某汽车LEXUS雷克萨斯EPS车身电子稳定系统

转向EPS(电子助力转向)马达直接驱动齿条分相器型扭矩传感器转向齿轮单元无电刷式马达减速机构转角传感器驱动形式2WD(有VGRS)4WD形式车速感应式齿轮减速比12.4~17.214.6方向盘左右极限转动圈数2.7~3.73.1齿条行程[mm(in.)]158(6.22)153(6.02)[规格]转向系统示意图扭矩传感器转角传感器制动控制ECU发动机ECU(ECM)DLC3网关ECUJ/CNo.1BEAN(仪表总线)CAN电池(12V)动力转向警告灯EPS驱动马达(27-34V)EPSECU温度传感器VGRSECUJ/CNo.2警告灯变压器转向扭矩传感器(分相器型)扭矩传感器检测到扭转杆扭转变形，将其转变为电子信号并输出至EPSECU转向主轴(输入轴)扭转杆分相器单元1小齿轮轴(输出轴)齿条轴分相器单元2至EPSECU转向扭矩传感器(分相器型)扭矩传感器由分相器单元1、2及扭转杆组成转子部分的分相器单元1固定于转向主轴,转子部分的分相器单元2固定于小齿轮轴.转向主轴(输入轴)扭转杆分相器单元1(定子部分)分相器单元2(定子部分)分相器单元2

(转子部分)分相器单元1(转子部分)小齿轮轴(输出轴)转向扭矩传感器(分相器型)扭转杆扭转后使两个分相器单元产生一个相对角度转向主轴(输入轴)小齿轮轴(输出轴)分相器单元2

(转子部分)分相器单元1(转子部分)转向扭矩传感器(分相器型)分相器单元特性励磁线圈检波线圈12341234转向扭矩传感器(分相器型)扭矩传感器检测方法定子部分转子部分定子部分信号A信号B转向扭矩传感器(分相器型)扭矩传感器检测方法定子部分转子部分定子部分信号A信号B转向扭矩传感器(分相器型)扭矩传感器检测方法定子部分转子部分定子部分信号A信号B转向扭矩传感器(分相器型)每个分相器单元输出两个相位差相差90度的信号来检测相对角度分相器单元

