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基于单片机的电动助力系统的设计与实现【单片机类】【1张电路图】

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关键词：: 基于单片机电动助力系统设计实现电路图

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基于单片机的电动助力系统的设计与实现

46页 20000字数+说明书+任务书+开题报告+电路图【详情如下】

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摘要I

ABSTRACTII

第1章绪论1

1.1 转向助力系统的国内外研究现状与发展趋势1

1.2 选题的目的和意义3

1.3 本课题研究的内容和拟解决的主要问题4

1.3.1 本课题的主要内容4

1.3.2 拟解决的主要问题4

第2章 EPS系统的组成5

2.1 EPS工作原理与结构组成5

2.2 传统液压动力转向系统5

2.3 电动助力转向系统特点6

2.4 EPS的类型6

2.5 助力系统的关键部件7

2.5.1 助力电机7

2.5.2 转矩传感器7

2.5.3 车速传感器8

2.5.4 电子控制单元9

2.6 本章小结11

第3章 EPS系统的硬件设计12

3.1 EPS系统硬件电路结构12

3.2 单片机最小系统电路12

3.2.1 时钟电路12

3.2.2 复位13

3.3 电源电路14

3.4电动机的驱动15

3.5 三态缓冲器17

3.6 电动机的变频调速控制18

3.7 电动机H桥驱动方式18

3.8 本章小结19

第4章 EPS控制策略和软件设计20

4.1 EPS系统的控制要求20

4.1.1 回正控制20

4.1.2 阻尼控制20

4.2 转向助力特性曲线的选择21

4.2.1 助力特性的理论研究21

4.2.2 助力特性曲线的选择21

4.3 EPS的软件设计22

4.3.1 开发环境22

4.3.2 数字滤波程序设计24

4.3.3 AD模块25

4.3.4 电机助力子程序26

4.3.5 系统主程序27

4.4 本章小结27

第5章软件下载及系统的试验28

5.1 STC单片机程序下载器的使用28

5.2 系统的试验30

5.3 系统的调试30

5.4 本章小结30

结论32

参考文献33

致谢34

摘要

　　　汽车电动助力转向系统(EPS—Electric Powered Steering)是近年来发展起来的一种新型转向系统，该系统是由电子控制单元根据传感器采集到的信号来控制助力电机的运转，从而实现助力转向的功能，EPS除了具备液压动力转向器的转向轻便等优点之外，它还具有转向平稳、节能、环保等一系列特点，因此，EPS取代液压动力转向系统势在必然。当前国内在EPS的研究和产业化方面还比较落后，没有形成具有自主知识产权的EPS产品。因此，开展对EPS的研发上作具有重要的理论和实际意义。

　　　本文在分析、总结现有电动助力转向系统基础上，以提高系统运行可靠性与达到更好的助力效果为目标，开发了以STC89C52为微处理器的EPS控制器。硬件上结合单片机的资源，对电路进行了设计，包括外围电路以及单片机最小系统的改进。软件上并结合硬件电路，设计了相应的程序，提高了整个系统运行可靠性。

　　　最后,总结论文工作中涉及的一些问题,并给出对未来进行了讨论,形成了未来的研究方向和工作目标。　

关键词：汽车；电动助力转向；单片机

ABSTRACT

　　Electric power steering system(EPS) is a new developing direction of Power steering system in automotive．The principle of EPS is the assistant motor works according to the measured torque and vehicle signals．So that Dower steering can be realized．Besides EPS has the light steering torque like Hydraulic Power Steering (HPS)system，it has many other characteristics such as steering placidly，low energy consuming，environment protecting and so on．Therefore it is a certain tendency that EPS being instead of HPS，But at present．the R&D of the domestic EPS is behindhand．and a11 the EPS used in vehicles has no independent knowledge property right．Therefore it is very important in academic and practical significance in R&D of EPS．

　　　On basis of summary，analysis of the system，a EPS controller based on STC89C52 Was developed in order to improve the reliability and performance of system．With MCU hardware combined resources to circuit design, including peripheral circuit and single chip minimize system improvement. Software and hardware circuit, design with the corresponding program and improve the operation of the system reliability.

