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1、汽车电动助力转向系统研究与设计作 者 姓 名 马东霞 专 业 自动化 指导教师姓名 杜永 专业技术职务 讲 师 41摘要摘 要汽车电动助力转向系统（Electric Power Steering）简称EPS，是近些年来出现的新型动力转向系统。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统（HPS）所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。与液压动力转向（HPS）相比，汽车电动助力转向系统(EPS)结构简单、成本低、灵活性好、能充分的满足汽车转向性能的要求，在转向操作的舒适性、安全性和节能、环保等方面显示出显著的优越性。同时可以通过软
2、件加以改变，硬件资源利用高；低速行驶时转向轻便，高速行驶时转向有稳重感；助力电机只在汽车转向时才工作，节约能源。 汽车电动助力转向系统主要由扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元、无刷直流电动机、电磁离合器和减速机构等部分组成。通过传感器探测机探测在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向，并将所需信息转化成数字信号输入控制单元，再由控制单元对这些信号进行运算后得到一个与行驶工况相适应的力矩，最后发出指令驱动电动机工作，电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力。 本文根据电动助力转向系统的特点，采取PIC16F877单片机作为核心，采用传感器信号采集技术和无刷直流电动机专用芯片等，实现信号采
3、集和助力电机的控制。 关键词： 电动助力转向 单片机 控制系统ABSTRACTElectric Power Steering System (Electric Power Steering) referred to as EPS, is a new power steering system,which emerged in recent years. The system is provided directly by the electric power steering machine, eliminating the need for hydraulic power steering
4、system (HPS) necessary for power steering pumps, hoses, hydraulic oil, belt and the pulley mounted on the engine, both to save energy and protect the environment. Comparing with hydraulic power steering (HPS), the electric power steering (EPS)system of the automobiles is simpler in structure,more fl
5、exible,and call fully meet the requirements of steering performances. At the same time can be changed by software, hardware resource utilization high; low speed when turning light, high speed, moved to a stable sense; power steering motor only when the work in the automotive, energy conservation.Ele
6、ctric power steering (EPS) system mainly combines the torque sensor ,velocity sensor, electric control unit,electromagnetic clutch and gear down machine etc. Detection by sensors detecting machine operation in the steering wheel torque generated by the magnitude and direction or angle, and the requi
7、red information into digital signal input control unit, control unit by the operations on these signals to get a post with the driving cycle suitable moment, finally sending instructions drive the electric motor, the motor output torque is assisted through the role of gear.EPS system use PIC16F877 a
8、s the control core,adopted sensor signal collection technology and the chip which is a special control chip for no-brush DC motor.Key words：electronic power steering ; single chip micro-computer; control system目录目 录摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论31.1 引言31.2 电动助力转向系统国内外研究现状31.3 课题研究的目的、意义41.4 本文所做的主要工作5第二章 电动助力转
9、向系统的组成和原理52.1 EPS的系统介绍52.2电动助力转向系统的组成62.2.1 扭距传感器62.2.2车速传感器72.2.3 电磁离合器82.2.4 电子控制单元（ECU）82.2.4.1 ECU的基本构成单元82.2.4.2 电子控制单元的内部模块102.2.4.3 系统自检和安全102.2.5 减速机构112.3 电动助力的工作原理112.3.1 EPS的控制原理112.3.2 EPS的助力特性122.4 电动助力转向系统的分类12第三章 电动助力转向系统数学模型和控制策略分析133.1 电动助力转向系统的数学模型133.1.1 转向盘和转向柱输入轴数学模型133.1.2 输出轴的
10、数学模型133.1.3 传感器的数学模型143.1.4 电动机的数学模型153.2 EPS控制策略分析163.2.1 助力控制163.2.2 回正控制163.2.3 阻尼控制173.3 直流电动机电流控制算法173.3.1 常规PID算法173.3.2 模糊自适应PID控制183.3.3 控制19第四章 电动助力转向控制系统的硬件设计204.1 中央处理单元（MCU）的设计204.1.1 中央处理单元核心部分设计204.1.2 系统控制芯片选型204.1.2.1 单片机的资源介绍204.1.2.2 单片机的电源234.1.2.3 单片机的复位电路234.2.1 电动机PWM调压控制244.2.
