汽车eps系统控制器设计3页

1、最新【精品】范文 参考文献 专业论文汽车EPS系统控制器设计汽车EPS系统控制器设计 选定MC9512DG128单片机为处理器的电子控制单元，对ECU选型及引脚资源分配、选择了电机驱动方式，设计开发了驱动电路、升压电路及电源电路、电机转速反馈电路和信号获取电路设计以及部分自检电路。 EPS 控制 汽车 1引言转向系统是保证车辆行驶的主要车辆子系统之一，其性能直接关系到车辆的舒适性和安全性。良好的操纵稳定性和驾驶感觉是转向系统追求的目标。回正力矩在一定程度上保证了汽车操纵稳定性，但增加了驾驶员的转向阻力，尤其是大型车辆的低速转向时，驾驶员的工作强度较高，不利于驾驶舒适性。为了改善这个矛盾，起初通

2、过增大转向系中的减速比，但这样会使转向变得十分迟钝，满足不了转向灵敏度的要求，为了解决转向系“轻”与“灵”的矛盾，采用了动力转向系。上个世纪50年代开始出现了助力转向系统，在此后的二、三十年中，转向系统经历了机械式、液压式、电控液压式等几个阶段。由于传统的动力转向系统有结构复杂、功率消耗大、易泄漏、转向助力不易控制等缺点，汽车工程师一直在寻求一种更好的助力方式，以期获得较强的路感、较轻的操纵力、较好的回正稳定性、较高的抗千扰能力和较快的响应性。到了上世纪80年代，人们开始研究电动助力转向 （Electric Power steering，简称EPS）系统。在EPS系统研究伊始，因为成本高，难以

3、投入商业生产，在实验室阶段停留了许多年。但是随着控制元件成本大幅度降低，以及人们对于环保问题关注程度的不断上升，使EPS系统这个集环保、节能、安全、舒适为一体的高科技产品的实际应用成为可能。 2电动助力转向的结构方案EPS系统主要由以下几个部分组成：电子控制单元（ECU）、车速传感器和转矩传感器、助力电动机、减速机构、转向器和转向柱总成等。总成的布置和助力电机的装配如所示图1所示。电动助力转向系统是在机械系统中加装助力电机完成的，机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。 3系统整体方案设计电动助力转向系统要实现的主要功能是采集来自转矩传感器和车速传感器的号，经控制器运算、判

4、断后，控制伺服电动机为驾驶人员的转向提供辅助力。另外，考虑到其应用对象的特殊性，其安全性要求的绝对地位，系统还需要提供许多应急方案。综合考虑电动助力转向系统的功能要求和一些特殊要求，电动助力转向系统的件设计主要包括以下一些主要模块。分别是：电动助力转向系统控制器选型与引脚定义、控制单元接口电路、电动机驱动及其保护电路、传感器信号处理电路、电源系统电路的设计等。EPS系统整体工作流程如图2所示。统硬件控制框图如上图2所示，系统供电为车载蓄电池直流电源，控制核心为ECU。当汽车点火开关闭合时，ECU上电后对EPS系统进行自检，自检通过后，EPS系统便开始工作。驾驶员操纵方向盘转向，转矩传感器检测到

5、方向盘的转矩和转动方向，车速传感器检测到车速信号，这些信号经过输入接口电路处理后送至ECU相应端口，单片机根据方向盘转矩、转动方向和车速等数据，并依据系统助力特性，确定助力电流的大小和方向，产生相应的PWM信号并通过驱动电路驱动直流电动机进行转向。 4系统PID算法的确定由于电机自身的电感很小，故将电感忽略，因此电机端电压Um，电枢电流Im ，反电动势Kb系数，转速之间关系可表示为：Um=R*Im+Kb*Nm （1）；对于直流永磁电机，电机转矩与电枢电流成正比，令Ka为常数，则式（1）变为：Um=Ka*Tm+Kb*Nm （2）。由公式（2）可以看出，由于使用的是直流电机，电机本身对转矩Tm和转

6、速N的调节能力很强，即电机能够适应外界干扰，自身调整转速和输出转矩去适应外界的阻力矩的能力很强，故反馈控制算法不需要对输出转矩进行严格控制，控制的重点应当是使电机运转稳定，转速的增加或减小平稳，使电机不会出现因负载阻力矩突然增加或减少而造成的电机激转或停机。电动机转速的稳定性控制可以将电机转速作为反馈信号构成反馈通道，进行闭环控制.与电流反馈方式相比，这种控制方式的侧重点不同。这种反馈控制不用到电流传感器，反馈信号噪声小，不用复杂的消除杂波和噪声处理电路，控制精度高，抗干扰能力强。 5系统的软件设计“CODEWARIOR FOR S12”是面向以HC12或S12CPU的单片机嵌入式应用开发软件

7、包。包括集成开发环境IDE、处理器专家库、全芯片仿真、可视化参数显示工具、项目工程管理器、C交叉编译器、汇编器、链接器以及调试器。图4.1所示为Codewarrior编辑界面。本课题应用Codewarrior编写、编译、调试程序，最后通过Debug命令将生成机器码烧入MC9S12DG128B中。在硬件搭建好以后，软件的设计直接关系到商用车EPS系统性能，因此在软件开发中，应当统筹全局，方法得当，考虑周到，设计的系统运行中稳定可靠，并且要有一定的实时性。EPS系统最好采用模块设计方法使每个工作模块的功能清楚，结构清晰，便于检测和调试，各个模块之间通过全局变量和相互调用使软件形成一个完整系统，完成其预定的功能。商用车EPS应完成的任务如下：低速转向轻便，高速转向稳定，轻车助力小，重车助力大；输入转向力矩很小的区域，基本不起助力作用，以防止转向过度灵敏；回正要到位，超调量要小，回正振荡幅度要小；助力大小和方向要可靠和准确，如发生故障，要停止助力；不能有顿挫感，各区段过渡要平滑，以免操纵力出现跳跃。 6结论本文在分析EPS工作原理的基础上，对系统的总体开发方案及控制方法进行了深入地研究。分析汽车ESP系统工作原理，确定了控制系统参数，设计开发了以MC9S12DG128B单片机为核