　　　Finally，a summary of works involved in the thesis is given and some problems for the future are discussed，which forms the objectives for future research and works．

Key words: Automobile；Electric Power Steering；MCU

　　　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。

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。

　　　（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。

　　　（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。

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。

　　　（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。

　　　（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。第2章 EPS系统的组成

2.1 EPS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。

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%。

　　　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。　　　电动助力转向系统是未来汽车发展趋势的高新技术，本文在对EPS的原理和助力控制的基本过程进行了研究，通过硬件和软件的设计，主要工作如下：

　　　（1）通过对EPS的有关文献资料进行研究，对电动助力转向系统的关键部件进行研究和分析，选择合适的传感器信号模拟部件，电动机及其它部件。

　　　（2）以STC89C52为核心设计了电控单元，其中主要有电机驱动电路，信号采集电路，单片机最小电路，利用变频调制的方法对直流电机的电流大小进行控制，利用H桥实现对电机正反转的控制。

　　　（3）利用Keil软件编写了控制程序，软件的主要功能是对转矩和车速的信号进行采集和数字滤波，然后将经过处理的信号输入单片机，采用P控制策略完成对直流电动机的控制。

　　　（4）将程序下载到单片机中，将电路板通电试验，经过测试表明，控制器能有效对电机进行旋转方向和转速的调节。

　　　本次设计制作的电路板对转矩信号和车速信号用电位计进行了信号的模拟，并用TCL549模数转换芯片对信号采集并送入单片机，电机在单片机和L298电机控制芯片的调控下进行相应的旋转，从而实现在不同的情况下进行对助力的调节。总结以上的工作，有以下几点展望：

　　　（1）电控单元的进一步设计和开发。如电路中抗干扰及保护措施的完善。故障诊断功能的完善等。

　　　（2）EPS控制策略的研究。如何采用更加先进的控制策略，增强对EPS系统控制的效果，以及对EPS数学模型的建立和助力特性曲线的建立。

　　　（3）对助力系统的控制不够准确，需要大量的试验，从而使EPS系统更加完善。

　　　虽然做出了一定的成果，但由于个人能力和时间限制，系统仅仅是在电动助力方面的一个验证性实验，离最后的实用化、产品化还有一定的距离，未来进一步的研究方向主要是在程序上设计的更加贴近实用性，以达到更加合理的助力目标。

参考文献

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[23]徐中明,胡康博,余烽,张志飞.电动助力转向系统控制策略的仿真分析[J].重庆大学学报,2010,33(08):81-83