(定子部分)分相器单元(转子部分)tt输出信号(V)信号A信号B手动自动转向扭矩传感器(分相器型)当静止时分相器单元的转子部分输出定值信号分相器单元(定子部分)分相器单元(转子部分)tt输出信号(V)信号A信号B转向扭矩传感器(分相器型)当车辆直线行驶时分相器单元1和2输出的信号相同[分相器单元1输出信号]tt[分相器单元2输出信号]tt转向扭矩传感器(分相器型)转向时节转子部分的两个分相器单元产生相对角度[分相器单元1输出信号]tt[分相器单元2输出信号]tt转向扭矩传感器(分相器型)EPSECU根据两个分相器单元的相对位置决定对EPS马达提供多少电压转向马达电压EPSECU121-2转向马达(无电刷)马达与齿条轴共轴,由转角传感器、定子及转子组成齿条轴转子线圈定子磁体马达转角传感器转向马达(无电刷)线圈定子带磁体转子转角传感器检测凸台齿条轴转角传感器转向减速机构马达的转动传到滚珠式减速齿轮机构，经过滚珠及蜗杆传导齿条轴上齿条轴滚珠式减速齿轮转子滚珠式减速齿轮固定于转子滚珠转向减速机构滚珠在滚珠式减速齿轮机构内部经过导向进行循环滚珠式减速齿轮机构具有4个导引部件滚珠齿条轴滚珠式减速齿轮滚珠式减速齿轮机构转子导引部件导引部件滚珠式减速齿轮固定于转子上转向转角传感器(分相器型)通过检测马达的旋转角度防止扭矩波动转角传感器凸台转子齿条轴tt输出信号(V)信号A信号B转向EPS运作转向力矩与转向助力输出电流之间的关系转向助力输出电流车速转向力矩高低转向EPS运作EPS控制包括如下功能项目功能基本控制根据转向力矩值及车速大小计算得到所需输出电流控制马达运转惯性补偿控制当驾驶员开始操作方向盘时改善马达的启动效果转向复位控制当方向盘从极限位置向回转动时，EPS提供复位助力控制衰减控制当车辆高速过弯时调节助力输出，以防止车身出现较大摇摆变压器增压控制对EPSECU的电压进行增压，当驾驶员未对方向盘进行任何操作时或车辆保持直线行驶时该电压保持在0伏。当驾驶员对方向盘进行操作时根据负载大小以27~34伏的电压对输出助力进行可变控制系统过热保护控制根据电流大小及其作用时间估计马达温度。如果温度超出规定范围系统将对输出电流进行限制，以防止马达过热转向故障诊断当EPS系统出现故障时，EPSECU进行如下控制;打开助力转向警告灯，启动安全模式DTC码项目P/S(警告灯)C1511/11扭矩传感器故障点亮C1512/11C1513/11C1515/15扭矩传感器零位调整未进行点亮C1516/16扭矩传感器零位调整未完成点亮C1521/25马达故障点亮C1522/25C1523/24C1524/24C1525/17转角传感器输出初始化未进行点亮C1526/18转角传感器输出初始化未完成点亮C1528/12马达转角传感器故障点亮转向故障诊断DTC码项目P/S(警告灯)C1531/25ECU故障点亮打开C1532/25C1533/25C1534/25C1541/13车速信号故障点亮C1551/25点火开关电源电压故障点亮C1552/22PIG电源电压故障点亮C1554/23电源供应继电器失效点亮C1555/25马达继电器失效点亮C1567/44EPS与VGRS无法通讯点亮C1581/26Assistmapnumberun-writing点亮U0073/49控制模块通讯总线关闭点亮U0104/45无法与续航控制模块进行通讯U0105/41无法与喷油控制模块进行通讯转向故障诊断DTC码项目P/S(警告灯)U0121/42无法与ABS控制模块进行通讯打开U0122/42无法与车辆动态控制系统进行通讯U0130/44无法与转向助力控制模块进行通讯转向安全模式DTC码项目动作C1511/11扭矩传感器故障禁止转向助力控制C1512/11C1513/11C1516/16扭矩传感器零位调整未完成禁止转向助力控制C1521/25马达故障禁止转向助力控制C1522/25C1523/24C1524/24C1526/18转角传感器输出初始化未完成禁止转向助力控制C1528/12马达转角传感器故障禁止转向助力控制转向安全模式DTC码项目动作C1531/25EPSECU故障禁止转向助力控制C1532/25C1533/25保护功能，继续提供转向助力控制C1534/25转向助力大小为对应62.5mph(100km/h)车速的转向力大小C1541/13车速信号故障转向助力大小为对应62.5mph(100km/h)车速的转向力大小C1554/23电源电压供应继电器失效禁止转向助力控制C1555/25马达继电器失效禁止转向助力控制马达过热限制对马达输出的电流直至温度下降到规定范围维修要点(转向)初始化及设定在下列情况下对EPS系统进行初始化及设定方向盘转向管柱总成转向齿轮机构总成EPSECU点击!拆卸、安装及替换替换新部件使用IT-II使用SST注意：当有除C1515/C1525以外的DTC码时，不可以进行上面的操作点击！维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II选择ChassisEPSUtility扭矩传感器调整点击！维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II10维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II10维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II10维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II维修要点(转向)初始化及设定使用IT-II维修要点(转向)初始化及设定如果有除C1515/C1525以外的DTC出现维修要点(转向)初始化及设定使用SST(09083-18040)1.EPSECU初始化CG1.连接Tc,TsandCG端子，并将点火开关转为ONTsTc2.在20秒内断开、接通Tc端子20次3.确认电子助力转向警告灯显示4.将点火开关转为OFFP/S（警告灯）维修要点(转向)初始化及设定使用SST(09083-18040)2.马达转角传感器设定CG1.连接TsandCG端子，并将点火开关转为ON

