汽車電子電氣第章汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

第十章汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1.概述2.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理3.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡(jiǎn)單模型與運(yùn)動(dòng)特性4.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的控制方法5.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)例和檢修6.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能臺(tái)架試驗(yàn)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能很好的解決轉(zhuǎn)向時(shí)“輕”與“靈”的矛盾。即高的轉(zhuǎn)向靈敏性和好的操縱輕便性不可兼得。為解決這一矛盾，除采取盡量減輕自重、選擇最佳軸荷分配、提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)效率、減小主銷后傾角、選擇最佳轉(zhuǎn)向器速比曲線等措施外，通常都采用助力轉(zhuǎn)向方式。1.助力轉(zhuǎn)向的產(chǎn)生背景一.概述2.助力轉(zhuǎn)向的概念

助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)通過液壓泵產(chǎn)生的液體壓力或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。是一種以駕駛員操縱方向盤（轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角）為輸入信號(hào)，以轉(zhuǎn)向車輪的角位移為輸出信號(hào)的伺服機(jī)構(gòu)。3.助力轉(zhuǎn)向雙動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)圖1

助力轉(zhuǎn)向雙動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)4.助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型ü電子控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）ü傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）ü電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）5.對(duì)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到如下要求：（1）能有效減小操縱力，特別是停車轉(zhuǎn)向操縱力。而行車轉(zhuǎn)向的操縱力應(yīng)不大于250N。（2）轉(zhuǎn)向靈敏性好。助力轉(zhuǎn)向的靈敏度是指在轉(zhuǎn)向器操縱下，轉(zhuǎn)向助力器產(chǎn)生助力作用的快慢程度。助力作用快，轉(zhuǎn)向就靈敏。（3）具有直線行駛的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)向盤應(yīng)可自動(dòng)回正；駕駛員應(yīng)有良好的“路感”。（4）要有隨動(dòng)作用。轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角保持一定的關(guān)系，并能使轉(zhuǎn)向車輪保持在任意偏轉(zhuǎn)角位置上。（5）工作可靠。當(dāng)助力轉(zhuǎn)向失效或發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)能保證通過人力進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱。6.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）EPS是利用電動(dòng)機(jī)作為助力源，根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向參數(shù)等，由電子控制單元（ECU）完成助力控制。圖2

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1－轉(zhuǎn)向盤

2－轉(zhuǎn)向軸

3－電動(dòng)機(jī)

4－離合器

5－齒條6－小齒輪

7－橫拉桿

8－輸出軸

9－減速機(jī)構(gòu)

10－轉(zhuǎn)矩傳感器電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）助力性能優(yōu)（2）效率高（3）耗能少（4）“路感”好（5）回正性好（6）對(duì)環(huán)境污染少（7）可以獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作（8）應(yīng)用范圍廣（9）裝配性好易于布置圖3

轉(zhuǎn)矩傳感器基本原理圖角，從而便可以知道轉(zhuǎn)向盤桿的轉(zhuǎn)矩。二.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理2.1

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(1)轉(zhuǎn)矩傳感器：

矩傳感器用于檢測(cè)作用于轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的大小與方向。扭桿式電位計(jì)轉(zhuǎn)矩傳感器基本原理

在線圈的U、T兩端施加連續(xù)的脈沖電壓信號(hào)

Ui，當(dāng)轉(zhuǎn)向桿上的轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，在V、W兩端的

電位差Uo＝0。如果轉(zhuǎn)向桿上存在轉(zhuǎn)矩時(shí)，定子

與轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)角不為零，此時(shí)轉(zhuǎn)子與定子間

產(chǎn)生角位移θ。各個(gè)極靴的磁通產(chǎn)生差別，電

橋失去平衡，在V、W之間出現(xiàn)電位差。這個(gè)電

位差與桿的扭轉(zhuǎn)角θ和輸入電壓Ui成比例。若

比例系數(shù)為k則有

Uo

=

kUiθ

由V、W兩端的電位差Uo就可以知道轉(zhuǎn)向盤桿的扭轉(zhuǎn)(2)車速傳感器:車速傳感器常采用電磁感應(yīng)式傳感器，安裝在變速箱上。該傳感器根據(jù)車速的變化，把主副兩個(gè)系統(tǒng)的脈沖信號(hào)傳送給ECU，由于是兩個(gè)系統(tǒng)，因此信號(hào)的可靠性提高了。(3)電動(dòng)機(jī):

