1、洛阳理工学院毕业设计（论文）I洛阳理工学院毕业设计（论文）电动助力转向系统的研究与设计洛阳理工学院毕业设计（论文）II摘 要电动助力转向系统(Electric Power Steering System，简称 EPS)，是汽车工程领域的热门课题之一。本文在研究了电动助力转向系统工作原理的基础上，设计开发了 EPS 的电子控制单元 ECU (Electronic Control Unit)的硬件电路和相应的控制软件框图。本文详细分析了电动助力转向系统电子控制单元的功能，研究开发了以89c52 单片机为微处理器的电子控制单元。控制单元具有实时数据信号采集和系统控制功能，根据采集的数据信号，确定电动
2、机输出的目标电流，利用 PWM 脉宽调制技术，通过 H 桥式电路控制电动机的输出电流和转动方向，实现助力转向功能。在研制了实验用 ECU 装置后，开发了相应的控制软件。控制软件分为控制策略的实现和数据信号采集与分析两部分。整个软件系统采用了模块化的设计思想。在数据信号采集与控制部分，设计了系统主程序、A/D 采集程序、车速信号采集程序和 PWM 控制程序。本文所设计的 EPS 电子控制单元性能稳定，结构合理，与整车匹配性能好，可保证 EPS 实现良好的转向助力效果。关键词：电动助力转向 电子控制单元 单片机 控制策略洛阳理工学院毕业设计（论文）IElectronic power steerin
3、g system Research and DesignABSTRACTElectric Power Steering System (EPS) is one of the focuses research in automotive engineering. This paper is based on the principles of EPS to study the operation, designed and developed the Electronic Control Unit (ECU) and the soft ware diagram of the ECU.The th
4、esis Considers the functions of the electronic control unit of EPS, studied and developed the hardware that adopted 89c51 as its microprocessor. The control unit was able to realize real-time data/signal acquisition and system control. The target current of motor output could be determined by the ob
5、tained data; and utilizing the Pulse-Width Modulation (PWM) technology, power could be provided to the steering system by controlling the output current and rotation direction through H-bridge circuit.The software program, which was divided into the realization of control strategy and the acquisitio
6、n 在使用转向情况下，燃油消耗降低了5.5% 。 13.增强了转向跟随性。在 EPS 中，电动机与助力机构直接相连以使其能量直洛阳理工学院毕业设计（论文）3接用于车轮的转向。这样增加了系统的转动惯量，电机部分的阻尼也使得车轮的反转和转向前轮摆振大大减小。因此转向系统的抗扰动能力大大增强。和 HPS 相比，旋转力矩产生于电机，没有液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。4.该系统由电动机直接提供转向助力，在停车时，也可获得最大的转向动力。同时省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、密封件、传送带和装于发动机上的皮带轮等，其零件比 HPS 大大减少，因而其质
7、量更轻、结构更紧凑，在安装位置的选择方面也更容易，装配自动化程度更高，维修更简单。5.EPS 没有液压回路，不存在渗油的问题，减少了对环境的污染。同时由于液压油在低温时的粘度很大，存在低温时必须有个加温的过程，而 EPS 可以在零下 40很好的工作，基本上不存在受温度影响的问题。6.在未来 10-15 年推出的纯电动汽车或者燃料电池汽车等汽车上由于没有的传统意义上的内燃机，因此必须考虑安装 EPS。7.电动转向还可有各种安全保护措施和故障自诊断功能。使用可靠，维修方便。由此可见，EPS 和 HPS 相比，是一项紧扣现代汽车时代发展主题的高新技术，必将逐步取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统
8、和电控液压助力转向系统。1.2 电动助力转向系统国内外的研究现状国外从 1979 年就开始研究电动式电子控制动力转向系统，1988 年日本铃木洛阳理工学院毕业设计（论文）4公司首先在其 CER 车上装备了电动式 EPS。同年，美国通用公司也在某些型号的汽车上装备了电动式 EPS。1993 年，本田汽车公司首次将电动助力转向系统装备于大批量生产的、在国际市场上同法拉利和波尔舍竞争的爱克 NSX 跑车上;同年，在欧洲市场销售的一种经济型轿车-菲亚特帮托也将美国德尔福公司生产的电控助力转向系统作为标准装备。随后，国外很多公司和机构介入了电动式 EPS 的研究和开发工作。美国的 TRW 公司，日本的三
9、菱公司、KOYO 公司，德国的 ZF公司都相继研制出了电动式 EPS。经过三十年来的发展， EPS 技术已日趋完善，其应用范围正从最初的微型轿车向普通轿车和商用客车方向发展。EPS 产品在 2002 年才有国内企业进行研制开发，目前已经知道的有 10 多家科研院校正在研制中，如清华大学、吉林大学、江苏大学、天津大学、合肥工业大学等，另外还有 10 多家转向企业和 10 多家配套企业也在研制中。从市场应用来看，国内已装有 EPS 产品的汽车主要为 1.3L-1.6L 的轿车 (主要是电动机的功率所致)。如重庆长安的奥拓、安徽的奇瑞、南京菲亚特、广州本田飞度、昌河北斗星等。但是，由于国产汽车各车型
10、技术的实际情况以及使用条件的特殊性，国外的 EPS 与国产汽车的匹配以及实用性还存在问题，至今还没有与国产汽车相协调匹配的、且具有自主知识产权的 EPS，仅仅在近几年才开展 EPS 的技术研究，可获得的技术资料较少，目前尚处于技术攻关阶段。1.3 EPS 的发展趋势和急待解决的核心技术首先，EPS 的应用范围将会进一步拓宽，将作为标准件装备在汽车上，并将洛阳理工学院毕业设计（论文）5在动力转向领域占据主导地位。目前，在全世界汽车行业中，电动转向系统每年正以 9%-10%的增长速度发展，年增长量达 130 万至 150 万套，按此速度发展，用不了几年的时间，电动转向将会完全占领轿车市场，并向微型
11、车、轻型车和中型车扩展。尽管 EPS 已达到了其最初的设计目的，但仍然存在一些问题急待解决，比如提高现有应用的 EPS 系统性能的可靠性、降低生产成本等。其中，进一步改善电动机的性能是下一步努力的一个主要方向。电动机本身的性能及其与电动助力转向系统的匹配都将影响到转向操纵力、转向、路感等问题。概括地说，今后电动助力转向技术的发展方向主要为:改进控制系统的性能、提高系统可靠性和降低控制系统的制造成本。只有进一步改进控制系统的性能，才能满足更高档车的使用要求。另外，EPS 的控制信号将不再仅仅依靠车速、扭矩和方向盘转角，还包括转向速度、横向加速度、前轴重力等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制，以获得更好的转向和路感。未来的 EPS 将向电子四轮转向的方向发展，并与通过总线技术电子悬架、发动机电子控制等一起统一协调控制汽车的运动。随着电子技术的发展，今后有可能取消转向系统的机械部分而采用所谓的线控转向系统。这将是 EPS 的未来 10 年的发展方向。对于我国来说，由于在这方面和国外的差距很大，所以在今后相当长的一段时间内，仍须集中精力解决传感器、电机、和电子控制器方面的研究工作。1.4 本课题研究的目的与意义汽车电子动力转向系统一直存在着“轻”与“灵”的矛盾，即汽车低速时
