基于单片机的电动转向助力系统的设计与实现毕业设计Word文档下载推荐.docx

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新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。

随着电子技术的发展，EPS技术日趋完善，并且其成本大幅度降低，为此其应用范围将越来越大。

在国外，EPS已经进入批量生产阶段，并成为汽车零部件高新技术产品。

由于技术保密，很难获得控制参数，要想实现技术自主创新，还需国人自己钻研。

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EPS经过二十多年的发展，技术同趋完善，其应用范围已经从最初的微型轿车向更大型轿车和商用轿车方向发展，如新上市的一汽大众速腾等中型轿车已经安装EPS。

本田甚至还在其AcyraNSX赛车上安装了EPS。

日本早期的EPS只在低速和停车转向时助力，后来发展的EPS不仅能在低速和停车时助力，还能在高速行驶时提高汽车的操纵稳定性。

正是由于这一系列的优点，在世界汽车行业中，EPS的年增长量达130万至150万套，据美国天合（TRW）公司预测，到2010年，全球范围内电动助力转向器的装车率将超过30％，因此，电动助力转向技术的发展前景是非常广阔的。

这也正是全球各大公司对其青睐的原因。

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就相关EPS的研究资料所阐述的发展趋势来看，控制信号除了依靠车速与扭矩信号，而且还需要转向角、转向速度、横向加速度等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制，以获得更好的转向路感。

如今国内外对EPS研究有几个比较集中的方面，如：

EPS助力控制策略、系统匹配技术及其可靠性的研究。

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从国内外的研究看今后的研究方向主要集中在EPS助力控制策略和系统匹配技术等方面。

汽车转向除了满足轻便和灵敏两个要求外，还要为驾驶者造成一定的路感，随着车速的提高方向盘助力不宜过大，而且还需要满足一定的助力特性。

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我国在EPS的研究上与国外相比起步较晚，而且由于液压式转向系统即HPS技术比较成熟，结构紧凑，工作安全可靠，价格也比较便宜，所以液压式转向系统即HPS占国内车辆转向系统的主流地位。

然而EPS的发展前景的广阔的，如今国内有多所高等院校和科研单位正在进行该项技术的相关研究，并取得的一定进展。

我国自主设计的EPS和国外的成熟产品相比，还有一定的差距，很多整车厂装配的电动助力转向系统的核心技术都依靠进口。

但是我们正在奋起直追，逐步缩小自主开发的EPS与国外同类产品的技术差距。

电动助力转向技术在国内的发展势头良好。

2001年，昌河汽车厂开始将电动转向器装在北斗星高档微型箱式车，揭开了我国汽车转向器生产历史上新的第一章，2002年该车型已有6万台配装电动转向器，即电动转向车己占该车型的60％了。

哈飞汽车厂也开始在新车型上装电动转向器，吉利在其多款轿车上也安装了电动转向器。

另外奇瑞QQ轿车、扬子皮卡车厂和很多微型箱式车厂，都准备安装电动转向。

这充分说明装配EPS产品的市场和市场潜力是很大的。

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电动式EPS有许多优点，它比液压式动力转向系统更轻便、紧凑、可靠易于维护保养，同时也取消了油泵、控制阀、油罐、皮带、皮带轮、液压软管及密封件等液压装置，如此诸如漏油的这种对清洁性造成影响的问题便消失了；

能满足汽车不同车速时的不同要求，如低速时的轻便性和高速时保持一定的路感以使驾驶员在不同状况下操纵时获得最佳的感受；

在无需提供助力时不驱动电机，这样就减少了不必要的能源消耗，提高了经济性；

对控制计算机编程，可提供不同程度的动力转向，能兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性好；

它能与汽车上其他电气设备相连接，有助于四轮转向的实现，并能促进悬架系统的发展。

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无助力转向系统的回正作用具有很大的缺陷,往往会降低汽车行驶稳定性，而EPS恰恰改善了回正特性。

通过软件编程可对对不同车况进行调整，这是传统助力系统无法做到的。

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尽管EPS比传统转向系统拥有种种优势，但是电动助力转向系统仍然存在着一些需要解决和改进的问题：

继续改善电机的性能是EPS的发展关键；

合理助力特性的确定；

合适的控制策略；

故障诊断的可靠性，EPS通过采用电机和计算机控制系统，部分操作独立于驾驶员的控制，因此EPS也会比传统转向助力系统有更多的故障模式。

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汽车转向技术已经进入了电动助力时代，随着传感器、控制方式助力电动机等关键技术的不断进步，EPS系统将愈加完善。

在未来EPS将替代现有的转向系统，近几年EPS产量正以每年上百万套的速度增加，最终将完全占领轿车市场，并向大型车发展。

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1.2选题的目的和意义

目的：

汽车转向系统一直存在着“轻”与“灵”的矛盾，当汽车在低速时需要轻便的转向助力，而在高速时有需要灵巧的转向效果已获得较好的操作手感。

本课题应用综合控制方法，来提高汽车转向系统的性能。

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电动助力转向系统是当前汽车技术发展的前沿技术之一，有利于汽车在不同的车况下获得不同的助力效果，提高转向时的操纵稳定性和路感。

英国卢卡斯公司认为，EPS在轿车上正在成为标准配置，而不是选件，自1996年至2006年，欧洲市场上的各级别轿车安装EPS的比例已经由35%增加到70%。

按此增长速度继续发展，数年间EPS就将完全占领轿车市场。

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国内电动助力转向系统还处于初级阶段，所以有必要加强力量对其进行研究和开发。

