決方案。由于直流電動機有良好的啟動性能和調速性能，且助力電機的電源來自汽車蓄電池的直流供電，因此電子助力轉向系統(tǒng)中采用的一般是直流電動機。這類傳感器精度不高，但成本很低。這其中最重要的就是控制方法的選擇。通過建立各部件的數(shù)學模型及利用數(shù)學建模知識的運用來分析 EPS的動力學特性。 阻尼控制是 EPS系統(tǒng)在提高汽車高速直線行駛穩(wěn)定性，減小不平路面對轉向盤的沖擊方面提出的一種補償控制模式。在電機啟動和制動時，慣性補償起作用，而在平穩(wěn)運行時，阻尼補償起主要作用。 扭矩 傳感器 數(shù)據(jù)采集處理 數(shù)據(jù)采集處理 數(shù)據(jù)采集處理 A/D ECU A/D 17 圖 7 控制系統(tǒng)電源 Control system power supply 電源電路 EPS的電源由汽車蓄電池提供。 本系統(tǒng)使用的是電位計式扭矩傳感器。 sa aUU? （ 25） 式中， Tta? ，為占空比。圖給出了 雙極式和單極受限式控制方式的比較。 MC33883是摩托羅拉公司生產的一款 H橋門驅動芯片。電源故障主要是電源短路或斷路，電源欠壓等。電壓控制策略直接關系著 EP8系統(tǒng)性能。控制規(guī)則的好壞直接決定控制效果的好壞，是實現(xiàn)模糊控制的關鍵。系統(tǒng)可看成是由偏差 E和偏差變化率 Ec作為輸入，控制參數(shù) KP、Ki的增量Δ Kp、Δ Ki作為輸出的雙輸入雙輸出系統(tǒng)。 (4)在車速較高時，控制系統(tǒng)應優(yōu)先考慮駕駛路感，減小助力或進入阻尼控制狀態(tài)。 24 圖 18 電壓反饋電路 Voltage feedback circuit 圖中， Usrc為電機電樞端電壓，通過阻容分壓電路，將該電壓按比例限幅在 AD可采集的范圍內，再由單片機系統(tǒng)的 ADC端口讀取電壓值，帶入系統(tǒng)軟件中進行反饋運算。 在正反向切換時，系統(tǒng)軟件設置延時，以保證對橋的上下橋完全關斷，避免上下橋臂的短路 。 圖中使用的 MOS管具體型號為 IRF3205S，其參數(shù)如下： 最大漏源電壓： ross=55V；導通狀態(tài)漏源輸入電阻： Rns(DⅣ )=8m；柵源電壓為 1V時，連續(xù)漏電流 ID=110A(25℃ )、 80A(100℃ )；柵源電壓 GSV =177。 圖 14 發(fā)動機轉速信號采集電路 Engine speed signal collection circuit 21 電機 驅動電路 由于受到汽車蓄電池的限制， EPS系統(tǒng)中助力電機一般都選用永磁式直流電動機，本系統(tǒng)中選用了日本 NSK公司的直流有刷電機，額定電壓為 12V，額定電流 30A，額定扭矩 12NM，額定轉速 1200r／ min，輸出功率 150W。在硬件電路上，由一個開關電路來實現(xiàn)點火信號開啟控制系統(tǒng)板電源，如下圖所示： 圖 10 點火信號控制系統(tǒng)板電源電路 The ignition signal circuit 控制系統(tǒng)開啟后，根據(jù)汽車行駛狀況決定是否提供助力。在整個助力過程中， ECU 還要檢 PWM 信號輸出