摘 要

　　电动助力转向系统，，前轴负荷较小的向、商用客车、货车方向发展。、、。

　　，仍(包括 ECHPS、EHPS)为主。线控转向系统由于成本高以及现有法规限制等原因，在近期很难在车辆上装配。这也就意味着汽车电动转向系统在很长一段时间内仍无法得到广泛推广。因此开发更稳定更易于量产的eps系统已成为当代汽车技术的研究热点之一。

　　本文首先通过对国内外汽车电动助力转向系统进行了研究与分析，介绍了本系统的各部分组成及工作原理，并根据系统运行要求及现阶段工业设计的常规参数设定对单片机、助力电机、电磁离合器等关键部件进行选型，然后用绘制出系统的电路原理图。再给出系统各功能模块的设计流程图和实现算法，并在Keil编译环境中完成各功能模块的源代码编写。最后，通过仿真软件Proteus进行进行协同仿真，验证本设计方案的可行性。

关键词：单片机；电动助力转向系统；电子控制单元

Abstract

After nearly 20 years of development，The technology of electric power steering system is becoming more and more mature.Its application range expands from the initial smaller front axle load steering power type EPS minicar to the large front axle load larger cars, commercial buses, trucks.EPS system’s power form also changed from low speed, steering column dynamical model to the type of full speed, rack assist.

Due to reasons such as technology, manufacturing and maintenance cost, the automobile steering system still is given priority to with hydraulic power of HPS.Wire control steering system is difficult to assembly on the vehicle in the near future, because of the high cost and the limite of the existing laws and regulations.It means that the auto electric steering system will be not widely promoted in a very long period of time. Therefore developing more stable and easier production eps system has becoming one of the highlights research in the modern automobile technology.

This article firstly reviewed and analysised the auto electric power steering system at home and abroad, this paper also introduces the parts of the composition and working principle of this system and the operation of the system requirements。According to the present stage industrial design of conventional parameter ，we choose the MCU, power motor, electromagnetic clutch, such as selection of key parts, and then use it to map the circuit principle diagram of the system.And then we design the flow chart of system of each function module and implementation algorithm, complete source code of the function modules in the Keil compiler environment.Finally, we validated the feasibility of this design scheme,through the Proteus simulation software collaborative simulation.

Key Words：Singlechip;Electric Power Steering;Electronic Control Unit

目 录

第1章 绪 论 1

1.1 电动助力转向系统国内外发展概况 1

1.2 本课题研究的目的和意义 3

1.3 本课题研究的主要内容 3

第2章 EPS控制器的设计方案 4

2.1 汽车电动助力转向的系统组成结构 4

2.2 EPS的关键部件 5

2.2.1 扭矩传感器 5

2.2.2 电动机 5

2.2.3 电磁离合器 6

2.2.4 减速机构 7

2.3 EPS的控制策略 7

2.3.1 助力控制 7

2.3.2 回正控制 8

2.3.3 阻尼控制 8

第3章 EPS控制器的硬件设计 9

3.1 控制器的结构和原理 9

3.2 单片机的选择 9

3.3车速信号处理电路 11

3.4扭矩信号处理电路 11

3.5 电源电路 12

3.6 电磁离合器控制电路 12

3.7 电机驱动电路 13

3.8 电机电流信号采集电路 14

3.9 控制系统硬件电路总图 15

第4章 EPS系统软件设计 16

4.1 KEILC51软件介绍 16

4.2 EPS控制软件流程 16

4.2.1 助力电机的PWM控制 18

4.2.2 中断服务子程序 19

4.3 助力电机助力模式判别 20

4.4 程序软件调试 21

第5章 仿真调试 22

5.1 proteus软件介绍 22

5.2 proteus仿真图 23

致 谢 26

绪 论

1.1 电动助力转向系统国内外发展概况

汽车转向系统转向系统是用于改变或一系列的设备保持汽车或相反的方向。汽车转向系统的功能的方向想控制的运动汽车司机。汽车转向系统对汽车行车安全至关重要,因此汽车转向系统的部分被称为安全。汽车转向系统和制动系统的安全必须重视两个系统。

汽车动力转向,反过来,经历了机械转向系统、液压转向系统、电控液压转向系统,如舞台,国际有一些大的汽车公司探索研发新一代电动转向的影响线制。在国外大汽车公司在汽车电动助力转向系统(电动助力转向(EPS、电动辅助转向(EAS)研究有20多年的历史。近年来与成熟,电子控制技术和更低的成本,EPS越来越受到人们的关注,和传统动力转向系统以其无可比拟的优势,迅速向应用领域,部分取代了传统液压动力转向系统(液压动力转向,HPS)。

图1.1 电动助力转向系统示意图

如图1.1,每股收益主要由扭矩传感器、速度传感器、电机、减速机构和电子控制单元(ECU),等等:与转向轴扭矩传感器(小齿轮轴)连接在一起,当转向轴旋转,扭矩传感器开始工作,输入轴和输出轴的相对旋转角位移扭力杆的作用下变成电信号ECU,ECU根据速度传感器和扭矩传感器信号确定电动机的旋转方向和强电流的大小,并完成实时控制动力转向。所以它可以很容易地实现车速不提供不同的电机功率的影响,同时保证汽车轻便灵活,在低速到高速开车旅行时是稳定的和可靠的。

