永磁直流電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-07-16 03:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 S，因此貨車也可能成為EPS的裝備目標(biāo)。相比之下，在我國，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的開發(fā)還處于初級階段，國產(chǎn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向尚屬空白，大部分文獻(xiàn)只是介紹國外電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)狀況以及電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本組成和特點(diǎn)。1992年清華大學(xué)的學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行了探索性的研究；其后幾年，同濟(jì)大學(xué)、吉林大學(xué)、華中科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)相繼開展這方面的研究，取得了一些進(jìn)展。如文獻(xiàn)[13]通過對電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型的建立，得到了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的相關(guān)傳遞函數(shù)，在分析影響系統(tǒng)響應(yīng)速度的因素的基礎(chǔ)，提出了對電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)的辦法；文獻(xiàn)[45]分別介紹了基于P87LPC768單片機(jī)和80C52單片機(jī)的EPS硬件電路設(shè)計(jì)，并對所設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)的臺架實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行了分析與總結(jié)；文獻(xiàn)[610]從電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性、控制策略等方面進(jìn)行了探討和研究，提出過采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、魯棒控制等理論來提高助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能等思路。文獻(xiàn)[1113]分析和推導(dǎo)出了具有不同控制方式的EPS系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，進(jìn)行了仿真計(jì)算并對結(jié)果進(jìn)行了分析，定性地說明了EPS系統(tǒng)的控制方式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對汽車穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和頻率響應(yīng)特性的影響?？傮w來說，現(xiàn)在國內(nèi)對EPS還處于研究與探索階段，而且基本都是國內(nèi)一些重點(diǎn)高校自己在作一些理論上的研究，力量比較分散，故都還沒有形成定型的產(chǎn)品。現(xiàn)在安徽省已明確的將EPS系統(tǒng)的開發(fā)列入其“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目，估計(jì)在今后的幾年內(nèi)，會(huì)有更多的公司和科研院所投入到EPS的研制行列當(dāng)中。第三章 EPS系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計(jì) EPS系統(tǒng)組成及工作原理EPS系統(tǒng)按照其轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與位置的不同，可以分為轉(zhuǎn)向軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式三種形式，但不同類型的EPS基本工作原理是相同的。典型的轉(zhuǎn)向軸助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成如圖31所示。其工作原理為：EPS的轉(zhuǎn)向軸由靠扭桿相連的輸入軸和輸出軸組成，輸出軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿使車輪轉(zhuǎn)向，輸出軸除通過扭桿與輸入軸相連外，還經(jīng)行星齒輪減速機(jī)構(gòu)—離合器與助力電機(jī)相連。駕駛者在操縱方向盤時(shí)，給輸入軸輸入了角位移，輸入軸和輸出軸之間的相對角位移使扭桿受扭,扭矩傳感器將扭桿所受到的扭矩轉(zhuǎn)化為電壓信號輸入電控單元；與此同時(shí),車速傳感器檢測到的車速信號也輸入電控單元，電控單元綜合方向盤的扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及車速等輸入信號，判斷是否需要助力以及助力的方向。若需要助力，則依照既定的助力控制策略計(jì)算電動(dòng)機(jī)助力轉(zhuǎn)矩的大小并輸出相應(yīng)的控制信號給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路提供相應(yīng)的電壓或電流給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩由蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置放大再施加給轉(zhuǎn)向軸起助力作用，從而完成實(shí)時(shí)控制助力轉(zhuǎn)向；若出現(xiàn)故障或車速超出設(shè)定值則停止對電機(jī)供電，系統(tǒng)不提供助力，同時(shí)，離合器切斷，以避免轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受電機(jī)慣性力矩的影響，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為人工手動(dòng)助力。圖31 轉(zhuǎn)向軸式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖正是由于EPS系統(tǒng)有了電控單元，較傳統(tǒng)HPS，EPS的助力大小可以根據(jù)控制策略調(diào)整，這給了設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供了可能。一個(gè)好的控制策略可以使駕駛員的作用力大小適當(dāng)、路感良好，并使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)響應(yīng)快速、阻尼特性好。 EPS系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件控制框圖如圖32所示，系統(tǒng)供電為車上12V蓄電池直流電源，控制核心為P87C591單片機(jī)。當(dāng)汽車點(diǎn)火開關(guān)閉合時(shí)，單片機(jī)上電后對EPS系統(tǒng)進(jìn)行自檢,自檢通過后，閉合繼電器和離合器，EPS系統(tǒng)便開始工作。駕駛員操縱方向盤轉(zhuǎn)向，扭矩傳感器檢測到方向盤的扭矩和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，車速傳感器檢測到車速信號，這些信號經(jīng)過輸入接口電路處理后送至P87C591相應(yīng)端口，單片機(jī)根據(jù)方向盤扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車速等數(shù)據(jù)，并依據(jù)系統(tǒng)助力特性，確定助力電流的大小和方向，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號并通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。如EPS系統(tǒng)工作出現(xiàn)異常，單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)EPS燈發(fā)亮進(jìn)行報(bào)警提示，同時(shí)斷開繼電器、離合器退出電動(dòng)助力工作模式，轉(zhuǎn)為人工手動(dòng)助力模式。圖32 系統(tǒng)硬件控制原理框圖整個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分：電源變換電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、輸入信號接口電路、反饋電流檢測電路、PWM產(chǎn)生及邏輯合成電路和故障檢測電路。 電源變換電路控制器外部電源輸入是車上蓄電池12V。由于本系統(tǒng)ECU內(nèi)部電路含有單片機(jī)、比較器LM339，運(yùn)算放大器LM324等器件，另外蓄電池電壓也必須經(jīng)過一定濾波處理后才能加在直流電機(jī)兩端。對蓄電池輸入電壓12V進(jìn)行相應(yīng)變換，得到5V電壓給單片機(jī)供電，+、運(yùn)算放大器LM324供電，穩(wěn)定的+12V電壓給直流電動(dòng)機(jī)供電，其變換電路如圖33所示。圖33 電源變換電路汽車發(fā)動(dòng)，啟動(dòng)控制信號使Q2飽和導(dǎo)通，蓄電池+12V電壓經(jīng)過二極管D2加在了晶體管Q2的集電極和7805的輸入端Vin。通過9V穩(wěn)壓管和晶體管Q3得到約+；通過7805得到+5V電壓給單片機(jī)供電，單片機(jī)上電復(fù)位，程序運(yùn)行自檢。如EPS系統(tǒng)一切正常，單片機(jī)發(fā)出繼電器控制信號吸合繼電器，蓄電池電壓經(jīng)過C2和
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