【正文】 趨勢的高新技術(shù)，本文在對EPS的原理和助力控制的基本過程進行了研究，通過硬件和軟件的設(shè)計，主要工作如下：（1）通過對EPS的有關(guān)文獻資料進行研究，對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵部件進行研究和分析，選擇合適的傳感器信號模擬部件，電動機及其它部件。 本章小結(jié)通過對系統(tǒng)硬件的制作、程序的設(shè)計、程序的下載以及反復(fù)調(diào)試，系統(tǒng)最后終于達到任務(wù)的要求。（由于采用高速數(shù)碼相機拍攝，因此拍攝效果中電機旋轉(zhuǎn)狀態(tài)不明顯）： 電機高速旋轉(zhuǎn)時狀態(tài)，此時車速信號不起作用，系統(tǒng)不提供助力，電機不旋轉(zhuǎn)： 電機不旋轉(zhuǎn)時系統(tǒng)狀態(tài) 系統(tǒng)的調(diào)試將程序載入到STC89C52單片機中，由于缺少該類型的設(shè)計經(jīng)驗，所以系統(tǒng)的程序經(jīng)過了多次修改，下載了許多次，每次將軟件載入單片機后，都需要對系統(tǒng)進行試驗。 系統(tǒng)的試驗： 系統(tǒng)的實物圖在試驗中，遇到過系統(tǒng)無法模擬方向盤不轉(zhuǎn)動時即車輛直線行駛時的不提供助力的情況，據(jù)此問題應(yīng)對控制程序做出相應(yīng)修改，即方向盤在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)電機不提供轉(zhuǎn)向助力。 STC單片機程序下載器的使用STC單片機程序下載器是專門用于將程序下載到單片機中的應(yīng)用軟件，該軟件使用非常方便。 本章小結(jié)本章主要對EPS的軟件部分進行了介紹，軟件部分主要包括三大模塊，助力控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊及其主模塊，并且還對助力特性曲線、Keil開發(fā)軟件和C語言進行了部分介紹。本課題在設(shè)計助力控制子程序時通過輸入信號的變化來改變電機的轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)節(jié)電機助力大小的目標。30mA；工作溫度：TLC548C、TLC549C：0℃～70℃ TLC548I、TLC549I：－40℃～85℃ TLC548M、TLC549M：－55℃～125℃控制轉(zhuǎn)矩信號的TCL549芯片的AIN引腳接輸入信號，CS、DO、CLK引腳分別是片選信號端、輸出端和輸入端，；控制車速信號的TCL549芯片的CS、DO、。 TCL549電路圖549的極限參數(shù)如下：電源電壓：；輸入電壓范圍：～VCC＋；輸出電壓范圍：～VCC＋；峰值輸入電流(任一輸入端)：177。本設(shè)計采用的是與扭矩傳感器一樣的WTH（118）10K2W的電位器輸出的電信號來模擬車速傳感器的信號。 電位器實物圖 車速傳感器車速信號也是系統(tǒng)控制重要依據(jù)之一，一方面它與轉(zhuǎn)矩信號結(jié)合用以確定系統(tǒng)控制的目標電流，一方面用于保證系統(tǒng)的安全性和可靠性，即當(dāng)車速超出系統(tǒng)設(shè)定的助力范圍時，系統(tǒng)將停止助力，改為手動操作。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤向一個方向旋轉(zhuǎn)時，其輸出端上的電壓保持一定值，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤向相反方向旋轉(zhuǎn)時，輸出端電壓就會發(fā)生變化。非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器的線性功能和滯后性能好，但價格較高。（2）光電式，LUCAS公司有該類型的產(chǎn)品，清華大學(xué)也進行了這方面的研究、并做出了樣件，前者結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對加工工藝要求較高，后者對前者進行了改進，但是存在溫度漂移和繞線的問題。目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的EPS系統(tǒng)采用的轉(zhuǎn)矩傳感主要分別有以下幾種形式：（1）電位計式，BI公司和NSK公司都有該類型的產(chǎn)品，前者集成了轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角測量，后者采用滑套機構(gòu)將轉(zhuǎn)角差變換為電位計擺臂擺動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩測量。扭矩信號作為系統(tǒng)控制策略的重要依據(jù)之一，它直接影響到控制效果的好壞，所以很多廠家都非常重視轉(zhuǎn)矩傳感器的研究與開發(fā)。）本設(shè)計采用的是RF300C11440,微電機馬達，這是一種有刷直流電機，額定電壓9V。直流發(fā)電機工作原理:直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑?。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。一般采用無刷或有刷永磁式直流電動機。 