EPS的動(dòng)力源是電動(dòng)機(jī)，通常采用無刷永磁式直流電動(dòng)機(jī)，其功能是根據(jù)ECU的指令產(chǎn)生相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)向助力用的電動(dòng)機(jī)需要正反轉(zhuǎn)控制。一種比較簡(jiǎn)單適用的轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路如圖4所示。a1端得到輸入信號(hào)時(shí)電動(dòng)機(jī)控制三極管基極電流

有電流通過而正轉(zhuǎn)

信號(hào)觸發(fā)端

a2端得到輸入信號(hào)時(shí)電動(dòng)機(jī)

有電流通過而反轉(zhuǎn)圖4

電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路(4)離合器：離合器采用干式電磁式離合器，其功能是保證EPS在預(yù)先設(shè)定的車速范圍內(nèi)閉合。當(dāng)車速超出設(shè)定車速范圍時(shí)，離合器斷開，電動(dòng)機(jī)不再提供助力，轉(zhuǎn)入手動(dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)。另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，離合器將自動(dòng)斷開。圖5

電磁離合器工作原理圖1－滑環(huán)

2－線圈

3－壓板

4－花鍵5－從動(dòng)軸

6－主動(dòng)輪

7－滾珠軸承工作原理:當(dāng)電流通過滑環(huán)進(jìn)入離合器線圈時(shí)，主動(dòng)輪產(chǎn)生電磁吸力，帶花鍵的壓板被吸引與主動(dòng)輪壓緊，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)過電機(jī)軸、主動(dòng)輪、壓板、花鍵、從動(dòng)軸傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(5)

減速機(jī)構(gòu):減速機(jī)構(gòu)是用來增大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。(6)

電子控制單元（ECU）：EPS的電子控制單元通常是一個(gè)8位單片機(jī)系統(tǒng)，是由一個(gè)8位單片機(jī)，另加一個(gè)256字節(jié)的RAM、4KRAM及一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器組成。其工作過程是當(dāng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車速信號(hào)輸入單片機(jī)后，單片機(jī)根據(jù)這些信號(hào)計(jì)算出最優(yōu)化助力轉(zhuǎn)矩，然后輸出此值給D/A轉(zhuǎn)換器，輸出電流指令信號(hào)給電機(jī)控制電路，由控制電路以決定電動(dòng)機(jī)作用的大小和方向。

