汽车电动助力转向系统电控单元的研究

汽车电动助力转向系统电控单元

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工业技术

汽车电动助力转向系统电控单元的研究高建业

(皖通高速公路股份有限公司全椒管理处，安徽滁州 2 9 0 ) 3 50摘要：随着电子控制技术的发展及其在汽车领域的广泛应用，电动助力转向系 ( l t c P w r S e n, Ee r o e t r g简称 E s来越成为目 c i ei P1越 前汽车电子技术研究的热点之一。与传统的转向系统相比， P E S系统结构简单，活性大，以获得理想的操纵稳定性，灵可能动态地适应汽车行驶状况的变化，操纵舒适性、全性、保、在安环节能、易于维修等方面也充分显示了其优越性。 关键词：片机；单电子控制单元；电动机；感器传

目前，电动助力转向已部分取代液压助力转向并获得广泛应用，如日本的大发、三菱、田汽车公司，国的 D l i车系统公本美 e h汽 p司，德国的 Z F公司等都相继研制出各自的 E S装配使用。国内对 E S统的研究起 P并 P系步较晚，仅有清华、中科大、林大学、华吉合肥工大等高校开展了系统结构的方案设计、系统建模和动力学分析等研究，但处在理论探索、实验研究阶段。内部分汽车厂商如重庆国长安、昌昌河、风、汽等与高校联合研南东一究，也都处在研制的初级阶段，达到实用程未度。

汽车助力转向系统经历了以机械助力转向、液压助力转向、电控液压助力转向等为主流的阶段。目电动助力转向系统( P )汽前 E S是车工程领域的热门课题之一，研究的主要内容是 E S系统的控制规则和硬件控制器的设 P计。电动助力转向系统具有部件少、结构简单、于安装及维护等特点，通过电机控便它是制转矩机构实现助力转向的。E S制系统 P控可根据路况及车况调整、制电机的助力 (控或阻尼)状态，大大提高驾驶的转向舒适性。 1E S系统的硬件组成及工作原理 P 1 P . E S的硬件组成 1 E S一种直接依靠电力提供辅助扭矩 P是的动力转向系统，由电子控制单元 (C )它 E U控制电机提供助力，系统主要由电子控制单元、 扭矩传感器、角传感器、转车速传感

器 (与可其他系统共用)直流电机、、离合器、电磁继电器、速机构和转向机构等组成。减 1 l . E S的工作原理 2￣当汽车点火开关闭合时，C E U上电开始对 E S统进行自检， P系自检通过后，合继电闭器和离合器， P E S系统便开始工作，当方向盘转动时，位于转向轴上的转角传感器和扭矩传感器把测得方向盘上的角位移和作用于其上的力矩传递给 E U E U根据这两个信号 C,C并结合车速等信息，控制电机产生相应的助力，实现在全速范围内最佳控制：在低速行驶时，减轻转向力，保证汽车转向灵活、便，轻在高速行驶时，当增加阻尼控制，适保证转向盘操作稳重、可靠。 2于 PC单片机的 E U系统设计基 I C 21E U工作原理 . C 系统的控制核心为 PC 6 87单片机， I 1F7 控制单元结构如图 3 1 -所示。整个系统由车载 1V蓄电池供电，C 2 E U工作时，扭矩、转角、车速、等传感器把采集到的信号经过温度输入接口电路处理后送至单片机的相应端口，单片机根据系统助力特性和相应算法对这些数据分析处理，以确定助力电流的大小和方向，过单片机的 P并通 WM口发出脉冲指令和相应的换向控制端口发出换向指令，通过驱动电路和 H桥电路控制直流电动机工

作。电动机的驱动电路上设有电流传感器，在 该传感器把检测到的电机实际工作电流通过电流探测电路反馈到单片机，单片机再根据相应的控制算法对电机实现闭环控制。如 E S系统工作出现异常，片机将驱动 E S P单 P灯亮进行报警提示，同时断开继电器、离合器，出电动助力工作模式，为人工手动助退转力模式。 22 PC1F 7 . I 6 8 7单片机简介该款机型是美国 Mirc i司生产的 8 cohp公 位 RS IC结构的单片机，具有高速数据处理的特性 (行速度可达 10 s P C 6 8 7内部执 2 n) I 1 F 7,自带看门狗定时器、具有 26 y s E P 5B t的 E— e R M、k空间的 F A H存储器、 O 8 LS 8路 1 O位 A D转换功能、个脉宽调制 C P模块、在线 2 C烧录调试 (s ) I