内容简介：: SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名曹宇迪系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-6指导教师姓名范德会职称副教授从事专业计算机应用是否外聘是否题目名称基于单片机的电动转向助力系统的设计与实现一、设计（论文）目的、意义随着汽车制造技术以及电子技术的不断发展，人们对汽车环保、节能、舒适、安全的要求越来越高，国外汽车的电动助力转向器正逐步取代传统液压助力转向器。电动助力转向技术代表了目前汽车转向技术的发展方向，将来会在动力转向领域占据越来越重要的地位。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，还在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。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）设计内容：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。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，通过单片机产生可变占空比的PWM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。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，程序。研究方法：系统设计方法采用先搭建系统硬件电路，然后进行系统软件设计。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、复位电路和BDM接口电路设计；传感器信号处理电路；方向盘扭矩信号处理电路；电机驱动电路；软件设计主要包括助力控制模块、数据采集模块及其主模块等的设计。三、设计（论文）完成后应提交的成果形成可演示的电动转向助力系统及其系统设计说明书。四、设计（论文）进度安排2011.3.12011.3.11 查阅文献、撰写开题报告2011.3.122011.3.27 系统总体设计2011.3.282011.4.13 系统硬件设计2011.4.142011.5.1 系统软件设计2011.5.22011.5.10 系统测试2011.5.112011.5.31 撰写系统设计说明书五、主要参考资料1 徐中明,胡康博,余烽,张志飞. 电动助力转向系统控制策略的仿真分析J.重庆大学学报,2010,33（08）:81-832 明月,刘嘉明,沈建新.低成本电动助力转向电机控制系统的实现与控制策略优化J. 电机与控制应用,2010,37(6):27-303 逯海燕.电动助力转向系统控制及仿真分析J.汽车与配件,2010,23(6):29-314 晋兵营,宁广庆,施国标.汽车电动助力转向系统发展综述J.拖拉机与农用运输车,2010,37(1):1-25 赵学平,李欣,陈杰,边姜.电动助力转向系统永磁直流电机PWM控制模式研究J.系统仿真学报, 2010,22(1):174-178六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:基于单片机的电动助力系统的设计与实现院系名称:汽车与交通工程学院专业班级: 车辆07-6班学生姓名: 曹宇迪导师姓名: 范德会开题时间: 2011年2月28日指导委员会审查意见：签字：年月日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义；2. 文献综述（课题研究现状及分析）；3. 基本内容、拟解决的主要问题；4. 技术路线或研究方法；5. 进度安排；6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名曹宇迪系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-6指导教师姓名范德会职称副教授从事专业计算机应用是否外聘是否题目名称基于单片机的电动转向助力系统的设计与实现一、课题研究现状、选题目的和意义(一)、研究现状助力转向系统按照提供动力的形式大致可以分为了纯机械式转向系统（Manual Steering，简称MS）、液压式转向系统（Hydraulic Power Steering，简称HPS）、电控液压式转向系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS）、电动助力式转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）。传统的动力转向系统一般采用液压助力，上个世纪80年代开始，人们开始研究电子控制式电动助力转向。1988年2月日本的铃木公司开发出了电动助力式转向系统，并装在Cervo车上，随后又配备在Alto车上，摆脱了液压助力转向系统的束缚。本田汽车公司首次将EPS 装备于大批量生产的EPS。此后EPS便雨后春笋般发展起来，并将应用范围扩展到大型轿车和客车方面上。EPS是在EHPS(电控液压助力转向)的基础上发展起来的，其结构简单、零件数量大大减少、可靠性强，它取消大量液压配件，只依靠电动机驱动转向机构，解决了长期以来存在的液压管路泄漏和效率低下的问题。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。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Acyra NSX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。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。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。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。