Ts2.方向盘左右两个方向转动45度以上N维修要点(转向)初始化及设定使用SST(09083-18040)3.扭矩传感器设定CG1.设定马达转角传感器之后连接Tc端子Ts2.确认警告灯闪烁3.断开SST并将点火开关转为OFFP/S(警告灯)谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH2009电子大赛电机部分培训一、直流电机（）汇报人姓名图4为采用内部集成有两个桥式电路的专用芯片L298所组成的电机驱动电路。驱动芯片L298是驱动二相和四相步进电机的专用芯片，我们利用它内部的桥式电路来驱动直流电机，这种方法有一系列的优点。每一组PWM波用来控制一个电机的速度，而另外两个I/O口可以控制电机的正反转，控制比较简单，电路也很简单，一个芯片内包含有8个功率管，这样简化了电路的复杂性，如图所示IOB10、IOB11控制第一个电机的方向，IOB8输入的PWM控制第一个电机的速度；IOB12、IOB13控制第二个电机的方向，IOB9输入的PWM控制第二个电机的速度。

）

步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。特点:（1）来一个脉冲，转一个步距角。（2）控制脉冲频率，可控制电机转速。（3）改变脉冲顺序，可改变转动方向。应用：由于步进电动机的这一工作职能正好符合数字控制系统要求，因此它在数控机床、钟表工业及自动记录仪等方面都有很广泛的应用二、步进电动机及其控制种类：励磁式和反应式两种。励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，依靠电磁转矩工作。反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。依靠变化的的磁阻生成磁阻转矩工作。应用最广泛，它有两相、三相、多相之分。三相反应式步进电动机的原理结构图如下：ABCIAIBIC

定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。采用Y连接，转子有四个齿。定子转子1、步进电机的结构2、步进电机的工作原理

由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。现以BCIAIBIC的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。ABCA（1）三相单三拍（FLASH）CA'BB'C'A3412

A相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。“三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。CA'BB'C'A3412

同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B´磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。1C'342CA'BB'ACA'BB'C'A3412

这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。按ABCA……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。

A、B相同时通电，A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15，到达左图所示位置。按AABBBCC

CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。（2）三相六拍（FLASH）CA'BB'C'A3412B相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15。3412CA'BB'C'AB、C相同时通电，C'、C

磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过15。三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AABBBCC

CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90(齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。AB通电CA'BB'C'A3412BC通电3412CA'BB'C'ACA通电CA'BB'C'A3412与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30(步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。（3）三相双三拍（FLASH）按ABBCCA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。

从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：—步距角Zr

—转子齿数m—每个通电循环周期的拍数实用步进电机的步距角多为3和1.5。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的。相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度/（转子齿数*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。3.步进电机的静态指标术语定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。1)步距角精度

步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。2)失步

电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。3)失调角

转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。4)最大空载起动频率

4.步进电机动态指标及术语电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。5)最大空载的运行频率

电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。6)运行矩频特性

电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如图2所示：图2力矩与频率曲线图环形分配器、功率放大器以及其它控制线路组合构成步进电机的驱动系统，其方框图如图4，在下一节的方案选择时，也是按照驱动系统的结构来进行。5.步进电机驱动系统的结构图4步进电机驱动系统结构图基本原理作用如下：

(1)控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C相的通断。

(2)控制步进电机的转向

如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

(3)控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

主要元件：恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N、光电耦合器TLP521-4

工作电压方式：直流

工作电压：信号端4~6V、控制端5~36V

调速方式：直流电动机采用PWM信号平滑调速。

特点：

1、可实现电机正反转及调速。

2、启动性能好，启动转矩大。3、工作电压可达到36V，4A。

4、可同时驱动两台直流电机。

5、适合应用于机器人设计及智能小车的设计中。

实例一：用L298驱动两台直流减速电机的电路。引脚A，B可用于PWM控制。如果机器人项目只要求直行前进，则可将IN1，IN2和IN3，IN4两对引脚分别接高电平和低电平，仅用单片机的两个端口给出PWM信号控制A，B即可实现直行、转弯、加减速等动作。