ECU還具有安全保護(hù)和故障診斷功能。如圖2所示，不轉(zhuǎn)向時(shí)，助力電動(dòng)機(jī)不工作；

當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與轉(zhuǎn)向軸相連的轉(zhuǎn)矩傳感器不斷地測(cè)出作用于轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩，并由此產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)；同時(shí)，由車速傳感器測(cè)出的汽車車速，也產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)。這兩路信號(hào)均被傳輸?shù)诫娮涌刂茊卧‥CU），經(jīng)過其運(yùn)算處理后，由ECU向電動(dòng)機(jī)和離合器發(fā)出控制指令，即向其輸出一個(gè)適合的電流，在離合器結(jié)合的同時(shí)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩經(jīng)與電動(dòng)機(jī)連在一起的離合器、減速機(jī)構(gòu)減速增矩后，施加在輸出軸上，輸出軸的下端與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器總成中的小齒輪相連，于是由電動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩最后通過齒輪齒條轉(zhuǎn)向器施加到汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力。2.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理轉(zhuǎn)向軸：：Jsθ&=M?Ksθ?x?bθrsθs??bx&?FTR+θm?(2)電動(dòng)機(jī)：：Jmθ&&m=Mm?Kmθm???bmθ&m圖6電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)模模型型dsssGxrsGKmrsxrsKsrsGxrs齒條條軸軸：m&x&=三.電電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)的的簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單模模型型與與運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)特特性性3.1電電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)模模型型的的建建立立依據(jù)據(jù)牛牛頓頓運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)定定理理，，系系統(tǒng)統(tǒng)的的運(yùn)動(dòng)方程程為(1)(3)Mm=KaKsθs?式中Mm為電動(dòng)動(dòng)機(jī)的電電磁轉(zhuǎn)矩矩，其值值決定于于電動(dòng)機(jī)的的給定電電流大小小。在本系系統(tǒng)的計(jì)計(jì)算中，Mm值由由轉(zhuǎn)矩傳傳感器給給出，可可表示如如下：a≤Kamax)(0≤KxrsKa——轉(zhuǎn)向向助力增增益。Ka值定義了了轉(zhuǎn)向路路感，合合理選擇擇Ka可可得到不不同的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向路感感。(4)FTR=Kκx+FrKκ——彈性性系數(shù)；；Fr——路面面對(duì)輪胎胎產(chǎn)生的的隨機(jī)擾擾動(dòng)。在實(shí)際計(jì)計(jì)算中，，F(xiàn)r作作為一隨隨機(jī)信號(hào)號(hào)加人到到系統(tǒng)中中，使計(jì)計(jì)算更接接近于實(shí)實(shí)際情況況。(2)助力轉(zhuǎn)矩矩Ma分析Ma與車速和和轉(zhuǎn)向盤盤的輸入入轉(zhuǎn)矩有有關(guān)：Ma=f(Md,v)式中Md——轉(zhuǎn)向向盤轉(zhuǎn)矩矩；v——汽車速度度。在不同汽汽車速度度下，Ma－Md為一一族非線線性曲線線，該族族曲線表表征了電電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的助力特性性。(5)(6)3.2電電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)特性性分析(1)轉(zhuǎn)向阻力力FTR的簡(jiǎn)化θm?(0≤v≤v)在實(shí)際控控制系統(tǒng)統(tǒng)中，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向助力力Ma如下式所所示。GxrsMa=GKmθm、x在實(shí)際的的應(yīng)用中中不易測(cè)測(cè)得，其其值最終終決定于于Md，而Md則可由由轉(zhuǎn)矩傳傳感器測(cè)測(cè)得。該族非線線性的助助力曲線線由不同同的助力力增益Ka決定。由由于不同同車型的的參數(shù)不不同，在在不同車車速下所需要要提供的助助力值大小小不同。依依據(jù)對(duì)已有有實(shí)車參數(shù)數(shù)的擬合，，提出了Ka與車速v的關(guān)系表示如下下maxKa=te?kvt、k———為系數(shù)，，根據(jù)不同同車型以及及不同電動(dòng)動(dòng)助力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)取不不同的值。。(7)(8)Ka隨車速v的增大而成成指數(shù)減小小。增大Ka，相應(yīng)地地增加了電電機(jī)提供的的轉(zhuǎn)向助力。因此，，Ka描述了駕駕駛員的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向路感。。由于不同類類型的汽車車的轉(zhuǎn)向路路感不同，，所以式中的的函數(shù)關(guān)系系應(yīng)當(dāng)根據(jù)據(jù)不同車型型具體確定定。