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。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。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。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。（二）、选题的目的和意义目的：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。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。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。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。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题（一）、研究的基本内容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。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，通过单片机产生可变占空比的PWM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。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，程序。（二）、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。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。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。三、技术路线（研究方法）进行软件模块的设计搭建系统硬件电路，包括时钟，复位，滤波等电路确定系统采用P控制策略对直流电机的控制电机等构件的安装硬件系统的总体测试试验系统的组装典型工况仿真并分析结果整理资料并撰写设计说明书收集电动助力转向控制器相关的文献及资料四、进度安排2011.03.012011.03.11 第 1 2周查阅文献、撰写开题报告2011.03.122011.03.27 第 3 4周系统总体设计2011.03.282011.04.13 第 4 7周系统硬件设计2011.04.142011.05.01 第 7 9周系统软件设计2011.05.022011.05.10 第 911周系统的组装和测试2011.05.112011.05.31 第 1114周撰写系统设计说明书五、参考文献 1 赵镇锋.汽车电动助力转向器电控单元(ECU)的研究D,武汉理工大学硕士学位论文,2007:1-4 2 赵良红,张渭泷.汽车底盘电控技术M.机械工业出版社,2002.7:209-2143 解福泉,周建平.汽车典型电控系统构造与维修M,人民交通出版社,2005.9:199-2024 李朝青.单片机原理及接口技术第3版M,北京航空航天大学出版社,2006.125 朱华,汽车电动助力转向系统研究现状及趋势J,汽车与配件,2010 6 王豪,许镇琳等.电动转向系统的发展及其现状J,汽车运用,2002(8)7 龚小平,杜志强.电动助力转向技术发展的新动向J,汽车研究与开发,2005(7)8 陈志恒,胡宁.汽车电控技术M,高等教育出版社,2003.9:211-2149 钱学武,汽车电动助力转向控制系统设计与开发D,扬州大学硕士论文,2010:3-510 秦曾煌,电工学电子技术第六版M,高等教育出版社,2004.7 11 王晓明,电动机的单片机控制M,北京航空航天大学出版社,2002.5:125-13612 俞方磊,动助力转向系统控制器的研究与开发D,江苏大学硕士学位论文,2009六、备注指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要汽车电动助力转向系统(EPSElectric Powered Steering)是近年来发展起来的一种新型转向系统，该系统是由电子控制单元根据传感器采集到的信号来控制助力电机的运转，从而实现助力转向的功能，EPS除了具备液压动力转向器的转向轻便等优点之外，它还具有转向平稳、节能、环保等一系列特点，因此，EPS取代液压动力转向系统势在必然。当前国内在EPS的研究和产业化方面还比较落后，没有形成具有自主知识产权的EPS产品。因此，开展对EPS的研发上作具有重要的理论和实际意义。本文在分析、总结现有电动助力转向系统基础上，以提高系统运行可靠性与达到更好的助力效果为目标，开发了以STC89C52为微处理器的EPS控制器。硬件上结合单片机的资源，对电路进行了设计，包括外围电路以及单片机最小系统的改进。软件上并结合硬件电路，设计了相应的程序，提高了整个系统运行可靠性。最后,总结论文工作中涉及的一些问题,并给出对未来进行了讨论,形成了未来的研究方向和工作目标。