11、2 电机驱动电路254.2.3 电机电流采样电路274.3 继电器控制电路274.4 系统硬件抗干扰措28第五章 电动助力转向控制系统的软件设计295.1 主程序设计295.2 子程序设计315.2.1 ADC程序设计315.2.3 PWM程序设计33第六章 总结34参考文献35致 谢36河北工程大学毕业设计说明书第一章 绪论1.1 引言随着现代汽车技术的迅猛发展，人们对汽车转向操纵性能的要求也日益提高。为了保证车辆在任何工况下转动转向盘时，都有较理想的操纵稳定性，即使车辆在停车情况下转动转向盘时也能够轻松自如：而在高速行驶时又不会感到方向“发飘” 在汽车的发展历程中，转向系统经历了四个发展阶
12、段：从最初的机械式转向系统（Manual Steering，简称MS）发展为液压助力转向系（Hydraulic Power Steering，简称HPS），然后又出现了电控液压助力转向系统（Electric Hydraulic Power Steering，简称EHPS）和电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）。电动助力转向系统，是继液压动力转向系统后产生的一种动力转向系统，是世界汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一，它属于与传统液压动力转向系统不同的另一种动力转向系统。它直接依靠电动机提供辅助扭矩，通过控制电动机电流的幅值和方向，从而实现转向器电动助力
13、的要求，这种系统使汽车在低速时能减轻操纵力，从而提高操纵的轻便性;而当汽车在高速行驶时，电子控制系统保证提供最优控制传动比和稳定的转向手感，从而提高高速行驶时的操纵稳定性。因此它可以较好地解决液压动力转向系统所不能解决的矛盾。目前，电动助力转向系统有代替液压动力转向系统的趋势。1.2 电动助力转向系统国内外研究现状在国外，各大汽车公司对汽车电动助力转向系统(Electric Power Steering - EPS，或称Electric Assisted Steering - EAS)的研究有20多年的历史。自1953年美国通用汽车公司在别克轿车上使用液压动力转向系统以来，HPS给汽车带来了巨
14、大的变化，几十年来的技术革新使液压动力转向技术发展异常迅速，出现了电控式液压助力转向系统(Electric Hydraulic Power Steering，简称EHPS)。1988年2月日本铃木公司首先在其Cervo车上装备EPST，随后又应用在Alto汽车上；1993年本田汽车公司在爱克NSX跑车上装备EPS并取得了良好的市场效果；1999年奔驰和西门子公司开始投巨资开发EPS。上世纪九十年代初期，日本铃本、本田，三菱、美国Delphi汽车公司、德国ZF等公司相继推出了自己的EPS，比如，大发汽车公司在其Mira车上装备了EPS，三菱汽车公司则在其Minica车上装备了EPS；本田汽车公司
15、的Accord车目前已经选装了EPS，S200轿车的动力转向系统也将倾向于选择EPS；Delphi汽车系统公司已经为大众的Polo、欧宝的318i、以及菲亚特的Punto开发出EPS。TRW从1998年开始，便投入了大量的人力、物力和财力用于EPS的开发。他们最初针对客车开发出转向柱助力式EPS，如今小齿轮助力式的EPS开发也已获得成功。1999年3月，他们的EPS已经装备在轿车上，如Ford Fiesta和Mazda 323E等。Mercedes-Benz和Siemens Automotive两大公司共同投资6500万英镑用于该技术的开发。他们计划开发出前桥负荷在1200kg的EPS，因此货车也将可能成为EPS的装备目标。经过20多年的发展，特别是现代电子技术的发展，EPS技术已日趋完善，己经从实验室走向市场。其应用范围已经从最初的微型轿车向更大型轿车和商用客车方向发展。如本田的Accord，菲亚特的Punto等中型