自1953年美国通用汽车别克上使用液压动力转向系统,汽车HPS带来了巨大的变化,几十年的技术创新,使液压动力转向技术的发展异常迅速,电子控制液压动力转向系统(电动液压动力转向,EHPS)。1988年2月,日本铃木公司首次Cervo EPSTM汽车设备,然后应用于Alto汽车,本田汽车(Honda motor co .)在1993年的爱g NSX等车型的底盘车装有EPS,取得了良好的市场效果;1999年,梅赛德斯-奔驰(mercedes - benz)和西门子公司开始花大笔钱来开发EPS。在1990年代初,在日本,本田、三菱、德尔福汽车公司在美国,德国政府和其他公司已经推出了自己的EPS,TRW公司EHPS推出后迅速推出了一个相对成熟的技术与EPSTM EPS和转向柱电力传输类型,和组装在福特嘉年华和马自达323 f汽车,因为EPS技术得到了快速发展。

近年来,跟上这一趋势发展的汽车节能、环保、电动助力转向系统的开发更快速,应用的范围越来越广泛,从最初的小型汽车,大型商用客车和发展的方向。EPS的援助模式从低转速范围也协助协助开发全速范围内,并进一步加强其控制形式和功能。日本早期的每股收益只有在低速启动和停车,高速每股收益将停止工作。新一代的每股收益不仅是提供电力在低速度和停车,也可以提高车辆在高速操纵稳定性。设备如铃木公司EPS Wargon R 是一个负载-道路的速度感应式动力转向系统。

近年来国内的研究EPS,有吉林大学、清华大学、华中科技大学、合肥工业大学、江苏大学、湖北汽车工业学院南株洲电力,荆州恒隆公司,株洲丽达,和一些大学和企业润福林国家正在从事的研究和开发。

从2009年到2014年,全国EPS收益率呈现上升趋势电动助力转向系统。2009年,中国228万年EPS生产单位在2010年,中国生产的EPS 320万套,同比增长40.35%,2011年中国的EPS产量415万套,较去年同期增长了29.69%。2012年,中国EPS产量540万套,同比2013年增长30.12%,中国的EPS产量735万台,同比增长36.11%,2014年中国的EPS产量920万套,较去年同期增长了25.17%。。

　　汽车转向系统发展方向的每股收益将得到快速发展,市场需求将逐年增加。目前,中国的汽车保有量超过1.45亿,汽车越来越多的进入人们的生活。随着生活水平的提高,司机车辆转向稳定性和驾驶舒适性提出了更高的要求,用户要求这两个点直接反映在改善指导经验。日常使用的汽车,司机想要车跟随意愿,缓解疲劳强度和范围得到一个清晰的道路全速反馈

1.2 本课题研究的目的和意义

　　电动助力转向系统经过近20年的发展,技术的日益成熟,其应用范围从最初的小型指导发电类型EPS迷你汽车前轴负荷大量前轴负荷更大的汽车、商用客车,卡车,方向。EPS系统电源形式也由低速,转向柱全速发展动力模型,协助。

　　由于技术等原因,制造和维护成本,目前的汽车液压动力转向系统HPS(echp EHPS)。线控制转向系统由于高成本限制等原因,现有的法律法规,很难装配在汽车在不久的将来。这意味着汽车电动转向系统在很长一段时间没有被广泛。所以一个更稳定的发展,更容易生产eps系统已经成为现代汽车技术的研究热点。

1.3 本课题研究的主要内容

　　 PS系统是一个机电一体化系统,在中国有越来越多的研究,就目前情况来看,在我国及国际研究EPS技术有相当大的差距。EPS系统的研究是一个非常有意义的工作,因为汽车动力转向系统的未来市场潜力巨大。自加入世贸组织以来,由于关税下降,一些外国公司生产汽车先后踏上中国巨大的汽车市场,然而,国内生产企业和外国企业有一定的距离,不仅是中国汽车的发展晚,规模不大,关键是落后的技术。EPS系统研究和发展我国汽车行业的竞争力也具有重要意义,必须加快国内汽车零部件的发展,所以对EPS系统的研究。这个设计的基础上,研究汽车电动助力转向系统,EPS系统关键技术,确定了相关原则,结合以往的设计经验,使自己的基于51单片机的汽车电动助力转向系统的设计。

　　a、主要是通过国内外文献的研究,和动力转向系统的发展趋势进行了分析,并强调EPS系统的发展现状和EPS系统的关键技术。

　　b、EPS系统的工作原理和结构作了详细阐述,并介绍了EPS系统的主要部分,并根据每一个零部件的工作原理和功能选择的适合特定类型的组件。

c、理论研究电力系统的动态特性,利用智能模糊控制技术,设计控制EPS系统的一部分。的重要性,详细介绍了EPS系统的动态特性,并选择合理的动态特性曲线。