关键词：汽车；电动助力转向；单片机IABSTRACTElectric power steering system(EPS) is a new developing direction of Power steering system in automotiveThe principle of EPS is the assistant motor works according to the measured torque and vehicle signalsSo that Dower steering can be realizedBesides EPS has the light steering torque like Hydraulic Power Steering (HPS)system，it has many other characteristics such as steering placidly，low energy consuming，environment protecting and so onTherefore it is a certain tendency that EPS being instead of HPS，But at presentthe R&D of the domestic EPS is behindhandand a11 the EPS used in vehicles has no independent knowledge property rightTherefore it is very important in academic and practical significance in R&D of EPSOn basis of summary，analysis of the system，a EPS controller based on STC89C52 Was developed in order to improve the reliability and performance of systemWith MCU hardware combined resources to circuit design, including peripheral circuit and single chip minimize system improvement. Software and hardware circuit, design with the corresponding program and improve the operation of the system reliability. Finally，a summary of works involved in the thesis is given and some problems for the future are discussed，which forms the objectives for future research and worksKey words: Automobile；Electric Power Steering；MCU目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1 转向助力系统的国内外研究现状与发展趋势11.2 选题的目的和意义31.3 本课题研究的内容和拟解决的主要问题41.3.1 本课题的主要内容41.3.2 拟解决的主要问题4第2章 EPS系统的组成52.1 EPS工作原理与结构组成52.2 传统液压动力转向系统52.3 电动助力转向系统特点62.4 EPS的类型62.5 助力系统的关键部件72.5.1 助力电机72.5.2 转矩传感器72.5.3 车速传感器82.5.4 电子控制单元92.6 本章小结11第3章 EPS系统的硬件设计123.1 EPS系统硬件电路结构123.2 单片机最小系统电路123.2.1 时钟电路123.2.2 复位133.3 电源电路143.4电动机的驱动153.5 三态缓冲器173.6 电动机的变频调速控制183.7 电动机H桥驱动方式183.8 本章小结19第4章 EPS控制策略和软件设计204.1 EPS系统的控制要求204.1.1 回正控制204.1.2 阻尼控制204.2 转向助力特性曲线的选择214.2.1 助力特性的理论研究214.2.2 助力特性曲线的选择214.3 EPS的软件设计224.3.1 开发环境224.3.2 数字滤波程序设计244.3.3 AD模块254.3.4 电机助力子程序264.3.5 系统主程序274.4 本章小结27第5章软件下载及系统的试验285.1 STC单片机程序下载器的使用285.2 系统的试验305.3 系统的调试305.4 本章小结30结论32参考文献33致谢34第1章绪论1.1 转向助力系统的国内外研究现状与发展趋势助力转向系统按照提供动力的形式大致可以分为了纯机械式转向系统（Manual Steering，简称MS）、液压式转向系统（Hydraulic Power Steering，简称HPS）、电控液压式转向系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS）、电动助力式转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）。传统的动力转向系统一般采用液压助力，上个世纪80年代开始，人们开始研究电子控制式电动助力转向。1988年2月日本的铃木公司开发出了电动助力式转向系统，并装在Cervo车上，随后又配备在Alto车上，摆脱了液压助力转向系统的束缚。本田汽车公司首次将EPS 装备于大批量生产的EPS。此后EPS便雨后春笋般发展起来，并将应用范围扩展到大型轿车和客车方面上。EPS是在EHPS(电控液压助力转向)的基础上发展起来的，其结构简单、零件数量大大减少、可靠性强，它取消大量液压配件，只依靠电动机驱动转向机构，解决了长期以来存在的液压管路泄漏和效率低下的问题。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。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Acyra NSX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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。（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。（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。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。（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。