助力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件 助力電機電動機對EPS的關(guān)鍵部件之一，電動機的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助力矩，是EPS的動力源。（3）齒條助力式轉(zhuǎn)向器 助力單元安裝在轉(zhuǎn)向齒輪的齒條處。（2）小齒輪助力式轉(zhuǎn)向器 助力單元安裝在轉(zhuǎn)向齒輪的小齒輪軸的上端。 （1）轉(zhuǎn)向柱助力式轉(zhuǎn)向器 助力單元、控制器以及傳感器等部件都安裝在轉(zhuǎn)向柱處。（5）EPS結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，在車身上不知較為方便，助力性能比傳統(tǒng)助力系統(tǒng)優(yōu)越，又具有良好的模塊化設(shè)計，又為設(shè)計不同的系統(tǒng)提供了極大的靈活性。（3）助力電機可以由蓄電池直接供電，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在發(fā)動機不運轉(zhuǎn)時進行工作，同時也提高了汽車的安全性能。在車速較低時提供較大的轉(zhuǎn)向助力，使駕駛員在轉(zhuǎn)動方向盤時更加輕松；在車速較高時降低助力大小，為駕駛員提供一定的路感。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加了一系列傳感器，如車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、助力電機和電控單元即ECU等部件，電動機通過減速機構(gòu)將轉(zhuǎn)矩作用在轉(zhuǎn)向柱上，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力。HPS系統(tǒng)擁有許多優(yōu)點，比如：可以提高轉(zhuǎn)向時的輕便性，從而使駕駛員的疲勞程度得到緩解；HPS擁有的阻尼作用可以減小由于道路顛簸造成的沖擊；迄今為止液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用經(jīng)歷了許多時間，技術(shù)較為成熟，工作安全可靠，同時價格也比較便宜。雖然由于轉(zhuǎn)閥利用扭桿彈簧來使閥回位，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，特別是對扭桿的材質(zhì)和熱處理工藝要求較高，但是其性能相對于滑閥有很大改進，而且在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中布置轉(zhuǎn)閥比較容易。20世紀50年代出現(xiàn)了轉(zhuǎn)閥式HPS，即控制閥中的閥芯以旋轉(zhuǎn)運動來控制油路。開始HPS的控制閥采用滑閥式，即控制閥以軸向一定來控制油路。在1951年在轎車上也得到了應(yīng)用，獲得了當(dāng)時的好評，隨后HPS在轎車上便迅速普及，到今天裝備HPS的車輛已經(jīng)超過了80%。EPS的主要組成有扭矩傳感器、車速傳感器、助力電機和電控單元。當(dāng)車速超過一定值時，EPS系統(tǒng)退出助力工作模式。（3）將軟件和硬件進行連接并進行測試，檢查出現(xiàn)故障部分并思考出現(xiàn)故障的原因，再就相關(guān)知識努力將故障排除。 擬解決的主要問題（1）系統(tǒng)硬件電路的搭建，硬件電路需要單片機最小系統(tǒng)主要包括時鐘電路、濾波電路、電源電路、復(fù)位電路等電路的設(shè)計。（3）采用模塊化設(shè)計的方法編寫相應(yīng)控制軟件。在充分考慮電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制的可靠性、實時性的基礎(chǔ)上，以單片機為核心的控制單元。而一個擁有性能可靠的控制系統(tǒng)則能使EPS實現(xiàn)以上效果，EPS具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，是未來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流發(fā)展，是研究的重點項目。同時，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對于汽車的環(huán)保、節(jié)能、安全等方面也具有積極的現(xiàn)實意義。國外的許多廠家除了申請必要的國際專利外，還中國境內(nèi)申請了一些EPS專利。EPS是未來的發(fā)展方向，我國也要緊跟世界的腳步，不能落在后面。意義：隨著時代的發(fā)展和科技的進步，人們對交通工具的環(huán)保，節(jié)能低耗，對生活的舒適性的要求也越來越高。通過對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，為開發(fā)出適于轎車和微型汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供技術(shù)儲備。使我國的汽車在環(huán)保節(jié)能舒適等等方面趕上國際先進水平。按此增長速度繼續(xù)發(fā)展，數(shù)年間EPS就將完全占領(lǐng)轎車市場。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是當(dāng)前汽車技術(shù)發(fā)展的前沿技術(shù)之一，有利于汽車在不同的車況下獲得不同的助力效果，提高轉(zhuǎn)向時的操縱穩(wěn)定性和路感。 