速度感应式助力转向电控系统设计
速度感应式助力转向系统又称为电动助力转向系统是未来重点发展对象，首先它比之前的液压转向系统优秀很多，技术也很先进。速度感应式助力转向系统用电机电流控制取代传统的液压装置，装配简单轻巧，还能减少燃油消耗量，更加环保安全。研究与发展速度感应式助力转向系统，是符合汽车未来发展环保、安全、节能等主题。这是具有非常深远的意义了。同样速度感应式助力转向系统作为汽车重要组成部分，跟汽车主动安全行驶是息息相关的，汽车生产厂商一直致力于研究和生产更好更优秀具有主动安全性和操纵稳定性的助力转向系统。本文使用proteus进行软件仿真模拟，模拟速度感应式助力转向系统助力转向功能，在不同车速和转矩信号下，电机输出的电流的大小和方向，通过仿真结果证明了设计的可靠性。关键词 助力转向系统，电子控制单元，AT89C52，仿真
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文研究内容 3
2 速度感应式助力转向电控系统的结构原理及控制策略 3
2.1 速度感应式助力转向电控系统的功能目标 3
2.2 速度感应式助力转向电控系统的组成结构 4
2.3 速度感应式助力转向电控系统的工作原理 7
3 速度感应式助力转向电控系统硬件总体设计 8
3.1 数据采集模块设计 9
3.2 数据收集模块 11
3.3 助力转向控制模块 11
3.4 电源模块 12
4 软件总体设计 12
4.1 电子动力转向系统各功能模块的软件设计 12
4.2 proteus仿真及成果 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 绪论
1．1 研究背景及意义
转向系统是汽车的重要组成部分之一,汽车的转向特性、操纵稳定性和行驶安全性等性能都与汽车转向系统息息相关。历史上助力转向系统依次经过从液压助力转向系统[1](HPS)到电控液压助力转向系统(EHPS)，再到后来优秀的电动助力转向系统(EPS)。随着汽车电器电子控制 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
系统技术的发展，拥有助力功能的电子控制转向系统将会全部取代传统的技术老旧的机械转向系统。电动助力转向系统越来越受到人们的重视。实践结果证明电动助力转向系统包含节能环保、成本低和易于控制,便于装车,低速操纵轻便性和高速操纵稳定性以及机电一体化等优点,符合未来时代发展的要求。
与液压助力转向系统助力原理不同的是，速度感应式助力转向系统是在原机械式转向系统的基础上增加了转矩和车速传感器，直流电动机和微处理器ECU的结合是它创新的关键点所在。电动助力转向系统的驱动机构是一个直流电机，这是与液压助力系统完全不同的。其工作原理是：当车上的驾驶人在转动方向盘时，转矩传感器根据施加到方向盘上的转矩大小和方向产生相应的电压信号，再结合车速传感器检测到车速信号等信号传递给控制单元进行分析计算，然后确定电机电流来控制电机运转，从而产生合适的助力大小和方向。
速度感应式转向系统的助力是通过电机提供相适应的转矩来实现的，与传统的液压助力转向系统作对比，速度感应式助力转向系统具有很多优点：电机只有转向时提供助力，不转向时电机不工作减少汽车燃料的消耗量；根据助力特性曲线能够在各种行驶状况下提供最佳助力；能够减少路面不平所引起的转向扰动；优化汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性[2]；没有液压回路；容易调整和检测；装配自动化程度更高；能够设置不同的程序迅速与各种车型相匹配，缩短生产和开发周期；无漏油问题,对环境的污染小。
速度感应式助力转向电控系统可以保证驾驶人行驶安全，防止交通事故的发生以及使得驾驶人身命得以保护，也大大地优化了驾驶人的操纵舒适感。速度感应式助力转向系统有以下几个优点：加强的路感性，减轻的操纵力，回正性能好，抗干扰能力强和响应速度快。这充分说明研究速度感应式转向系统十分必要。
1．2 国内外研究现状