（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。第2章 EPS系统的组成2.1 EPS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。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%。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。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，降低了整车的燃油经济性；油路中存在漏油的问题，会对环境造成污染；在低温时工作性能较差。2.3 电动助力转向系统特点电动助力转向系统相比于传统的机械式转向系统增加了一系列传感器，如车速传感器、转矩传感器、助力电机和电控单元即ECU等部件，电动机通过减速机构将转矩作用在转向柱上，从而实现对转向系统提供助力。与传统的转向助力系统相比，电动助力转向系统综合了许多现代的高新技术，诸如现代电子技术及机电一体化技术，具有许多优点：（1）EPS能在不同的车速下对转向助力的大小进行调节,在不同工况下提供最佳的助力，减小因路面原因引起的对转向系统扰动，减轻低速行驶时的转向操纵力。在车速较低时提供较大的转向助力，使驾驶员在转动方向盘时更加轻松；在车速较高时降低助力大小，为驾驶员提供一定的路感。（2）EPS取消了液压式转向系统的油泵、液压软管、液压油、皮带及密封件等部件，结构相对简单，零件数量相对较少，拥有质量轻、结构紧凑、便于选择安装位置和噪声较小等多方面的优点。（3）助力电机可以由蓄电池直接供电，电动助力转向系统可以在发动机不运转时进行工作，同时也提高了汽车的安全性能。（4）EPS与传统助力系统相比改变助力特性较为容易，只需改变ECU中助力程序即可。（5）EPS结构简单，占用空间小，在车身上不知较为方便，助力性能比传统助力系统优越，又具有良好的模块化设计，又为设计不同的系统提供了极大的灵活性。2.4 EPS的类型一般来说按照电动机驱动位置的不同，可以将EPS转向系统分为三类：转向柱助力式（Column Type）、小齿轮助力式（Pinion Type）和齿条助力式（Rack Type）。（1）转向柱助力式转向器助力单元、控制器以及传感器等部件都安装在转向柱处。结构比较紧凑，方便在车体上安装，可安装在固定式、倾斜式等不同形式的转向柱上。（2）小齿轮助力式转向器助力单元安装在转向齿轮的小齿轮轴的上端。助力单元在驾驶室外，一方面提高助力另一方面也可以使驾驶室内可感觉到的噪声减小。（3）齿条助力式转向器助力单元安装在转向齿轮的齿条处。助力单元可灵活安装在齿条各处，从而使整车的布置更加方便。2.5 助力系统的关键部件2.5.1 助力电机电动机对EPS的关键部件之一，电动机的功能是根据电子控制单元的指令输出适宜的辅助力矩，是EPS的动力源。根据电动助力转向的特点，EPS的助力电机必须有较好的性能，要求也较高：尽可能宽的调速范围，运行平稳，力矩波动小；快速响应性能好，较小的转动惯量；良好的低速平稳性；体积小、质量轻、噪声低；过载能力强，可靠性高；电机驱动其结构和运行方式可分为：直流、交流；永磁、励磁；有刷、无刷等多种类型。一般采用无刷或有刷永磁式直流电动机。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢。直流发电机工作原理:直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向。）本设计采用的是RF-300C-11440,微电机马达，这是一种有刷直流电机，额定电压9V。如图2.1所示是微型电机实物图。图2.1 微型电机实物图2.5.2 转矩传感器EPS传感器的作用是探测驾驶员转向时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向，然后将其转换为相应的电压信号传送给控制器ECU，ECU根据这个信号连同车速信号产生相应的助力，协助驾驶员转向。扭矩信号作为系统控制策略的重要依据之一，它直接影响到控制效果的好坏，所以很多厂家都非常重视转矩传感器的研究与开发。转矩传感器有接触式和非接触式两类。目前，国内外现有的EPS系统采用的转矩传感主要分别有以下几种形式：（1）电位计式，BI公司和NSK公司都有该类型的产品，前者集成了转矩、转角测量，后者采用滑套机构将转角差变换为电位计摆臂摆动，实现转矩测量。该类型的传感器都属于接触式，其缺点就是存在磨损，降低了其性能。（2）光电式，LUCAS公司有该类型的产品，清华大学也进行了这方面的研究、并做出了样件，前者结构比较复杂，对加工工艺要求较高，后者对前者进行了改进，但是存在温度漂移和绕线的问题。（3）电感式，KOYO公司和NSK公司都有该类型的产品，该类型传感器具有较高的精度，很好地实现了非接触测量，非常适合EPS系统。非接触式转矩传感器的线性功能和滞后性能好，但价格较高。接触式转矩传感器一般结构简单，价格合适，目前的应用也较为广泛。当转向盘向一个方向旋转时，其输出端上的电压保持一定值，当转向盘向相反方向旋转时，输出端电压就会发生变化。输出端的电压值就可以用来表示转矩的大小，本设计采用的是WTH（118）10K-2W的电位器输出的电信号来模拟转矩传感器的信号。如图2.2是10K-2W的电位器实物图。图2.2 电位器实物图2.5.3 车速传感器车速信号也是系统控制重要依据之一，一方面它与转矩信号结合用以确定系统控制的目标电流，一方面用于保证系统的安全性和可靠性，即当车速超出系统设定的助力范围时，系统将停止助力，改为手动操作。车速信号由车速传感器测得，车速传感器也有多种类型，主要是利用电磁原理和光学原理制成。本设计采用的是与扭矩传感器一样的WTH（118）10K-2W的电位器输出的电信号来模拟车速传感器的信号。2.5.4 电子控制单元电子控制单元ECU作为关键部件，主要有微处理器、与传感器输入信号相匹配的接口电路、微处理器内置的模数转换器(A/D)和脉宽调制器(PWM)，直流电动机的驱动电路等部分组成。