《论文_汽车电动助力转向系统电控单元的研究待研究(定稿)》

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1、汽车电动助力转向系统电控单元的研究类别：汽车电子阅读：2098转向输入轴转角位移传感器信号戊扭矩传感器信号TcUM•戏務电池电檬.牛速传楊器・搂

2、

3、电跻温厦年U愉入电骼MC33997电源管理芯片心优器EEPROMP1C16F877i—A卜・ET駆功电r跻TR2I09电{»FET駆动电JMIR2I09STiilkai車乩帧堆电蛊敏动电坷离合岩鉴动电賂报警显示灯驰动电路Jt电陽高电跻电机电流探刻电跻MAX232*U电路-＞摘要：设计了一款采用PIC16F877单片机为电子控制单元核心的汽车电动助力转向系统，全文详细介绍

4、了该系统的工作原理和破件组成，重点对各传感器信号的采集处理电路、电动机的驱动电路、离合器和继电器的控制电路、电机电流的采样电路等进行了研究设计。实验表明,该系统具冇输出扭矩平稳、转向控制灵敏、抗干扰性强、稳定性高等优点。关键词：单片机；电子控制单元；电动机；传感器1引言随着电子控制技术的发展及其在汽年领域的广泛应用，电动助力转向系统(ElectricPowerSleering,简称EPS)越来越成为目前汽车电子技术研究的热点之《—。与传统的转向系统相比，EPS系统结构简单，灵活性大，可以获得理想的操纵稳定性，能动态

5、地适应汽车行驶状况的变化，在操纵舒适性、安全性、环保、节能、易于维修等方面也充分显示了其优越性［1］。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、本田汽车公司，美国的Delphi汽车系统公司，徳国的ZF公司,仅有清华、华中科大、吉林丫等研究，但处在理论探索、实「啰Wkshhk771£zhilrVi

6、和蜂鸣I图3-1ECU系统结构原理图3.1ECU工作原理系统的控制核心为PIC16F877单片机，控制单元结构如图3-1所示。整个系统由车载12VB电池供电，ECU工作时，扭矩、转角、车速

7、、温度等传感器把采集到的信号经过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，并通过单片机的PWM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桥电路控制玄流电动机工作。在电动机的驱动电路上设冇电流传感器，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EPS系统工作出现异常,单片机将驱动EPS灯亮进行报警提示，同时断开继电器、离合器，退出电动助力工作模式，转为

8、人工手动助力模式［3］。3.2PIC16F877单片机简介该款机型是美国Microchip公司生产的8位RISC结构的单片机，具有高速数据处理的特性（执行速度可达120ns）,PIC16F877内部口带看门狗定时器、具冇256Bytcs的EEPROM、8k空间的FLASH存储器、8路10位AD转换功能、2个脉宽调制CCP模块、在线烧录调试（ISP）功能，宽电压工作，可靠性岛。PIC16F877有8级深度的硬件堆栈，RAM区的侮个Bytc位都可以寻址，有4条专用的位操作指令和2条移位指令。3.3直流电动机的选择无刷直

9、流电机在控制特性、效率、转炬脉冲、制造成本等方面，具冇明显的优势。本项目采用永磁式无刷直流电机做为驱动源。3.4扭矩、转角传感器的选择本文采用意大利BI公司的扭矩、位置复合传感器，该传感器除了提供扭矩信号外，还提供方向盘位置信号，为回正和阻尼逻辑的开发提供了便利。3.5电动机驱动控制电路的设计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EPS系统实时性和可靠性的要求。本项目中后向通道的核心控制采用脉宽调制（PWM）控制H桥电路。直流电机PWM控制方式有多种，根据电机工作的实际需要和系

10、统的整体要求，本项目采用受限单极可逆PWM控制模式，主要优点在于可以避免开关管同臂导通，运行可靠性高、不需附加延时电路、开关频率相对较高，特别适用于大功率、大转动惯量、可靠性耍求较拓的直流电机控制的场合。3.5.1电机驱动电路电动机的驱动电路主耍包括FET桥式电路、FET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。FET桥式电路主要由四个大功率MOSFET功率管组成，要求功率管具有良好的开关特性、能承受较大的驱动电流、且具冇较长的使用寿命，根据电机的功率参数及功率管的极限参数和电特性，我们采用四个相同的N

11、沟道IRFP250功率管來构成H桥电路。FET基极驱动电路选用MOSFET专用栅极集成电路IR2109作为核心模块,该芯片是一种单通道、栅极驱动、高压高速功率器件,釆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,使驱动电源数目人人减少，控制了电路板的体积，降低了成本，提高了系统可靠性［4］。驱动电路如图3-2所示