3.3Ka值分析Ka值的選取取必須滿足足式（4））中規(guī)定的的條件。如如果該值過過大，易引引起系統(tǒng)的的不穩(wěn)定。對(duì)式（l））～式（3）及式（（5）進(jìn)行行拉普拉斯斯變換后，，得到以下下傳遞函數(shù)數(shù)：=Hc(s)=dκdmrs2+GKm(KaKs?GKm)Ac(s)rs2θsTd(9)dκ(s)=ms+bκs+該傳遞函數(shù)數(shù)Hc定義了轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)的跟跟隨性能。。通過對(duì)多多項(xiàng)式Ac（s）的分析，，可得系統(tǒng)穩(wěn)定定的條件：：的所有根根的實(shí)部為為負(fù)。GKaKsKmrs2dsG2Km2rs2dmKs2rs2?D(s)=dmdsdm?ds(s)=Jss2+bss+Ksdm(s)=Jms2+bms+Km+KκKs+GKmrs22式中：Ac(s)=D(s)+(ds?Ks)GJsbmKmmbsrs2(JsKm?JmKs)+KaKs<GKm+2GKmJs2(Jsbm+Jmbs)Jm2bmKs22GKmKs≈Ka<Kmaxa由赫爾維茨茨穩(wěn)定判據(jù)據(jù)可知：ΔΔ3>0，Δ5>0。由這這兩個(gè)不等等式可得到到：式（10））中后兩項(xiàng)項(xiàng)含有小參參數(shù)Jm、、rs，所所以Ka可可表示為(10)(11)由此式可以以看出，助助力增益Ka的取值值只有滿足足式（11）時(shí)該系系統(tǒng)才能穩(wěn)穩(wěn)定工作。。3.4助力力特性圖分分析以裝有齒輪輪軸驅(qū)動(dòng)型型電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)的中型轎轎車為研究究對(duì)象。各各參數(shù)如表表1所示：：rsGKκi6.67mm18.3311764741.90表1輸入信號(hào)為為Md，輸出信信號(hào)為Ma。根據(jù)式式（1）～～式（5））及式（7）～式（（8），通通過對(duì)三自由由度動(dòng)態(tài)模模型仿真，，得到如圖圖7所示的的順時(shí)針轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向助力特特性圖，逆逆時(shí)針助力力特性圖與其左左右對(duì)稱。。圖7電動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助助力特性該助力特性性圖有如下下特點(diǎn)：（1）隨著著Ka值的不同同，得到不不同的助力力曲線Ma-Md。Ka值越大，，提供的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向助力相相應(yīng)增加，即隨著著車速的變變化，該系系統(tǒng)能夠提提供不同的的助力特性性。（2）在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩較較小的區(qū)域域，提供的的轉(zhuǎn)向助力力較小或?yàn)闉榱悖以谠诓煌囁偎贂r(shí)，提供供的助力時(shí)機(jī)不同，，這就保持持了較好的的轉(zhuǎn)向路感感；在常用用的快速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向行駛區(qū)區(qū)間，助力力效果明顯顯，轉(zhuǎn)向輕便，降降低了駕駛駛員勞動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度。（3）不同同車速時(shí)，，提供的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向助力增增益不同。。原地轉(zhuǎn)向向或車速較較低時(shí)轉(zhuǎn)向向助力增益益較大，轉(zhuǎn)向最輕便便。（4）當(dāng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩矩Md≥7（N.m）時(shí)時(shí)，助力力力矩Ma將保持不不變。這與與如圖10-9所示示的力矩傳感器輸出出特性有關(guān)關(guān)。當(dāng)其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角大于8°（Md＝7N.m）時(shí)，，輸出電壓壓不再發(fā)生生變化，相相應(yīng)助力轉(zhuǎn)矩Md也不會(huì)發(fā)發(fā)生變化。。這使得電電動(dòng)機(jī)電流流不致過大大而燒毀電電機(jī)。圖8轉(zhuǎn)矩傳感器器輸出特性性（5）改變變不同的電電動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的的參數(shù)，應(yīng)應(yīng)用該方法法，可得到到不同的助助力特性。。四.電動(dòng)助助力轉(zhuǎn)向的的控制方法法4.1電動(dòng)動(dòng)助力轉(zhuǎn)向向的控制原原理電子控制電電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的控制制系統(tǒng)如圖圖9所示。。該系統(tǒng)的的核心是一一個(gè)有4KBROM和256KBRAM的8位微機(jī)。。圖9電子控制電電動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的控制制系統(tǒng)4.2電動(dòng)動(dòng)助力轉(zhuǎn)向向的控制策策略EPS系統(tǒng)統(tǒng)可以對(duì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向過程中中的每個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)（轉(zhuǎn)向向、回正、中間間位置）進(jìn)進(jìn)行精確控控制，從而而提高汽車轉(zhuǎn)向助力力性能。微微機(jī)可以根根據(jù)各種傳傳感器的信信號(hào)，判斷斷轉(zhuǎn)向狀態(tài)態(tài)，選擇執(zhí)執(zhí)行不同控控制模式，，根據(jù)這些要求，制制定EPS的控制策策略?！