eps电动助力转向系统软硬件设计

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1、EPS电动助力转向系统软硬件设计　　摘要：本文详细介绍了基于C8051F31X系列微处理器的电动助力转向（EPS）系统的方案设计，给出了详细的硬件设计和软件设计。试验结果表明，该系统具有电路设计方便、性能稳定可靠、保护电路齐全、性价比好等突出优点，为汽车EPS系统提供一个优秀的设计方案。本文网络版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/170165.htm关键词：EPS；电动助力转向系统；C8051F；微控制器；电路；硬件DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.013电动助力转向系统基本结构及工作原理汽车的助力转向系统是协

2、助驾驶员进行汽车方向调整，为驾驶员减轻打方向盘的用力强度，目前汽车上配置的助力转向系统大致可以分为三类：（1）机械式液压动力转向系统；（2）电子液压助力转向系统；（3）另外一种电动助力转向系统，英文全称是ElectronicPowerSteering，也就是我们常说的EPS，也可以称为“电子控制助力”，它是在EPS控制器的作用下驱动电动机产生的动力协助驾车者进行转向控制。EPS的构成一般是由扭矩传感器、电子控制单元ECU、助力电机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源。现在我们介绍的主要是电子控制单元ECU的软硬件设计方案。6主要工作原理：驾驶员在操作汽车转向时，扭矩传感器会“感觉”到

3、方向盘的扭矩和转向，这些信号会通过AD模数转换器，量化后传送给电子控制单元的微处理器，电控单元会根据转向轴的转动力矩、转向等数据，向EPS控制器发出动作指令，助力电机就会根据具体的需要，输出相应大小的转动力矩，从而实现助力转向。如果不打方向盘，则EPS系统就不工作，处于等待调用状态，而且，助力电机的助力输出也随着车速的提高而减小，当车速超过设定值时会停止工作，助力消失，这使车在高速行驶时更加稳定。由于电动助力转向这样的工作特性，你会感觉到方向盘的方向感好，轻便，高速时稳定不发飘。图形1为电动助力转向系统的基本结构。硬件电路原理设计扭矩传感器信号的提取、调理6我们采用的扭矩传感器其输出

4、包括力矩与角度两种信号，力矩信号的输出有两路，分别是T1、T2，角度信号（转向角）的输出有三路，分别是P1、P2、P3，具体传感器的输出特性请参照相关的数据手册，提取算法将在软件设计部分完成。这里侧重讲述信号的调理，原理如下图3，传感器具有5路模拟信号输出，原理相同，我们讨论其中一路T1。传感器的输出是0～5V信号，通过R1，R2电阻分压原理与3.3V系统进行匹配。C1，C2，R3组成了一个阻容滤波器滤掉前端的信号噪声，V1为TVS管，用于限制信号的幅度在0～VCC之间，N1是LM324运放，接成射极跟随形式，以提高信号的输入阻抗，降低信号的输出阻抗。输出信号Sensor_T1_ou

5、t直接输出给微处理器的内部AD转换，量化后提供给力矩提取算法使用，其它4路原理一致。行车信号的调理由于车速CS、发动机转速FDJ、点火KEY这些信号幅度达到24V，也是需要调理后才能跟3.3V系统兼容，采用光电隔离是比较好的措施，参照图4所示：车载信号通过接插件把24V左右的行车信号引入VI1的光电隔离前端，隔离输出变为3.3V低压信号，以实现强弱电隔离输出。H桥驱动电路、PWM调速原理、保护电路及电流反馈电路图6采用V1、R1-R4、C1组成的电子开关电路，用于驱动H桥高边管的BTS550P的控制极，实现弱电控制强电的目的。当H桥高边管控制信号输出高电平时，V1导通，BTS550P

6、的控制极第2脚变低，反之变高，以实现高边管开关。PWM信号通过V3控制H桥的低边管V4，此为H桥的单边桥的控制原理，另一边相同。保护电路6保护电路是以可重触发的单稳态触发器设计而成，此电路有两种状态，稳态和暂稳态。对于可重触发型单稳态器件，当电路的暂稳态还没有结束之前，再来一次触发信号作用后，电路将对这个新的触发信号进行响应，还要再延迟一个暂稳态时间，电路才能返回稳态，此暂稳态时间由逻辑符号中的CX、RX/CX是外接阻容元件决定。图中D1A、D2B的第1、9脚为脉冲触发端，Q端为暂稳态输出端，其高电平为暂稳态。我们利用这个特性进行H桥的得电保护设计。发动机转速脉冲、看门狗脉冲、传感器

7、信号电平是EPS正常工作的三个重要条件，只要其中任何一个条件不满足，EPS的H桥驱动将不能正常得电。我们把转速脉冲和看门狗脉冲作为触发器的触发信号。车子启动和EPS的程序正常正是由这个条件来判断的。只要这个脉冲不消失，单稳态器件D1的输出永远是暂稳态高电平，也直接影响到U1A三个输入条件的建立。各单元电路的综合理解以上详细介绍了各单元电路的工作原理及电路，把图1电路简化后得到各电路间的简图，如图8所示，分析理解他们之间的联系：（1）主进程：转向助力的产生与