电动助力转向系统的开发过程中，电子控制单元的设计是关键的一部分，其中处理器的选用也是非常关键的，性能优良的处理器一定程度上为电动助力转向系统取得良好的助力效果奠定了基础。选用处理器的着眼点是处理器的性能能够很好地与控制系统的特性与要求相吻合。电动助力转向系统的主要控制对象是电动机。对电动机的控制可以分为简单控制和复杂控制两种。简单控制是指对电动机进行起动、制动、正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现。复杂控制是指对电动机的转速、转角、转矩、电压、电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确的控制。随着控制要求的提高，对自动化的要求越来越高，使电动机的复杂控制逐渐成为主流。电动助力转向系统主要是实现电枢电压的控制，因此也属于电动机复杂控制的范畴。转向时，控制单元根据检测到传感器的信号以及电动机的电流信号，判断汽车的转向状态，向驱动单元发出控制信号，通过电动机驱动电路调节占空比，使电动机按方向盘转动的方向和车速信号提供所需的助力转矩。电控单元是电子控制系统中最重要的原件之一，其性能在一定程序上决定着电子系统的性能，选择油路的控制器对取得良好的控制效果非常重要。STC89C52RC是的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，另外STC单片机成本较低，性能较好，原有程序可以直接使用，硬件无需改动。STC89C51系列单片机选型如表2.1。HD版本和90C版本内部集成MAX810专用复位电路。其主要性能如下：（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可任意选择，指令代码完全兼容传统8051。（2）工作电压：5.5V-3.3V（5V单片机）/3.8V-2.0（3V单片机）。（3）工作频率范围：040MHz相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz。（4）用户应用程序空间：4K/8K/12K/16K/32K/64K字节。（5）片上集成1280字节或512字节RAM。（6）通过I/O口（35/39个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）；P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。表2.1 STC89C51RC/RD+系列单片机选型一览型号STC89C52RCSTC89LE53RCSTC89C54RD+工作电压（V）5.53.33.62.05.53.3最高时钟频率Hz5V080M080M3V080MFlash程序存储器（字节）8K13K16KSRAM字节5125121280定时器333UART串口1个1个1个DPTR222EEP ROM（字节）4K4K45K看门狗有有有A/D中断源888中优先级444I/O35/3935/3935/39支持掉电唤醒外部中断4个4个4个内置复位有有有（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。（8）有EEPRROM功能。（9）看门狗。（10）内部集成MAX810专用复位电路（HD版本和90C版本才有），外部晶体20M以下时，可省外部复位电路。（11）共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。（12）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。（13）通过异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART（14）工作温度范围：-4085（工业级）/075（商业级）（15）封装：LQFP-44,PDIP-40,PLCC-44,PQFP-44.如选择STC89系列，优先选择LQFP-44封装。本设计采用的STC89C52RC单片机的内部结构框图如下图所示，STC89C52RC单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器（SRAM）、定时/计数器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看门狗等模块、STC89C52RC单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。如图2.3是内部结构框图。图2.3 内部结构框图2.6 本章小结本章主要介绍了电动助力转向系统的类型，并对传统液压助力转向系统和电动助力转向系统进行比较。并对传感器、电机和单片机的选型做了介绍，为下一章的系统硬件设计打下基础。第3章 EPS系统的硬件设计3.1 EPS系统硬件电路结构电动助力转向系统要实现的主要功能是采集来自转矩传感器、车胜元传感器的信号经过控制器（ECU）运算后，控制直流电机为驾驶员提供转向助力，从而达到改善驾驶舒适性的目的。因此控制器ECU是电动助力转向系统研究的主要内容之一，是控制策略实现的硬件基础，控制器的硬件性能直接影响EPS的控制效果。本课题的控制电路主要包括以下几部分电路：（1）信号处理电路，（2）电源电路，（3）电机驱动电路（4）单片机周边最小电路。下图是EPS控制系统框图。STC89C52RC车速信号转矩信号信号处理电路时钟电路电机驱动电路电源模块信号处理电路复位电路助力电机3.1 EPS控制系统框图3.2 单片机最小系统电路3.2.1 时钟电路时钟电路是单片机系统硬件中的一个关键部分，由于晶振体的工作频率十分高，设计不当很有可能使其工作时会产生对其他电路造成干扰的高频信号，尤其是对AD转矩输入信号的干扰；STC89C52单片机的时钟输入接口在18（XTAL2）和19（XTAL1）引脚上，当时钟晶振频率为12M25MHz时，时钟电路中电容一般小于47pF。本设计采用33pF。3V:3.8-2.0V(可外部24MHz,双倍48MHz)，2.3-1.9V时不要进行IAP擦除/编程。