镏刂浦刂剖鞘窃谵D(zhuǎn)向過過程（轉(zhuǎn)向向角增大））中為減輕輕轉(zhuǎn)向盤的的操縱力，，通過減速速機(jī)構(gòu)把電電機(jī)轉(zhuǎn)矩作作用到機(jī)械轉(zhuǎn)向系系（轉(zhuǎn)向軸軸、齒輪、、齒條）上上的一種基基本控制模模式。助力力控制的驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式為為（參見圖4電電動(dòng)機(jī)控制電路路圖）：使三極極管V1導(dǎo)導(dǎo)通，V2、V3管截截止，V4管斬波。。該控制利利用電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)機(jī)電流成比例的特特性，由轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩矩傳感器檢檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩矩信號(hào)和由由車速傳感感器檢測(cè)的的車速信號(hào)號(hào)輸入控制制器單片機(jī)中，根據(jù)據(jù)預(yù)制的不不同車速下下“轉(zhuǎn)矩－－電機(jī)助力力目標(biāo)電流流表”，確確定出電機(jī)機(jī)助力的目目標(biāo)電流，，通過對(duì)反反饋電流與電電機(jī)目標(biāo)電電流相比較較，利用PID調(diào)節(jié)節(jié)器進(jìn)行調(diào)調(diào)節(jié)，輸出出PWM信信號(hào)到驅(qū)動(dòng)動(dòng)回路以驅(qū)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)產(chǎn)生合適的助助力。★回正控制回正控制是是為改善轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向回正特特性的一種種控制模式式。回正控控制主要用用于低速行行駛，此時(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)控控制電路實(shí)行斷斷路，即四四個(gè)三極管管均處于截截止?fàn)顟B(tài)，，保持機(jī)械械系統(tǒng)原有有的回正特特性。對(duì)于于高速行駛駛，為防止轉(zhuǎn)向回正正超調(diào)，采采用阻尼控控制方式。?！镒枘峥刂谱枘峥刂剖鞘瞧囘\(yùn)行行時(shí)為提高高高速直線線行駛穩(wěn)定定性的一種種控制模式式。汽車高高速行駛時(shí)時(shí)，如果轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向過于靈敏敏，會(huì)影響響汽車的行行駛穩(wěn)定性性，為提高高直線行駛駛的穩(wěn)定性性，在死區(qū)區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)進(jìn)行阻尼控控制。電機(jī)理想模型的基本方程程為：diadtu(t)=Raia(t)+KEω(t)+La（11）式中u（t）、ia(t)—分別為電電機(jī)的端電電壓和電樞樞電流；ω（t）—電電機(jī)轉(zhuǎn)速；；Ra、La——分別為電機(jī)機(jī)等效內(nèi)阻阻和電感；；KE——電動(dòng)勢(shì)勢(shì)常數(shù)。EPS系統(tǒng)統(tǒng)中所用電電機(jī)的電樞樞電感很小小，產(chǎn)生的的感應(yīng)電動(dòng)動(dòng)勢(shì)可忽略略不計(jì)。若若將電機(jī)兩兩端短路，，則有?KEω(t)Raia(t)=因此，用一一定占空比比的PWM信號(hào)在電電動(dòng)機(jī)控制制電路內(nèi)部部使電機(jī)短短路，電機(jī)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生生的反電動(dòng)動(dòng)勢(shì)形成阻礙電電機(jī)繼續(xù)旋旋轉(zhuǎn)的阻尼尼轉(zhuǎn)矩，改改變占空比比，即改變變了阻尼轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的大小小。（12）4.3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的控制制邏輯圖10助力電動(dòng)機(jī)機(jī)控制邏輯輯4.4電動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的控制制流程圖11控制軟件流流程圖五.電動(dòng)助助力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)實(shí)例和和檢修5.1富士重工電電動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)核心是一個(gè)個(gè)有8k字字節(jié)ROM和256字節(jié)RAM的8位位單片機(jī)圖12控制系統(tǒng)的的電路框圖圖10位10位2)系統(tǒng)控制過過程系統(tǒng)控制過過程一般包包括助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩控制過過程和安全全功能有關(guān)關(guān)的控制過過程?？刂七^程是是：轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向向角信號(hào)經(jīng)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換換器后輸入計(jì)算算機(jī)，計(jì)算算機(jī)根據(jù)這這些信號(hào)和和車速計(jì)算出出最優(yōu)化的的助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。電子控控制器將將輸出的的數(shù)字量量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換換器轉(zhuǎn)換換為模擬量，再將其輸入電流控制制電路。