選題的目的和意義目的：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一直存在著“輕”與“靈”的矛盾，當(dāng)汽車在低速時需要輕便的轉(zhuǎn)向助力，而在高速時有需要靈巧的轉(zhuǎn)向效果已獲得較好的操作手感。汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)已經(jīng)進入了電動助力時代，隨著傳感器、控制方式助力電動機等關(guān)鍵技術(shù)的不斷進步，EPS系統(tǒng)將愈加完善。通過軟件編程可對對不同車況進行調(diào)整，這是傳統(tǒng)助力系統(tǒng)無法做到的。電動式EPS有許多優(yōu)點，它比液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更輕便、緊湊、可靠易于維護保養(yǎng)，同時也取消了油泵、控制閥、油罐、皮帶、皮帶輪、液壓軟管及密封件等液壓裝置，如此諸如漏油的這種對清潔性造成影響的問題便消失了；能滿足汽車不同車速時的不同要求，如低速時的輕便性和高速時保持一定的路感以使駕駛員在不同狀況下操縱時獲得最佳的感受；在無需提供助力時不驅(qū)動電機，這樣就減少了不必要的能源消耗，提高了經(jīng)濟性；對控制計算機編程，可提供不同程度的動力轉(zhuǎn)向，能兼顧低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，回正性好；它能與汽車上其他電氣設(shè)備相連接，有助于四輪轉(zhuǎn)向的實現(xiàn)，并能促進懸架系統(tǒng)的發(fā)展。另外奇瑞轎車、揚子皮卡車廠和很多微型箱式車廠，都準備安裝電動轉(zhuǎn)向。2001年，昌河汽車廠開始將電動轉(zhuǎn)向器裝在北斗星高檔微型箱式車，揭開了我國汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)歷史上新的第一章，2002年該車型已有6萬臺配裝電動轉(zhuǎn)向器，即電動轉(zhuǎn)向車己占該車型的60％了。但是我們正在奮起直追，逐步縮小自主開發(fā)的EPS與國外同類產(chǎn)品的技術(shù)差距。然而EPS的發(fā)展前景的廣闊的，如今國內(nèi)有多所高等院校和科研單位正在進行該項技術(shù)的相關(guān)研究，并取得的一定進展。汽車轉(zhuǎn)向除了滿足輕便和靈敏兩個要求外，還要為駕駛者造成一定的路感，隨著車速的提高方向盤助力不宜過大，而且還需要滿足一定的助力特性。如今國內(nèi)外對EPS研究有幾個比較集中的方面，如：EPS助力控制策略、系統(tǒng)匹配技術(shù)及其可靠性的研究。這也正是全球各大公司對其青睞的原因。日本早期的EPS只在低速和停車轉(zhuǎn)向時助力，后來發(fā)展的EPS不僅能在低速和停車時助力，還能在高速行駛時提高汽車的操縱穩(wěn)定性。EPS經(jīng)過二十多年的發(fā)展，技術(shù)同趨完善，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從最初的微型轎車向更大型轎車和商用轎車方向發(fā)展，如新上市的一汽大眾速騰等中型轎車已經(jīng)安裝EPS。在國外，EPS已經(jīng)進入批量生產(chǎn)階段，并成為汽車零部件高新技術(shù)產(chǎn)品。新一代的EPS則不僅在低速和停車時提供助力，而且還能在高速時提高汽車的操縱穩(wěn)定性。此后EPS便雨后春筍般發(fā)展起來，并將應(yīng)用范圍擴展到大型轎車和客車方面上。1988年2月日本的鈴木公司開發(fā)出了電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并裝在Cervo車上，隨后又配備在Alto車上，擺脫了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的束縛。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄摘要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 1 選題的目的和意義 3 本課題研究的內(nèi)容和擬解決的主要問題 4 本課題的主要內(nèi)容 4 擬解決的主要問題 4第2章 EPS系統(tǒng)的組成 5 EPS工作原理與結(jié)構(gòu)組成 5 傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 5 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點 6 EPS的類型 6 助力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件 7 助力電機 7 轉(zhuǎn)矩傳感器 7 車速傳感器 8 電子控制單元 9 本章小結(jié) 11第3章 EPS系統(tǒng)的硬件設(shè)計 12 EPS系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu) 12 單片機最小系統(tǒng)電路 12 時鐘電路 12 復(fù)位 13 電源電路 14 15 三態(tài)緩沖器 17 電動機的變頻調(diào)速控制 18 電動機H橋驅(qū)動方式 18 本章小結(jié) 19第4章 EPS控制策略和軟件設(shè)計 