从二十世纪八十年代的时候，国外就开始研究速度感应式助力转向电控系统。1988年世界第一个电动助力转向系统被装在日本铃木公司的CER车上。当时美国通用汽车公司也推出了几款配备电动助力转向系统的汽车。1993年,爱克NSX跑车装配电动助力转向系统并大规模生产，日本丰田公司将这款车型同法拉利和保时捷在国际市场中竞争。这段时间，菲亚特公司也将美国德尔福公司生产的电控助力转向系统装配在一种经济型轿车在欧洲市场发行。随后，许多国外大型汽车公司和机构参与了电动助力转向系统研究和开发工作。在那个时候美国德国日本三个国家相应的大型汽车公司都研发出先进的速度感应式助力转向系统。经过30年的发展，电动助力转向系统技术已经变得越来越成熟，发展方向也从最初的小型汽车发展到各种车型。
到2002年才有国内企业进行研究和开发,现在知道有十几家科研机构正在开发,如清华大学，吉林大学等等一些国内知名大学[3],还有很多转向机构企业和相关产品企业也在发展中。从市场的角度看，国内已经配备了EPS产品，主要为1.3L1.6L型汽车。如奇瑞北斗星等等公司都开发出配有速度感应式助力转向系统的车型。但是,由于国内汽车制造水平有限和专利技术的缺乏，国外EPS的匹配和国内汽车和实用性仍然有问题,到目前为止还没有匹配的国产汽车,自主知识产权的EPS,直到最近几年开展EPS技术研究,获得技术信息少,还在技术研究阶段。
首先，EPS的应用范围将进一步扩大，将作为汽车转向的标准部件，并将主导助力转向领域。目前,世界上在汽车行业,电动转向系统以9%10%的年增长率增长,每年增长130万至150万台,根据发展的速度,没有几年时间,速度感应式助力转向系统将会成为汽车标配并且很常见,并且全方位的扩展各种车型。
虽然EPS已经达到一开始的设计想法，但仍存在一些亟待解决的问题，例如如何提高现阶段EPS系统性能的可靠性和降低生产成本。其中，进一步提高电机的性能是下一步的主要方向之一。电机性能的好坏直接与速度感应式转向系统挂钩，会影响到转向的助力性能，方向盘的转向性能以及系统对路面的感觉。一般而言，速度感应式助力转向电控系统技术发展的未来方向主要是增强控制系统的性能，这样转向才能跟可靠，降低控制系统的制造成本。我们现在需要把EPS系统里面的控制部分做好才能更上一层楼，为以后的高端汽车产品做好铺垫。未来的时间段内,速度感应式助力转向系统不再仅仅依靠车速信号，转矩信号，方向盘转角信号来控制助力转向了,还要增加一些多重信号一起处理比如转向的速度及加速度,前轴的重力等等与前面的基本信号共同处理得到最佳的助力转向和舒适度。这之后发展里面会由单一电动助力转向发展为四个车轮主动转向的技术跨越,通过先进的汽车电子控制系统和电路电线共同运行汽车的转向。随着汽车制造水平和电控系统技术的发展，速度感应式转向系统已不先进，将会使用更加先进的线控技术作为转向系统的核心内容。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文研究内容 3
2 速度感应式助力转向电控系统的结构原理及控制策略 3
2.1 速度感应式助力转向电控系统的功能目标 3
2.2 速度感应式助力转向电控系统的组成结构 4
2.3 速度感应式助力转向电控系统的工作原理 7
3 速度感应式助力转向电控系统硬件总体设计 8
3.1 数据采集模块设计 9
3.2 数据收集模块 11
3.3 助力转向控制模块 11
3.4 电源模块 12
4 软件总体设计 12
4.1 电子动力转向系统各功能模块的软件设计 12
4.2 proteus仿真及成果 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 绪论
1．1 研究背景及意义
转向系统是汽车的重要组成部分之一,汽车的转向特性、操纵稳定性和行驶安全性等性能都与汽车转向系统息息相关。历史上助力转向系统依次经过从液压助力转向系统[1](HPS)到电控液压助力转向系统(EHPS)，再到后来优秀的电动助力转向系统(EPS)。随着汽车电器电子控制 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
系统技术的发展，拥有助力功能的电子控制转向系统将会全部取代传统的技术老旧的机械转向系统。电动助力转向系统越来越受到人们的重视。实践结果证明电动助力转向系统包含节能环保、成本低和易于控制,便于装车,低速操纵轻便性和高速操纵稳定性以及机电一体化等优点,符合未来时代发展的要求。