電流控控制電路路把來自自計(jì)算機(jī)機(jī)的電流流指令值值同電機(jī)機(jī)電流實(shí)實(shí)際值進(jìn)進(jìn)行比較，并產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)差值信號(hào)號(hào)。該差值值信號(hào)被被送到電電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路，，便向電電動(dòng)機(jī)提提供控制制電流并并驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝裝置。3）控制制系統(tǒng)的的功能（1）控控制助力力轉(zhuǎn)矩的的功能圖13全電子控控制的助助力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)助助力轉(zhuǎn)矩矩特性曲曲線系統(tǒng)還可可根據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩矩變化率率、轉(zhuǎn)向向角速度度和轉(zhuǎn)向向角進(jìn)行行控制，，以改善善瞬態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向靈敏敏度.圖14控制功能能框圖該系統(tǒng)具具有回正正作用裝裝置，可可根據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角傳感感器輸入入的信號(hào)號(hào)，產(chǎn)生生回正作作用力，，使轉(zhuǎn)向向輪返回回到中間位置置。（2）自自診斷和和安全功功能當(dāng)出現(xiàn)任任何一種種故障時(shí)時(shí)，系統(tǒng)統(tǒng)均可顯顯示出相相應(yīng)的故故障代碼碼。系統(tǒng)統(tǒng)有30多種故故障檢查查項(xiàng)目，，如果同同時(shí)出現(xiàn)兩兩個(gè)或多多個(gè)故障障時(shí)，系系統(tǒng)可依依次顯示示其故障障代碼。。4.全電子控控制電動(dòng)動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)的特點(diǎn)點(diǎn)全電子控控制的動(dòng)動(dòng)力助力力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向作用用力控制制范圍寬寬，并能根根據(jù)駕駛駛條件設(shè)設(shè)置最優(yōu)化的的轉(zhuǎn)向作作用力特性性，其特點(diǎn)點(diǎn)主要是是：（1）可可以十分分靈活地地修改轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向角和和車速信信號(hào)的軟件件控控制制邏邏輯輯，并并能能自自由由地地設(shè)設(shè)置置轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向助助力力特特性。。（2））根根據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向角角進(jìn)進(jìn)行行回回復(fù)復(fù)控控制制和和根根據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向角角速速度度進(jìn)進(jìn)行行阻阻尼尼控控制制，，可可提提供供最優(yōu)優(yōu)化化的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向返返回回特特性性。（3））由由于于僅僅當(dāng)當(dāng)需需要要時(shí)時(shí)電電機(jī)機(jī)才才運(yùn)運(yùn)行行，，所所以以動(dòng)力力損損耗耗和和燃燃料料消消耗耗均均可可降降到到最最低低。（4））利利用用電電機(jī)機(jī)慣慣性性的的質(zhì)質(zhì)量量阻阻尼尼效效應(yīng)應(yīng)可可以以使使轉(zhuǎn)向向軸軸的的顫顫動(dòng)動(dòng)降降到到最最小小。5.2三菱菱““米米尼尼卡卡””車車電電子子控控制制電電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)(ECPS)1－－車車速速傳傳感感器器2－－速速度度表表引引出出電電纜纜的的部部位位3－－傳傳動(dòng)動(dòng)軸軸4－－車車速速信信號(hào)號(hào)（（主主））5－－車車速速宿宿號(hào)號(hào)（（副副））6－－ECPS電電子子控控制制器器7－－副副駕駕駛駛員員腳腳下下部部位位8－－電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)9－－扭扭桿桿10－－齒齒條條11－－點(diǎn)點(diǎn)火火電電源源12－－蕾蕾電電池池13——發(fā)發(fā)電電信信號(hào)號(hào)14－－指指示示燈燈電電流流15－－提提高高怠怠速速電電流流16－－電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)電電流流17－－離離合合器器電電流流18－－轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩信信號(hào)號(hào)（（主主））19－－轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩信信號(hào)號(hào)（（副副））20－－離離合合器器21－－電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)齒齒輪輪22－－傳傳動(dòng)動(dòng)齒齒輪輪23－－小小齒齒輪輪24－－點(diǎn)點(diǎn)火火開開關(guān)關(guān)25－－熔熔斷斷絲絲26－－轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩傳傳感感器器27－－轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