20 EPS系統(tǒng)的控制要求 20 回正控制 20 阻尼控制 20 轉(zhuǎn)向助力特性曲線的選擇 21 助力特性的理論研究 21 助力特性曲線的選擇 21 EPS的軟件設(shè)計 22 開發(fā)環(huán)境 22 數(shù)字濾波程序設(shè)計 24 AD模塊 25 電機助力子程序 26 系統(tǒng)主程序 27 本章小結(jié) 27第5章 軟件下載及系統(tǒng)的試驗 28 STC單片機程序下載器的使用 28 系統(tǒng)的試驗 30 系統(tǒng)的調(diào)試 30 本章小結(jié) 30結(jié)論 32參考文獻 33致謝 34附錄A 35附錄B 43附錄C 46第1章 緒 論 轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照提供動力的形式大致可以分為了純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Manual Steering，簡稱MS）、液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering，簡稱HPS）、電控液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electro Hydraulic Power Steering，簡稱EHPS）、電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，簡稱EPS）。傳統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般采用液壓助力， 上個世紀80年代開始，人們開始研究電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向。本田汽車公司首次將EPS 裝備于大批量生產(chǎn)的EPS。EPS是在EHPS(電控液壓助力轉(zhuǎn)向)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)量大大減少、可靠性強，它取消大量液壓配件，只依靠電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)，解決了長期以來存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，EPS技術(shù)日趨完善，并且其成本大幅度降低，為此其應(yīng)用范圍將越來越大。由于技術(shù)保密，很難獲得控制參數(shù)，要想實現(xiàn)技術(shù)自主創(chuàng)新，還需國人自己鉆研。本田甚至還在其Acyra NSX賽車上安裝了EPS。正是由于這一系列的優(yōu)點，在世界汽車行業(yè)中，EPS的年增長量達130萬至150萬套，據(jù)美國天合(TRW)公司預(yù)測，到2010年，全球范圍內(nèi)電動助力轉(zhuǎn)向器的裝車率將超過30％，因此，電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展前景是非常廣闊的。就相關(guān)EPS的研究資料所闡述的發(fā)展趨勢來看，控制信號除了依靠車速與扭矩信號，而且還需要轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向速度、橫向加速度等多種信號進行與汽車特性相吻合的綜合控制，以獲得更好的轉(zhuǎn)向路感。從國內(nèi)外的研究看今后的研究方向主要集中在EPS助力控制策略和系統(tǒng)匹配技術(shù)等方面。我國在EPS的研究上與國外相比起步較晚，而且由于液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即HPS技術(shù)比較成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，工作安全可靠，價格也比較便宜，所以液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即HPS占國內(nèi)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流地位。我國自主設(shè)計的EPS和國外的成熟產(chǎn)品相比，還有一定的差距，很多整車廠裝配的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心技術(shù)都依靠進口。電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展勢頭良好。哈飛汽車廠也開始在新車型上裝電動轉(zhuǎn)向器，吉利在其多款轎車上也安裝了電動轉(zhuǎn)向器。這充分說明裝配EPS產(chǎn)品的市場和市場潛力是很大的。無助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正作用具有很大的缺陷, 往往會降低汽車行駛穩(wěn)定性，而EPS恰恰改善了回正特性。盡管EPS比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)擁有種種優(yōu)勢，但是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然存在著一些需要解決和改進的問題：繼續(xù)改善電機的性能是EPS的發(fā)展關(guān)鍵；合理助力特性的確定；