使我国的汽车在环保节能舒适等等方面赶上国际先进水平。

目前开发拥有自主知识产权的ECU有明显的经济和社会效益，它可为相关企业提供新的经济增长点，增强我国技术产品的市场竞争力。

通过对电动助力转向系统的研究，为开发出适于轿车和微型汽车的电动助力转向系统提供技术储备。

另外就是在继承前几届研究生研究成果的基础上，进一步完善控制器的硬件与软件，提高系统运行的稳定性及可靠性，把控制器往产业化方向推进。

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意义：

随着时代的发展和科技的进步，人们对交通工具的环保，节能低耗，对生活的舒适性的要求也越来越高。

如今国外汽车的电动助力转向系统正在渐渐取代传统液压助力转向器的地位。

EPS是未来的发展方向，我国也要紧跟世界的脚步，不能落在后面。

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在国内，电动助力转向系统还处于初级阶段，拥有自主知识产权的生产厂家还很少，市场上的产品主要被国外的公司所垄断。

国外的许多厂家除了申请必要的国际专利外，还中国境内申请了一些EPS专利。

因此目前开发和研制用于轿车和轻型汽车的具有自主知识产权的电动助力转向系统具有明显的经济和社会效益，它可为汽车零部件企业的发展提供新的经济增长点，也为我国汽车行业在加入WTO后参与国际汽车市场竞争提供一种有竞争力的机电一体化高新技术产品。

同时，电动助力转向系统对于汽车的环保、节能、安全等方面也具有积极的现实意义。

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转向系统是汽车的主要子系统之一，其性能直接关系到汽车的操纵稳定性和舒适性，对于确保行车安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。

而一个拥有性能可靠的控制系统则能使EPS实现以上效果，EPS具有节能、环保等优点，是未来转向系统的主流发展，是研究的重点项目。

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1.3本课题研究的内容和拟解决的主要问题

1.3.1本课题的主要内容

（1）设计一个小型电动转向助力系统，分析电动助力转向系统电子控制单元的功能。

在充分考虑电动助力转向系统控制的可靠性、实时性的基础上，以单片机为核心的控制单元。

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（2）设计电子控制单元的硬件，采用P控制策略完成对直流电动机的控制、并对各种传感器信号进行采集和处理，通过单片机产生控制脉冲波来控制H桥驱动直流电动机正反转，满足EPS控制要求。

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（3）采用模块化设计的方法编写相应控制软件。

控制软件中主要包含系统主程序、信号采集子程序，策略控制子程序等。

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1.3.2拟解决的主要问题

（1）系统硬件电路的搭建，硬件电路需要单片机最小系统主要包括时钟电路、滤波电路、电源电路、复位电路等电路的设计。

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（2）传感器信号处理电路的设计，如转矩信号通过A/D转换输入处理器进行处理，再通过电机驱动电路控制电机转动方向。

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（3）将软件和硬件进行连接并进行测试，检查出现故障部分并思考出现故障的原因，再就相关知识努力将故障排除。

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第2章EPS系统的组成

2.1EPS工作原理与结构组成

EPS的工作原理：

当驾驶员操纵方向盘转向时，转向柱上的扭矩传感器检测到的信号与车速信号经过滤波处理后送入ECU，ECU对这些信号进行运算处理后输出PWM信号给电机驱动模块，从而实现对电动机的控制，电机经传动机构将助力转矩传递给牵引前轮转向的横拉杆，最终起到为驾驶员提供转向助力的目的。

当车速超过一定值时，EPS系统退出助力工作模式。

EPS可在不同车速的情况下提供不同的助力效果，保证汽车在低速行驶时的轻便性和高速行驶时的稳定可靠。

EPS的主要组成有扭矩传感器、车速传感器、助力电机和电控单元。

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2.2传统液压动力转向系统

液压动力转向系统（HPS）是在1928年就在汽车上首次应用的，到1940年左右HPS就已经实用化了，并在多种大型车辆上装备。

在1951年在轿车上也得到了应用，获得了当时的好评，随后HPS在轿车上便迅速普及，到今天装备HPS的车辆已经超过了80%。

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HPS是在传统机械式转向器的基础上通过增加控制阀、动力缸、油泵、储油罐和进回油管等液压动力装置来提供转向助力。

开始HPS的控制阀采用滑阀式，即控制阀以轴向一定来控制油路。

滑阀式控制阀结构简单，生产工艺性好，操纵方便，但是滑阀灵敏度不够高。

20世纪50年代出现了转阀式HPS，即控制阀中的阀芯以旋转运动来控制油路。

与滑阀相比，转阀的灵敏度高、密封件少、结构比较先进。

虽然由于转阀利用扭杆弹簧来使阀回位，结构较复杂，特别是对扭杆的材质和热处理工艺要求较高，但是其性能相对于滑阀有很大改进，而且在齿轮齿条式转向器中布置转阀比较容易。

因此，目前在绝大部分轿车及部分货车上均采用的是转阀式HPS。

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HPS系统拥有许多优点，比如：

可以提高转向时的轻便性，从而使驾驶员的疲劳程度得到缓解；

HPS拥有的阻尼作用可以减小由于道路颠簸造成的冲击；

迄今为止液压助力转向系统已经应用经历了许多时间，技术较为成熟，工作安全可靠，同时价格也比较便宜。

但是同时也存在着一些不足：

在设计完成以后，助力特性就不能再进行调节与控制，因此在协调汽车转向轻便性与路感之间的矛盾；

在发动机工作时，无论汽车是否进行转向油泵都一直运转，从而对燃料造成了极大的浪费，降低了整车的燃