实例二：用L298实现二相步进电机控制。将IN1，IN2和IN3，IN4两对引脚分别接入单片机的某个端口，输出连续的脉冲信号。信号的快慢决定了电机的转速。改变绕组脉冲信号的顺序即可实现正反转。图13L298驱动步进电机伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。伺服电动机可分为两类：交流伺服电动机和直流伺服电动机三、伺服电动机及其控制1、交流伺服电动机

交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90的两个绕组：励磁绕组和控制绕组，其结构如图所示。励磁绕组控制绕组杯形转子内定子交流伺服电动机结构图~Uf~UcC其旋转速度n为:n=60f(1-s)/p=n0(1-s)f:交流电源频率(HZ)p:为磁级对数n0:电动机旋转磁场转速(r/min),

n0=60f/ps:转差率,s=(n0-n)/n0图5—21.基本工作原理:交流伺服电动机以单相异步电动机原理为基础，从图5—2可以看出，励磁绕组WF接到电压为Uf的交流电网上，控制绕组WC接到控制电压Uc上，当有控制信号输入时，两相绕组便产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定的转差率转动起来.放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––11(b)相量图交流伺服电动机的接线图和相量图(a）接线图交流伺服电动机的接线图和相量图放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––1励磁绕组串联电容C,是为了产生两相旋转磁场。适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90,从而产生所需的旋转磁场。控制电压与电源电压频率相同，相位相同或反相。励磁绕组固定接在电源上，当控制电压为零时，电机无起动转矩，转子不转。放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––1

若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流和控制绕组电流不同相、相位相差90度、幅值相等i1=Ikmsinωti2=Ikmsin(ωt-90)Bk=BmsinωtBj=Bmsin(ωt-90)因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现象称为“自转”。什么是“自转”现象？2.消除自转现象的措施由三相异步电动机的特性可知，转子电阻值对电动机的机械特性有较大的影响，如图5—4所示。当转子阻值增大到一定程度，例如图中r23时，最大转矩可出现在s=l附近。为此目的，把伺服电动机的转子电阻r2设计得很大，使电动机在失去控制信号单相运行时，正转矩或负转矩的最大值均出现在Sm>1的地方，这样可得出图5—5所示的机械特性曲线。

图5—5中曲线l为有控制电压时伺服电机的机械特性曲线，曲线T+和T-为去掉控制电压后，脉动磁场分解为正、反两个旋转磁场对应产生的转矩曲线。曲线T为去掉控制电压后单相供电时的合成转矩曲线。从图中可看出，它与异步电动机的机械特性曲线不同，是在第二和第四象限内。当转速n为正时，电磁转矩T为负，当n为负时，T为正，即去掉控制电压后，单相供电时的电磁转矩的方向总是与转子转向相反，所以，是一个制动转矩。由于制动转矩的存在，可使转子迅速停止转动，从而避免“自转”现象。电机停止转动所需要的时间，比两相电压Uf和Uc同时取消、单靠摩擦等制动方法所需的时间要短得多。这正是两相交流伺服电动机在工作时，励磁绕组始终接在电源上的原因。增大伺服电机转子阻值r2，既有利于消除“自转”现象，同时还使稳定运行段加宽、启动转矩增大。目前通常采用高电阻材料制成的鼠笼导条，杯形

转子的壁很薄，一般只有O．2～0．8mm，因而转子阻值较大，且惯量较小。

图5—6所示为幅值控制的一种接线图，从图中看出，两相绕组接于同一单相电源，适当选择电容C，使Uf与Uc相角相差90度，改变电阻Ｒ的大小，即改变控制电压Uc的大小，可以得到图5—7所示的不同控制电压下的机械特性

3.控制特性。两相交流伺服电动机的控制方法有三种：①幅值控制；②相位控制；⑧幅值～相位控制。机电