050607337張強指導教師：何琳琳畐!I教授Sagiaw(薩吉諾)轉向系統又代表著轉向系統發展的前沿。電動助力轉向系統zElectriczElectricPowerSteering)是未來轉向系統的發展方向。該系統由電。另外,還具有調整簡單、裝配靈活以及在多種工作狀況下都能提供轉向助力的特點。都非電動助力轉向系統符合現代汽車機電一體化的設計思想,該系統由轉向傳感裝置、車速傳感器、助力機械裝置、提供轉向助力電機及微電腦控制單元組成。該系統工作時,轉向傳感器檢測到轉向軸上轉動力矩和轉向盤位置兩個信號,與車速傳感器測得的車速信號一起不斷地輸入微電腦控制單元,該控制單元通過數據大小,作為汽車的一個重要組成部分，汽車轉向系統是決定汽車主動安全性的關生產廠家和科研機構的重要研究課題。特別是在車輛高速化、駕駛人員非職業化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛人群，汽車的操縱設計顯得尤為重要。汽車轉向系統經歷了純機械式轉向系統、液壓助力轉向系統、電動助力機械式的轉向系統，由于采用純粹的機械解決方案，為了產生足夠大的轉展，使得動力轉向系統在體積、功率消耗和價格等方面都取得了很大的進步。80年代后期，又出現了變減速比的液壓動力轉向系統。在接下來的數年內，動力轉壓動力轉向系統(VariableDisplacementPowerSteeringPump)和電動液壓助力轉向(ElectricHydraulic的行駛速度或者不需要轉向的情況下，泵的流量會相應地減少”從而有利于減少不必要的功耗。電動液壓轉向系統采用電動機^區動轉向泵由于電機的轉速可調，可以即時關閉，所以也能夠起到降低功耗的功效。液壓助力轉向系統使駕駛室變得寬敞，布置更方便，降低了轉向操縱力，也使轉向系統更為靈敏。由于該類轉向系統技術成熟、能提供大的轉向操縱助力，目前在部分乘用車、大部分商用車特別是重型車輛上廣泛應用。但是液壓助力轉向系統在系統布置、安裝、密系統(EPS)EPS鈴木公司首次開發出一種全新SEPS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定技術應用于汽車轉向系統，能顯著改善汽車動態性能和靜態性能、提高行駛中駕駛員的舒適性重視,并進行開發和研究，未來的轉向系統中電動助力轉向將成為轉向系統主流,與其它轉向系統相比，該系統突出的優勢體現在:①降低了燃油消耗。液壓動力轉向系統需要發動機帶動液壓油泵,使液壓油不停地流動,浪費了部分能量。相反電動助力轉向系統(EPS)僅在需要轉向操作，需要轉向時，電機在控制模塊的作用下開始工作,輸出相應大小及方向的轉矩以產生助動轉向力矩，而且，該系統在汽車原地轉向時輸出最大轉向力矩,隨看汽車速度的改變,輸出的力矩也跟隨改變。該系統真正實現了”按需供能”，需供能型"(on-demand)系統。②增強了轉向跟隨性。在電動助力轉向系統中，電動助力機與助力機構直接相連可以使其能量直接用于車輪的轉向。該系統利用慣性減振器的作用，使車輪的反轉和轉向前輪擺振大大減水。因此轉向系統的抗擾動能力大大增強和液壓。③改善了轉向回正特性。當駕駛員使轉向盤轉動一角度后松開時,該系統能夠自動調整使車輪回到正中。該系統還可以讓工程師們利用軟件在最大限度內特性曲線。通過靈活的軟件編程，容易得到電機在不同車速及不同車況下的轉矩而在傳統的液壓控制系統中,要改善這種特性必須改造底盤的機械結構,實現起來④提高了操縱穩定性。通過對汽車在高速行駛時過度轉向的方法測試汽車的穩定特性。采用該方法，給正在高速行駛(100km/h)的汽車一個過度的轉角迫使它側傾,在短時間的自回正過程中,由于采用了微電腦控制,使得汽車具有更高編程和硬件控制,可得到覆蓋整個車速的可變轉向力?？