汽车动力转向控制技术

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1、http://www.paper.edu.cn1汽车电动助力转向控制器驱动电路可靠设计1112赵景波，陈龙，江浩斌，刘海妹1江苏大学汽车与交通工程学院，镇江(212013)2江苏大学计算机科学与通信工程学院，镇江(212013)E-mail：zhaojb1128@yahoo.com.cn摘要：分析了电动助力转向系统的工作原理及控制器可靠设计的关键技术。EPS控制器的模块化设计将信号处理电路和功率驱动电路分层设计，增强系统的抗干扰能力和可靠性；PWM驱动频率的选择要考虑与机械系统固有频率的关系、对电枢电流纹波的影响及对人的噪声影响，同时要考虑开关时电

2、流脉峰对开关管及电动机安全的影响；3个MOS管的并联工作要考虑经济性、电路板空间与发热功耗、可靠性的关系；MOS管的散热设计通过合理地选择散热片及其参数，可以提高驱动效率和稳定运行能力。关键词：汽车电动助力转向控制器驱动电路可靠性中图分类号：TP29;U463.41．引言随着汽车工业的发展和对汽车行驶可靠性、安全性要求的提高，汽车电动助力转向（简称EPS）的可靠性设计技术日益引起重视。文献[1]从双CPU设计的角度对EPS控制器进行了容错设计；文献[2]对EPS系统进行了传感器冗余技术研究，提出了EPS系统传感器数量配置的方法。而控制器作为EPS系

3、统的核心部件，其工作的安全可靠是EPS设计的关键，本文分别从EPS控制器的模块化设计、PWM驱动频率的选择、MOS管的并联工作和MOS管的散热设计等方面进行控制器的可靠设计。2．EPS系统构成及工作原理电动助力转向系统的构成及工作原理如图1所示。电动助力转向系统主要由车速传感器、转向盘转矩传感器、电动机电流传感器、控制器、功率驱动电路、故障指示灯、离合器和直流电动机等组成。控制器根据各传感器输出的信号决定电动机的转动方向和最佳助力转矩，向电动机和离合器发出控制信号，通过功率驱动电路控制直流电动机的转动，电动机的输出经过减速机构减速增扭后，驱动齿轮齿

4、条机构，产生相应的转向助力。通过精确的控制算法，[3]可任意改变电动机的转矩大小，使传动机构获得所需的任意助力值。同时，控制器对系统进行实时故障诊断，一旦发生故障，将中断对电动机的电压供给，并点亮转向系统故障警示[4,5]灯，同时将故障类型以代码的形式存储。1.车速信号2.转矩信号3.电动机反馈电流信号4.离合器驱动信号5.电动机驱动信号6.ECU7.转矩传感器8.减速机构9.直流电动机10.离合器图1电动助力转向系统结构简图Fig.1WorkingprincipleandconstructionofEPS控制器是EPS系统的核心部件，而PWM功率

5、驱动技术、MOS管的功耗和可靠设计及1本课题得到国家自然科学基金（项目编号：50475121）和高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20050299005）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn散热设计等是控制器开发的关键技术之一。3．EPS控制器的可靠设计及分析3.1EPS控制器的模块化设计由于EPS系统助力电动机的工作电流非常大，最大可达30A，在控制器的开发中，为增强硬件系统的抗干扰能力、提高系统的可靠性，将硬件系统进行了分层设计。将信号处理电路设计成一块电路板，而将功率较大、发热量大的助力电动机驱动模块及电磁离合

6、器驱动电路设计成配带散热片的驱动电路板，两电路板之间的电动机控制信号、电磁离合器控制信号通过光耦隔离和排线联接。控制器的模块化结构如图2所示。输转矩传感器驱直流电动机入动信车速传感器微处理器及离合器号保处电流传感器护EPS指示灯理电电发电机转速ECU路路供电故障诊模块断模块图2EPS控制器的模块化结构图Fig.2ModuleframeworkofEPScontroller控制器主要由微处理器、传感器信号调理接口电路、脉宽调制器、看门狗电路、电动机功率驱动模块等组成。电动机功率驱动模块为由功率MOS管组成的H桥驱动电路，为了提高电动机控制效果，减小电

7、机振荡，H桥驱动电路采用双极性驱动方式。控制器根据输入的转向工况，可通过控制H桥电路产生助力控制、阻尼控制和回正控制形式，提高转向盘的操纵性能。3.2PWM驱动频率的选择电动助力转向系统要不断根据转向盘转矩及车速情况来调节直流电动机的电枢电流和正反向转动，以提供适当的助力，因此必须用功率驱动电路，目前广泛应用开关型功率驱动电路，其中最常用的是PWM驱动电路，通过改变占空比的方法来改变电动机的端电压。脉宽调制的频率对EPS系统具有重要的影响。PWM频率的选取主要考虑其与机械系统固有频率的关系、对电枢电流纹波的影响及噪声对人的影响；同时要考虑开关时电流

8、脉峰对开关管及电动机安全的影响。机械系统的固有频率一般低于100Hz，应该使PWM周期远远小于机械系统的固有时间常数，可选