汽车电动助力转向系统的研究与开发研究

方淑娟

摘 要：关于电动助力转向系统方面的研究还尚处于初级阶段，要想充分发挥出这一机电一体化系统的优势作用，则首先需要实现这一系统的完善设计与开发。对汽车电动助力转向系统的研究与开发问题进行了分析，并提出了相应的设计与开发思路。

关键词：汽车电子化；电动助力转向系统；传感器；驱动电路

中图分类号：U463.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.122

随着科学技术的不断发展，汽车技术领域实现了进一步的创新，而汽车电子化则成为汽车技术当前主要发展方向。其中，电动助力转向系统（EPS）的诞生与在汽车中的应用，能够借助这一全新动力转向系统来提升汽车操纵的轻便性与稳定性，解决了传统液压动力转向系统所存在的不足。与以往所采用的液压转向系统相比较而言，采用EPS能够借助电动机直接将助力提供给驾驶员，而处于非转向状态下所产生的消耗几乎为零，进而节省了燃油，同时装配应用简单、方便。但基于目前尚未针对EPS建立标准的模型，本文就此展开研究。

1 EPS所呈现出的优势特点

EPS所呈现出的优势特点主要表现在以下几方面：①操纵性能得到了优化。EPS能够借助电动机直接提供转向助力，且能够对这一转向力进行个性化设置。在实际操纵汽车的过程中，通过助力的有效提供来提高操作的主动性、安全性和稳定性，且确保在停车时提供最大的转向力，在低速时保证了转向的轻便性。②降低燃油，减少污染。与传统的液压动力转向系统相比而言，EPS的另一大优势在于只有在操作时才会产生能耗，通过按需提供动力的方式来节省汽车燃油，同时有了该系统，并不需要液压回路系统，因此就规避了漏油的问题，在最大程度上降低汽车能耗的同时减少了环境污染。③转向的跟随性提升，且更加安全、可靠。应用EPS后，转动惯量增加，同时也不存在转向迟滞问题，汽车在转向过程中前轮摆振大幅度降低，加上该系统具备故障自诊功能及保护功能，所以在提升跟随性的同时，为进一步保障行车转向的安全性和可靠性奠定了基础。④结构简单且质量轻，易于安装使用。应用该系统后，整个系统的构件被大大简化，质量随之降低，便于安装，且因该系统的自动化程度较高，所以使用方便，并且维修难度也大大降低。

2 EPS的结构与原理

EPS的基本工作原理为：当系统接收到汽车打火信号后，在确定信号有效性的基础上，转向轴启动，相应的扭矩传感器实现信号的输出，而控制单元接收到这一信号后，基于扭矩转角信号及车速信号等进行计算，进而明确助力电机的运转方向，同时定位相应的电流量。在此基础上，发挥了助力转向控制功能。

3 EPS的设计与开发

3.1 EPS控制器的设计

3.1.1 转矩信号采集电路的设计

输入相应信号幅值0～0.5 V，基于S3S44BOX的A/D转换器，相应的电压输入范围在0～2.5 V。在处理这一信号的过程中，要在采用滤波处理技术的基础上实现分压处理。在研究的过程中，样本的滤波电路采用的是二阶低通有源滤波电路。在设计的过程中，以阻值相同的R1与R2对输入信号进行分压处理。此时，相应的幅值发生了改变，为原先的1/2.在此基础上，将R1与C1组合，将R2与C2组合，形成2个一阶低通滤波。在运行过程中，一阶低通滤波则充当一个电压跟随器来有效发挥其作用。

3.1.2 电流信号采集电路的设计

所使用的传感器为霍尔电流传感器，其输出电流信号在0～50 mA自检，而应用EPS需要将电流信号转换为电压信号，因此要在传感器输出端引脚上将100 Ω的电阻接入，进而在获得电压信号后，经由滤波电路输送，由相应的ARM芯片A/D端口接收。

3.1.3 车速信号采集电路的设计

在实际设计的过程中，以脉冲信号模拟车速信号，将这一信号输入到单片机中。而单片机本身在信号处理的过程中，其相应的电压为2.5 V，所以需要针对信号的电平匹配设计。一般设计一个钳位分压电路即可，而为了提升这一电路的安全性和可靠性，相比而言，采用光电耦合器更为合理，且设计简单、方便。

3.1.4 电机驱动控制系统的设计

在设计的过程中，选用OR2110来实现驱动电路的搭建，而一般需要2个IR2110来实现驱动，且不需要进行隔离设计，因此整个电路相对简单。同时，因其自身无法产生负偏压，需要将负偏压电路接入，并为了实现其保护功能的发挥，则需要进行接地处理。

3.2 系统软件的具体设计与开发

3.2.1 A/D转换程序的设计

该单元软件主要承担的功能为信号采集、电压与电流监测等。在设计时，要基于转换前进行初始化设置，然后针对其采样与转换功能需求，先设置相应的数据与控制寄存器，并基于后者进行上下输入通道的设计。

3.2.2 PWM控制程序的设计

ARM单片机能够对PWM波形进行控制，而这一控制程序的实现需要基于EPS模型进行计算，以明确控制电机转速的目标电压值。输出的波形信号能够实现对功率驱动电路的控制，进而促使电动机转速能够得到有效控制。这样才能够使得助力转向电动机提供相应的助力。

4 总结

综上，基于EPS，为了充分发挥这一系统在汽车转向中的助力作用，并提升汽车操作的轻便性与安全性，实现节油环保的目标，就需要实现EPS的完善设计与开发。基于EPS的结构与工作原理，需要实现控制器与软件这两大部分的全面设计，进而才能够确保该系统优势功能够在实际应用中得到充分发挥。

参考文献

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[3]刘敏，臧怀泉，田超，等.汽车电动助力转向系统的开发与设计[J].电子测试，2008（05）：71-74.

〔编辑：刘晓芳〕