P功能，电压工作，宽可靠性高。 PC 6 87有 8深度的硬件堆栈，A区 I 1F 7级 RM的每个 B t位都可以寻址， 4专用的位 y e有条操作指令和 2条移位指令。 2直流电动机的选择 . 3无刷直流电机在控制特性、效率、转矩脉冲、制造成本等方面，具有明显的优势。本项目采用永磁式无刷直流电机做为驱动源。 2扭矩、 . 4转角传感器的选择本文采用意大利 B公司的扭矩、置复 I位合传感器，传感器除了提供扭矩信号外，该还提供方向盘位置信号，为回J下和阻尼逻辑的开发提供了便利。 2电动机驱动控制电路的设计 . 5电动机驱动控制电路必须能够高精度、 快速地调整电动机的转速和输出转矩，从而满足 E S系统实时性和可靠性的要求。本项 P目中后向通道的核心控制采用脉宽调制 (WM)制 H桥电路。直流电机 P P控 WM控制

采用高度集成的电平转换技术，大大简化了

逻辑电路对功率器件的控制要求，上管采用外部自举电容上电，驱动电源数目大大减使少，制了电路板的体积，低了成本，高控降提了系统可靠性。

两个 I 20 R 19的 I为驱动 H桥同臂上 N端下两个功率管的信号脉冲输入端，分别通过具有高速性能的 6 17光电耦合器接至 N3 PC 6 8 7片机的两个 P I 1F7单 WM脉冲输出端口；两个 S D端分别与单片机的一个 I/ O口相连，制电机停车操作；每个芯片的 H控 O和 L O端分别与同桥臂的功率管相连，制电机控转速； B端通过自举二极管 U 10与+ 2 V F 05 1V电源相连，为了阻断特殊电路中所承受的全部电压，此处选用具有超快恢复特性的二极管 U 10。 F 0 5 25电机电流采样电路 .2 .系统进行电流采样有两方面用途，一是

方式有多种，根据电机工作的实际需要和系统的整体要求，本项目采用受限单极可逆 P WM控制模式，主要优点在于可以避免开关管同臂导通，行可靠性高、需附加延时电运不路、关频率相对较高，别适用于大功率、开特大转动惯量、可靠性要求较高的直流电机控制的场合。 251电机驱动电路 ..电动机的驱

动电路主要包括 F T式电 E桥路、E F T基极驱动电路、电机驱动线路上的电流传感器和继电器构成。 F T桥式电路主要由四个大功率 MO— E S F T功率管组成，要求功率管具有良好的开 E关特性、能承受较大的驱动电流、具有较长且

为电动机提供保护；二是通过电流传感器反馈电枢电流的信号，以便对电枢电流进行闭环控制。准电阻是一种常用的电流传感器，标 由于其简单可靠、阻值稳定、度高、响好、精频 输出电压直接比例于所流过的电流， P 在 WM系统中应用相当广泛。标准电阻一般采用锰铜或硅锰铜制成。在采样电路中，选用 A 6 6 D 2把采样信号放大 l 0的 n送至单片机相应倍端口。 2 .继电器控制电路 .3 5 C U控制信号经 C U端口 P P P P So输出后，开关管 Q导通并驱动功率三极管 Q 2 1 1,使继电器通电并闭合节点，继电器节点闭合后可给电机、合器供电。 P离 c u输出的高低电平信号 3结论本文在对 E S系统的原理和助力控制过 P程的分析基础上，对 E S制系统的硬件电 P控路进行了研究设计，提出了采用受限单极性可逆 P WM控制模式控制直流电机；了在探索汽车电动助力转向系统中，压、速、电低低大流永磁式无刷直流电机的控制方法。采用精密电阻进行电机电流采样的方法，实现了对直流电机输出扭矩的闭环控制。

创新点：采用 PC 6 87片机为电子 I 1F 7单控制单元核心。采用受限单极可逆 P WM控制模式控制直流电机。参考文献

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