向器器齒齒輪輪總總成成28－－交交流流發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)（（L端端子子））29－－指指示示燈燈30－－怠怠速速提提高高電電閥閥31－－發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)電電子子控控制制器器32－－電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)與與離離合合器器圖15三菱菱““米米尼尼卡卡””車車ECPS的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)原原理理圖16電子子控控制制器器電電路路示示意意圖圖1－－點(diǎn)點(diǎn)火火開開關(guān)關(guān)（（IGI））2－－交交流流發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)（（L端端子子））3－－易易熔熔線線4－－電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)與與離離合合器器4.1－－電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)4.2－－離離合合器器5－－轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩傳感感器器5.1－－副副傳傳感感器器5.2－－主主傳傳感感器器6－－自自我我修修正正控控制制7－－發(fā)發(fā)電電檢檢測(cè)測(cè)8－－電電源源電電路路9－－電電流流極極性性控控制制10－－驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路路11－－中中間間、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向、、操操縱縱力力的的檢檢測(cè)測(cè)，，主主、、副副轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩傳傳感感器器之之差差12－－8位位單單片片機(jī)機(jī)13－－傳傳感感器器、、執(zhí)執(zhí)行行部部件件故故障障檢檢測(cè)測(cè)14－－電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)工工作作檢檢測(cè)測(cè)15－－車車速速、、加加減減速速基基準(zhǔn)準(zhǔn)車車速速的的對(duì)對(duì)比比，，主主副副車車速速傳傳感感器器之之差差16－－自自診診斷斷測(cè)測(cè)用用端端子子17－－二二極極管管18－－車車速速傳傳感感器器轉(zhuǎn)矩矩傳傳感感器器車速速傳傳感感器器轉(zhuǎn)矩矩信信號(hào)號(hào)（（主主））轉(zhuǎn)矩矩信信號(hào)號(hào)（（副副））車速速信信號(hào)號(hào)（（主主））車速速信信號(hào)號(hào)（（副副））ECPS電子子控制制器器離合合器器信信號(hào)號(hào)（ON←←→→OF））電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)信信號(hào)號(hào)（ON←←→→OF））電磁磁離離合合器器電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)圖17ECPS的的控控制制方方框框圖圖a.在在發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)已已被被起起動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，交交流流發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)L端端子子的的電電壓壓加加到到電電子子控控制制器器上上。。當(dāng)當(dāng)檢檢測(cè)測(cè)到到發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)處處于起起動(dòng)動(dòng)姿姿態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)，，動(dòng)動(dòng)力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為為工工作作狀狀態(tài)態(tài)。。車速速高高于于30km/h時(shí)時(shí)，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成普普通通的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向控控制制，，離離合合器器處處于于分分離離狀狀態(tài)態(tài)。。b.行行車車時(shí)時(shí)車速速低低于于27km/h時(shí)時(shí)，，ECPS的的電電子子控控制制器器又又輸輸出出離離合合器器信信號(hào)號(hào)和和電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)電電流流，，普通通轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向控控制制又又轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為動(dòng)動(dòng)力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向的的工工作作方方式式。。六.