勺冝D向力的大小取決于轉向力矩和車速。無論是停車，低速或高速行駛時,它都能提供可靠的，可控性好的感覺，而且更易于車場操作。在電動助力轉向系統中，可變轉向力矩通常寫⑥采用”綠色能源”,適應現代汽車的要求。電動助力轉向系統應用”最干油的不能回收”易對環境造成污染。油泵、油管和發動機上的皮帶輪，使得工程師們設計該系統時有更大的余地，而且該系統的控制模塊可以和齒輪齒條設計在一起或單獨設計，發動機部件的空間流量控制閥、儲油罐等部件,零件數目大大減少,減少了裝配的工作量，節省了裝配時間,提高了裝配效率。統的發展方向，必將取代現有的機械轉向系統、液壓助力轉向系統和電控制液壓轉矩傳感器、電動機電流傳感器、控制器、功舉區動電路、故障指示燈、離合器速巡航系統的一部分,是速度控制系統的中樞，根據每種車型最平穩加速設計確動機節氣門開度?？刂破鞲鶕鱾鞲衅鬏敵龅男盘枦Q定電動機的轉動方向和最佳助力轉矩，向電動機和離合器發出控制信號通過功率^動電路控制直流電動機的轉動電動機的輸出經過減速機構減速增扭后駆動齒輪齒條機構，產生相應的轉向助力。通過精確的控制算法，可任意改變電動機的轉矩大小,使傳動機構獲得所需的任意助力值。同時控制器對系統進行實時故障診斷一旦發生故障,將中斷對電動機的電壓供給，并點亮轉向系統故障警示燈,同時將故障類型以代碼的形式存儲。圖2T電動助力轉向系統結構簡圖向盤、轉向柱、前輪及轉向機構、電動機的轉角分別為氛彳、氛比;轉向盤力矩、前輪及轉向機構阻力矩、電動機作用到轉向柱的助力力矩分別為3、Tf、TaoEPS中轉向盤和轉向柱之間通過扭矩傳感器連接，根據傳感器的工作原理h式中，T、K表示扭矩傳感器的扭矩和剛度?？紤]到EPS中的速度匹配特性，即h轉向柱速度快慢一致以及前輪轉向機構和轉向柱工作的協調性，有:ss在小轉角的情況下，輪胎特性處于線性變化范圍，前輪受到的阻力矩與前輪轉角即根據以上條件結合相關的力學定律可建立系統的數學模型如下:Jh+Bh+KhG-8)=%(2-5)訂圖2-3電動機電樞電路示意圖汽車在轉向過程中，控制單元根據扭矩傳感器檢測到駕駛員作用到在電動機和駕駛員的共同作用下來實施轉向。其電動機采用直流電機，電樞電路oat產恢申族沖的夢恃中館義界秫臍張卦惠器協哄性的臍張計導夢恃申族沖的申丑，咱」=wT(2-11)貨中，出伏夢恃器。員斗用性勢回盜的臍張籃小，勢回籃發勁，過性使劍發蹬煙員點服太的斗用，因]/[.Vo+n6+1?a■>1X各S (a)導體“b處于\極下：(b)導體“b處于S極下如上圖所示，給兩個電刷加上直流電源，如上圖(a)所示，則有直流電流bzcd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定,兩段導體受到的力形成了_個轉矩”使得轉子逆時針轉動。如果轉子轉到如上圖(b)所示的位置，電刷A和換z此時載流導體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定,它們產生的轉矩仍然使得轉子逆時針轉動。這就是直流電動機的工作原理。夕卜加的生的轉矩的方向卻是不變的。實用中的直流電動機轉子上的繞組也不是由一個線而成，以減少電動機電磁轉矩的波動。選擇無刷永磁直流電機即可滿足設計要求。第3章基于高性能P87C591單片機控制方案制定時￥中速率時實現500ns指令周期。微控制器以先進的CMOS工藝制造并設zSJA1000(獨立的CAN控制器)的功能，并具有下面的增強特性:2.擴展的驗收濾波器3.驗收濾波器可”在運行中改變”TPCT6.具有32個可編程I/O□(準雙向推挽高阻和開漏)UART率發生器復位信號單片機采樣的模擬量包括蓄電池電壓、方向盤的主、副扭矩傳感器信號、電機電流、電機端電壓等參數。