汽车电动助力转向控制系统探究

1、汽车电动助力转向控制系统探究摘要：节能、舒适、廉价是汽车消费者对汽车的基本要求, 也是是现代汽车技术追求的主要目标，集中体现了现代汽车 工业的发展方向。汽车转向系统的性能在节能、环保及舒适 方面具有非常重要的作用。传统的助力转向系统己不能满足 其发展的要求。随着汽车技术的发展与电子技术的不断进 步，电动助力转向系统已经成为汽车助力转向系统发展的一 种趋势。关键词：电动助力转向系统电子控制器汽车工程一、电动助力的特点eps能在不同车速下提供不同的助力特性。eps只有在 转向时电动机才工作，汽车在行驶过程中大部分时间较少助 力。eps取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及 密封件等，其零件与

2、hps相比大大减少，能降低噪声。电动 机由蓄电池供电，电动助力转向系统可以在发动机不工作的 情况下工作，因此提高了汽车行驶安全性。系统结构简单， 占用空间小，布置方便，性能优越，。二、eps系统工作原理及结构组成电动助力转向系统主要由机械转向系统、转矩传感器、 车速传感器、电流传感器、控制单元（ecu）、离合器、助力 电动机及减速机构等组成。汽车在运行过程中，扭矩传感器、 车速传感器及电机电流传感器会产生各自的电信号，这些信 号经过滤波、信号电平调整后传给ecu, ecu经过分析处理 后输出pwm信号给电机驱动模块，实现对助力电机扭矩控制。 eps系统的主要组成部件主要有：助力电机、电磁离合器

3、、 电位计式扭矩传感器、车速传感器和电子控制单元。1. 电磁离合器电磁离合器主要由电磁线圈，主动轮，从动轮和压板等 部件构成。工作原理：当电磁线圈中有电流通过时，电磁线 圈产生的吸力吸引压板与主动轮接合。这样，电动机的动力 就经过主动轮、压板、花键输出到从动轴上。当线圈中没有 电流流过时，电磁线圈就不会产生电磁吸力，压板和主动轮 之间就没有接触压力，因此电动机的动力传递路线就被切 断，助力停止。2. 电位计式扭矩传感器扭矩传感器主要用来测量方向盘上力矩的大小，扭力杆 是它的主要的测力元件。扭力杆的信号测量方式有电位计式、差动式和光电式三种。其中差动式和光点式的成本高， 结构复杂，主要用于高速测

4、量。导电塑料电位计式扭矩传感 器，其结构简单，可靠性好，使用寿命在3000万次以上, 适合于方向盘扭矩的测量。3. 车速传感器大多数汽车上装载的车速传感器一般是磁感应式车速 传感器，该传感器稳定性较好，经过简单的信号调理就可以 转成方波信号，供单片机采集。考虑到目前决大部分汽车都 有电子仪表板，有现成的车速信号，可阻直接使用。但是在 实验室中，较难采集到实际的车速信号，一般用信号发生器 模拟车速信号。三、eps系统控制策略计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏 差值计算控制量。因此，连续pid控制算法不能直接使用， 需要采用离散化方法。在计算机pid控制中，使用的是数字 pid控制器

5、。数字pid控制算法可以分为位置式pid控制算 法和增量式pid控制算法。数字pid控制技术在eps中的实现电动助力转向系统根据扭矩传感器输出的扭矩信号和 车速信号计算出电机的助力大小。数字pid控制器的控制目 标是减小转向过程中驾驶员对方向盘的操作力。由于扭矩传 感器安装在转向轴上，这里我们就以转向轴上的扭杆为研究 对象，当驾驶员转动转向盘进行转向操作时，扭杆首先感知 出驾驶员施加在转向盘上的扭矩。直流电机的转矩与电机电 流成正比，我们可以根据电流的大小对电机进行控制，从而 实现助力。四、eps软件设计把控制策略在硬件上实现，必须要把所想实现的算法输 送给微处理器，使得微处理器能够独自工作。

6、因此，系统软 件设计在整个控制系统的设计过程中占据着非常重要的地 位。可以说，软件设计的好坏直接决定系统的成败。本节主要涉及方向盘扭矩传感器信号的a/d转换、电动机pwm控制 和车速信号计数等在单片机mc9s12xs128中的寄存器配置步 骤和方法。1. a/d数据采集程序设计单片机是一种计算机的一种，只对数字信号分析和运 算。然而，在本系统中，转矩信号、助力电机电流及蓄电池 电压信号都是模拟量，需要把模拟信号变为数字信号，才能 对数据进行处理。单片机mc9s12xs128有8路a/d转换通道, 有8位、10位和12位3种a/d转换精度，可通过相关寄存 器设置实现，其中每进行一次10位转换仅需

7、要7微秒。atd 模块有停止模式、等待模式和省电模式。2. 电动机pwm控制大多数直流电动机采用开关驱动方式。开关驱动方式是 使半导体器件工作在开关状态，通过脉宽调制p-wm来控制 电动机电枢电压，实现调速。图4-4是利用开关管对直流电 动机进行pwm调速控制的原理图和输入断，在中断服务程序 中读取输入捕捉寄存器中的脉冲个数，再将脉冲个数除以时 间长度即为单位时间内的脉冲数。五、结论电动助力转向系统(eps)作为一项高新技术产品，它 涉及到汽车动力学、轮胎力学、电动机控制技术、电力电子 技术、传感器技术、计算机技术和现代控制理论等诸多领域， 因此对它的研究不可能一蹴而就。尽管已有一些eps系统已 投入使用，但是其应用范围和功能有一定的局限性。本文介 绍了电动助力转向控制系统，对研发eps控制系统提供技术 参考。由于作者的研究时间和研究水平的限制，会有许多考 虑不到的地方。这项研究需要更多的人来参与和完善，希望 以后的研究者可以结合实际多做些这方面的工作。参考文献1 王常友，董爱杰汽车转向系统的现状及发展趋势 j.北京汽车.2007, 3： 710.2 刘占峰.电动助力转向控制系统设计研究d.江苏 大学硕士学位论文，2006.3 刘照汽车