電電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)性性能能臺(tái)臺(tái)架架試試驗(yàn)驗(yàn)進(jìn)行行電電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)性性能能臺(tái)臺(tái)架架試試驗(yàn)驗(yàn)的的目目的的是是求求出出在在變變負(fù)負(fù)載載條條件件下下描描述述電電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)性性能能的的主主要要特特性性曲曲線線，，即即表表征征電電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩（（電電流流））、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向盤盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩和和車車速速三三者者之間間的的關(guān)關(guān)系系曲曲線線。。在在進(jìn)進(jìn)行行電電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)性性能能試試驗(yàn)驗(yàn)之之前前，，需需要要對(duì)對(duì)電電機(jī)機(jī)電電流流傳傳感感器、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩傳傳感感器器進(jìn)進(jìn)行行標(biāo)標(biāo)定定。。6.1電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)性性能能試試驗(yàn)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)對(duì)對(duì)象象:電電機(jī)機(jī)為為直直流流永永磁磁式式的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向軸助力式式的EPS.額定功率率180w，額定電壓壓12v，額定電流流30A，額定轉(zhuǎn)矩矩1.1Nm，額定轉(zhuǎn)速速1200r/min，用蝸輪蝸蝸桿減速速器速比比15：：l。圖17電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)性能能試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)圖18控制器信信號(hào)接口口圖1—點(diǎn)火火信號(hào)2—車速速3—轉(zhuǎn)矩矩傳感器器電源正正4—未用用5—故障障指示燈燈6—離合合器正7—發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速速8—轉(zhuǎn)矩矩主信號(hào)號(hào)9—轉(zhuǎn)矩矩傳感器器電源負(fù)負(fù)10—轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩故障障判斷11—離離合器負(fù)負(fù)12—故故障碼接接口13—電電視正14—電電視負(fù)15—電電池正16—電電池負(fù)按接口定定義，正正確地接接入有關(guān)關(guān)信號(hào)，，當(dāng)控制制器檢測(cè)測(cè)到發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火火信號(hào)后后，便進(jìn)進(jìn)行自檢檢，包括括對(duì)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、車車速、發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速以及及蓄電池池電壓等等信號(hào)進(jìn)進(jìn)行檢測(cè)測(cè)。如果果上述信信號(hào)正常常，控制制程序開開始運(yùn)行，，安全繼繼電器及及電磁離離合器吸吸合，控控制器進(jìn)進(jìn)入工作作狀態(tài)。。當(dāng)駕駛員員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)矩矩傳感器器將轉(zhuǎn)向向盤轉(zhuǎn)矩矩信號(hào)送送到控制制器，控控制器根根據(jù)轉(zhuǎn)矩矩、車速速信號(hào)和反饋饋電流信信號(hào)進(jìn)行行處理運(yùn)運(yùn)算后，，將控制制信號(hào)輸輸出到驅(qū)驅(qū)動(dòng)單元元，驅(qū)動(dòng)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)產(chǎn)生合適適的助力力轉(zhuǎn)矩，輔助助駕駛員員完成轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向操作作。6.2電機(jī)電流流傳感器器的標(biāo)定定圖19反饋精密密電阻標(biāo)標(biāo)定曲線線助力電流流是表征電電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)助力力特性的的重要參參數(shù)之一一。被試電動(dòng)動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)的ECU，，在其與與電機(jī)電電樞連接接的回路路中串聯(lián)聯(lián)一精密電阻阻，通過運(yùn)運(yùn)放電路路測(cè)量該該電阻兩兩端電壓壓即得到參與控控制計(jì)算算的反饋饋電流值值。該精精密電阻阻R的標(biāo)標(biāo)定曲線線如圖19所示示，通過過線性擬擬合可得得該電阻阻的阻值約約為4.5mΩΩ。6.3轉(zhuǎn)矩傳感感器輸出出特性電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)根據(jù)據(jù)作用在在轉(zhuǎn)向盤盤上的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩信號(hào)號(hào)和車速速信號(hào)控控制電機(jī)機(jī)產(chǎn)生相相應(yīng)的助助力轉(zhuǎn)矩，因此此轉(zhuǎn)矩傳傳感器的的輸出特特性（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤輸輸入轉(zhuǎn)矩矩Ts與輸出出電壓U0的關(guān)系