車速和發動機轉速等非電量信號經過頻率輸人電路除此之外,系統還有保證轉向可靠性的轉向鎖定電路、電機端電壓獲取電________離合器_L4V極—工—工MM測電路感器輸當汽車點火開關閉合時，微控制器即進行自檢，自檢通過后，閉合繼電器和離合器,EPS系統便開始工作。其基本助力過程為駕駛員操縱方向盤轉向，扭矩傳感器檢測到方向盤的力矩和轉動方向，車速傳感器檢測到車速信號,這些信號分別經過扭C向盤的轉動力矩、轉動方向和車速等數據，并依據系統助力特性，確定電流的大小斷開繼電器、離合器退出電動助力工作模式，轉為人工手動助力模式。3-3EPS工作流程圖EPS控制系統助力輸出電流(力矩)T。由電機目標助力電流控制算法和電機轉矩控制兩部分組成。前者根據駕駛員對方向盤施加的扭矩和車速確定電機助力的目標圖3-4助力電流控制策略圖控制系統根據駕駛員施加在方向盤上的力矩和當時的車速，按照預制助力特性確定電機目標助力轉矩的大小和方向，由于直流電動機轉矩與電樞電流成正比，故可用通過電樞的電流來代替電動機轉矩進行運算分析，其助力算法為:其中'為計算機給定的目標助力電流(轉矩)，7；為扭矩傳感器檢狽倒的方向盤力矩車速增大▼-14-12-10-8-6-4-2024681012『豐嚴￡(N.m)1.691.811.922.012.152.272.382.52.622.732.852.963.083.19?331傳/惑器電壓(V)從上圖可以看出,EPS系統的助力特性是一個非線性函數。本系統制定的助力特性曲線示意圖，橫坐標為方向盤扭矩傳感器電壓信號，反映了方向盤扭矩的大小和方向，縱坐標為電機目標助力電流。當駕駛員施加在方向盤上力矩在死區 力電流與方向盤力矩之間的增益越小，以保證該系統在低車速時發揮較大的助力轉向作用，在高車速時明顯減小助力轉向效果，從而使駕駛員在轉向時獲得較好的路感。為使方向盤操作平滑及左右轉向時手感一致，助力特性曲線保證了左右輸人力矩與輸出電流(力矩)的對稱性。比較器PID——比較器PID——R/+KN”(3-2)U=RIKN+flm制和電壓控制兩種。電壓控制為開環控制，控制精度不高，故系統采用電流閉環控制方式，使得電機目標電流和實際工作電流之間的誤差能夠減少為零或足夠的模擬Ue------------r——————————————一―ID，反之電機電流(力矩)就小。至比較器的同相端，比較器對兩個輸入進行上憑后就形成了相應大小占空比的M~5V。當電機實際輸出電流與給定電流相等時，反饋信號與給定指令信號相等/減小---"/減小-----"「增大----PWM增大----U增大-----i增大當實00i°增大——D增大——冷減小——PWM減小——U減小——/減小0的開發中，為增強硬件系統的抗干擾能力、提高系統的可靠性，將硬件系統進行了分層設計。將信號處理電路設計成一塊電路板而務功率較大、發熱量大的助力電動機^區動模塊及電磁離合器驅動電路設計成配帶散熱片的驅動電路板，兩電路板之間的電動機控制信號、電磁離合器控制信號通過光耦隔離和排線聯接。控H圖4TEPS控制器模塊化結構圖4.2電機控制電路設計在功率變換裝置中,根據主電路的結構,起功率開關器件一般采用直接驅動IR2110弓|腳功能及特點簡介Vcc(引腳3):低端固定電源電壓Vs(引腳5):高端浮置電源偏移電壓HO引腳7):高端輸出VB(引腳6):高端浮置電源電壓HIN高端輸入3.IR2110的特點:(2)懸浮電源采用自舉電路其高端工作電壓可達500V。z(6)開通、關斷延遲小分別為120ns和94ns。zIR工作原理IR2110的特點，可以為裝置的設計帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的動電源的數目,即一組電源即可實現對上下端的控制。