与液压助力转向系统助力原理不同的是，速度感应式助力转向系统是在原机械式转向系统的基础上增加了转矩和车速传感器，直流电动机和微处理器ECU的结合是它创新的关键点所在。电动助力转向系统的驱动机构是一个直流电机，这是与液压助力系统完全不同的。其工作原理是：当车上的驾驶人在转动方向盘时，转矩传感器根据施加到方向盘上的转矩大小和方向产生相应的电压信号，再结合车速传感器检测到车速信号等信号传递给控制单元进行分析计算，然后确定电机电流来控制电机运转，从而产生合适的助力大小和方向。
速度感应式转向系统的助力是通过电机提供相适应的转矩来实现的，与传统的液压助力转向系统作对比，速度感应式助力转向系统具有很多优点：电机只有转向时提供助力，不转向时电机不工作减少汽车燃料的消耗量；根据助力特性曲线能够在各种行驶状况下提供最佳助力；能够减少路面不平所引起的转向扰动；优化汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性[2]；没有液压回路；容易调整和检测；装配自动化程度更高；能够设置不同的程序迅速与各种车型相匹配，缩短生产和开发周期；无漏油问题,对环境的污染小。
速度感应式助力转向电控系统可以保证驾驶人行驶安全，防止交通事故的发生以及使得驾驶人身命得以保护，也大大地优化了驾驶人的操纵舒适感。速度感应式助力转向系统有以下几个优点：加强的路感性，减轻的操纵力，回正性能好，抗干扰能力强和响应速度快。这充分说明研究速度感应式转向系统十分必要。
1．2 国内外研究现状
从二十世纪八十年代的时候，国外就开始研究速度感应式助力转向电控系统。1988年世界第一个电动助力转向系统被装在日本铃木公司的CER车上。当时美国通用汽车公司也推出了几款配备电动助力转向系统的汽车。1993年,爱克NSX跑车装配电动助力转向系统并大规模生产，日本丰田公司将这款车型同法拉利和保时捷在国际市场中竞争。这段时间，菲亚特公司也将美国德尔福公司生产的电控助力转向系统装配在一种经济型轿车在欧洲市场发行。随后，许多国外大型汽车公司和机构参与了电动助力转向系统研究和开发工作。在那个时候美国德国日本三个国家相应的大型汽车公司都研发出先进的速度感应式助力转向系统。经过30年的发展，电动助力转向系统技术已经变得越来越成熟，发展方向也从最初的小型汽车发展到各种车型。
到2002年才有国内企业进行研究和开发,现在知道有十几家科研机构正在开发,如清华大学，吉林大学等等一些国内知名大学[3],还有很多转向机构企业和相关产品企业也在发展中。从市场的角度看，国内已经配备了EPS产品，主要为1.3L1.6L型汽车。如奇瑞北斗星等等公司都开发出配有速度感应式助力转向系统的车型。但是,由于国内汽车制造水平有限和专利技术的缺乏，国外EPS的匹配和国内汽车和实用性仍然有问题,到目前为止还没有匹配的国产汽车,自主知识产权的EPS,直到最近几年开展EPS技术研究,获得技术信息少,还在技术研究阶段。
首先，EPS的应用范围将进一步扩大，将作为汽车转向的标准部件，并将主导助力转向领域。目前,世界上在汽车行业,电动转向系统以9%10%的年增长率增长,每年增长130万至150万台,根据发展的速度,没有几年时间,速度感应式助力转向系统将会成为汽车标配并且很常见,并且全方位的扩展各种车型。
虽然EPS已经达到一开始的设计想法，但仍存在一些亟待解决的问题，例如如何提高现阶段EPS系统性能的可靠性和降低生产成本。其中，进一步提高电机的性能是下一步的主要方向之一。电机性能的好坏直接与速度感应式转向系统挂钩，会影响到转向的助力性能，方向盘的转向性能以及系统对路面的感觉。一般而言，速度感应式助力转向电控系统技术发展的未来方向主要是增强控制系统的性能，这样转向才能跟可靠，降低控制系统的制造成本。我们现在需要把EPS系统里面的控制部分做好才能更上一层楼，为以后的高端汽车产品做好铺垫。未来的时间段内,速度感应式助力转向系统不再仅仅依靠车速信号，转矩信号，方向盘转角信号来控制助力转向了,还要增加一些多重信号一起处理比如转向的速度及加速度,前轴的重力等等与前面的基本信号共同处理得到最佳的助力转向和舒适度。这之后发展里面会由单一电动助力转向发展为四个车轮主动转向的技术跨越,通过先进的汽车电子控制系统和电路电线共同运行汽车的转向。随着汽车制造水平和电控系统技术的发展，速度感应式转向系统已不先进，将会使用更加先进的线控技术作为转向系统的核心内容。
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