HUU/VT機的轉速進行調節。Q方向相反。動助力轉向系統中的電動機受工作環境的影響，需要頻繁的起制動，這將在電機電樞繞阻上產生比較大的電流沖擊，倘使不能夠很好的加以保護貝」電動機很容易被破壞掉。電動助力轉向系統相對以往的助力轉向系統更加注重安全性,安全性考慮的周全與否直接決定看系統是否能夠真正投入使用。為此，電動助力轉向系統分別從軟件和硬件兩個方面進行了考慮、處理。這樣只要軟、硬件不是同時遭到損壞，系統就能夠對電動機可能的故障進行恰當的處理。電動機保25V是實際的電流零值情形,而電機保護電路所關心的只是電流的大小，不關心過程，最終將信號9電樞繞組引線輸入端絕電樞繞組引線輸入端絕對值電路差動電路保護理論基礎:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時,其效果基示的三個窄脈沖形狀不同，圖a為矩形脈沖圖b為三角形脈沖，圖c為正弦半波z在具有慣性的同一4a)b)c)d)成的波形。這些脈沖寬度相等,都等于彳，但幅值不等，且n脈沖頂部不是水平直線,而是曲線,各脈沖的幅值按正弦規律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應正弦部分面積(即沖量)相等,就得波形和正弦半波是等效的。對于正弦的負半周，也可以用同樣的方法得到PWM圖4-7PWM控制的基本原理示意圖器。由于它簡單可靠、使用方便靈活、大大減輕了脈寬調制器的設計及調試工Mz電動助力轉向系統要根據轉向盤轉矩及車速情況來不斷調節直流電動機的電來改變電動機的端電壓。脈寬調制的頻率對PWM頻率的選取主要考慮其與機械系統固有頻率的關系、對電樞電流紋波的影響及噪聲對人的影響;同時要考慮開關時電流脈峰對開關管及電動機安全的響機械系統的正常工作。由于電動機的轉子繞組中存在電感當電動機時間常數R滑且電流連續，相當于低通濾波器的作用，濾除了輸入電壓在開關管開通與關斷電流因開關開通與關斷引起的紋波就比較明顯,引起電動機轉動中的振蕩,降低駕駛員操縱轉向盤的手感，如下圖4.9所示。Y\VJ圖4-9Te與Tpwm關系對電動機電樞電流的影響(a)Te?Tpwm(b)Te?Tpwm發熱增加、電磁干擾增強、對電磁兼容性的要求提高等不利影響。同時，由于開關管的開通和關斷延時,在開通和關斷的過程中產生損耗,開關管的迅速開通和迅速關斷是必要的。但是,開關管的迅速開通和迅速關斷會引起厶羋過大產生很大的尖峰嚴重時可導致電動機和開關管dt的損壞。對此,可在電動機兩端并聯限流電阻和緩沖電容，必要時反并聯續流二動電路的脈峰得到了大幅度抑制，降低了系統損耗提高了系統的可靠性和安全電路有緩沖電電路(a)電動機驅動及緩沖電路(b)緩沖電路的脈峰抑制作用第5章汽車轉向技術的發展趨勢助力轉向系統經過幾十年的發展，技術日趨完善。今后，電動助力轉向系teeringbyWireSBW線控轉向系統與上述各類轉向系統的根本區別就是取消了轉向盤和轉向輪之間的上，控制器根據汽車轉向工況控制路感電機產生合適的轉矩，向駕駛員提供模擬路面信息。驅動電機安裝在齒條上，汽車的轉向阻力完全由驅動電機來克服，轉向盤只是作為轉向系統的一個轉角信號輸入裝置。線控轉向系統能夠提高汽車被向盤和轉向柱之間無機械連接，生成讓駕駛員能夠感知汽車實際行駛狀態和路面狀況的〃路感〃比較困難；且電子器件的可靠性難以保證。所以線控轉向系統目具體來說，轉向系統主要從以下幾個方面進一步發展：(1)傳感器技術性能完善的電動助力轉向系統需要采集轉向盤轉角信號、轉向盤轉矩信約電動助力轉向系統迅速市場化的主要因素，因此，設計和開發適合電動助力轉向系統使用的性價比較高的傳感器是未來技術發(2)控制策略的研究控制策略是影響助力轉向系統性能的關鍵因素之一，也是電動助