外部晶振体的链接分为串联型、并联型和使用外部有源晶振器3种方式。但是实际应用电路设计中一般采用并联型方式。时钟电路如图3.2所示：图3.2 时钟电路3.2.2 复位 STC89C52系列单片机有4中复位方式：外部RST引脚复位，软件复位，掉电复位/上电复位。（1）外部RST引脚复位外部RST引脚复位就是外部想RST引脚施加一定宽度的复位脉冲，从而实现单片机的复位。将RST复位管脚拉高并维持至少24个时钟加us后，单片机会进入复位状态，将RST复位管脚拉回低电平后，单片机结束复位状态并从用户程序区0000H处开始正常工作。（2）软件复位用户应用程序在运行过程当中，有时会有特殊需求，需要实现单片机系统软复位（热启动之一），传统的8051单片机由于硬件上未支持此功能，用户必须用软件模拟实现，实现起来较为麻烦。现STC新推出的增强型8051根据用户要求增加了ISP_CONTR特殊功能寄存器，实现了此功能。用户只需简单的控制ISP_CONTR特殊功能寄存器的其中两位SWBS/SWRST就可以系统复位了。（3）上电复位/掉电复位当电源电压VCC地狱上电复位/掉电复位电路的检查门槛电压时，所有的逻辑电路都会复位。当VCC重新恢复正常电压时，HD版本的单片机延迟2048个时钟（90C版本单片机延迟32768个时钟）后，上电复位/掉电复位结束。进入掉电模式时，上电复位/掉电复位功能关闭。（4）看门狗（WDT）复位适用型号：STC89C51RC，STC89C52RC，STC89C53RC，STC89LE51RC，STC89LE53RC，STC89C54RD+，STC89C58RD+，ST89C516RD+，STC89LE54RD+，STC89LE516RD+。在工业控制/汽车电子/航空航天等需要高可靠性的系统中，为了防止“系统在异常情况下，受到干扰，MCU/CPU程序跑飞，导致系统长时间异常工作”，通常是引进看门狗，如果MCU/CPU不在规定的时间内按要求访问看门狗，就认为MCU/CPU处于异常状态，看门狗就会强迫MCU/CPU复位，使系统重新从头开始按规律执行用户程序。STC89C51RC/RD+系列单片机内部也引进了此看门狗功能，使单片机系统可靠性设计变得更加方便/简洁。本设计采用的是外部RST引脚复位这种复位方式，在RST引脚上连接了一个复位按键，因为这种复位方式比较简单，而且可以达到设计要求，故而采用这种复位方式。3.3 电源电路车用电器设备都由车载电瓶供电，一般为12V直流电源，车身为零电位。EPS系统中电动机和电机驱动芯片采用的是12V直流电源，单片机系统、传感器及反向器等集成芯片采用5V电源，故EPS系统的电源应包括12V，5V。通常我们用7805进行电压转换。78系列的稳压集成块的极限输入电压是36V，最低输入电压为输出电压的3-4V以上。本设计采用的是L7805CV，它有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。L7805CV实物图如图3.3所示：图3.3 L7805CV实物图3.4 电动机的驱动常用的电机驱动芯片有L297/298，MC333886，ML4428等。本设计采用L298。L298内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内涵二个H桥的高压大电流双桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。L298芯片的引脚图如图3.4所示，L298的实物图如图3.5所示：L298的逻辑控制如表3.3所示：图3.4 L298芯片引脚图L298的运行参数如表3.1所示，L298的引脚功能如表3.2所示：表3.1 L298的运行参数：参数符号测试环境最小值典型值最大值单位驱动电源电压Vs2.546V逻辑电源电压Vss4.557V输入低电平电压ViL-0.31.5V输入高电平电压ViH2.3VssV使能端低电平电压Ven=L-0.31.5V使能端高电平电压Ven=H2.3VssV全桥式驱动器总成的电压降（每一路）VcE(sat)IL=1AIL=2A1.83.24.9VV检测电压1,15脚Vsen-12V表3.2 L298的引脚功能引脚符号功能115SENSING ASENSING B此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动芯片反馈检测到的信号23OUT 1OUT 2此两脚是全桥式驱动器A的输出端，用来连接负载4Vs电机驱动电源输入端57IN 1IN 2输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器A的开关611ENABLE AENABLE B使能控制端，输入标准TTL逻辑电平信号；低电平时全桥式驱动器禁止工作8GND接地端，芯片本身的散热片与8脚相通9Vss逻辑控制部分的电源输入端口1012IN 3IN4输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器B的开关1314OUT 3OUT 4此两脚是全桥式驱动器B的两个输出端，用来连接负载图3.5 L298实物图表3.3 L298的逻辑控制IN1IN2ENA电机状态XX0停止101顺时针011逆时针000停止110停止3.5 三态缓冲器缓冲器是数字元件的其中一种，它对输入值不执行任何运算，其输出值和输入值一样，但它在计算机的设计中有着重要作用。缓冲器分为两种，常用缓冲器（常说缓冲器）和三态缓冲器。常规缓冲器总是将值直接输出，用在推进电流到高一级的电路系统。三态缓冲器除了常规缓冲器的功能外，还有一个选项卡通输入端，用E表示。当E=0和E=1时有不同的输出值。缓冲器又可以分为输入缓冲器和输出缓冲器两种。前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据。有了数控缓冲器，就可以使高速工作的CPU与慢速工作的外设起协调和缓冲作用，实现数据传送的同步。由于缓冲器接在数据总线上，故必须具有三态输出功能。当E=1时，选通，其输入直接送到输出；若E=0，缓冲器被阻止，无论输入什么值，输出的总是高阻态，用Z表示。高阻态能使电流降到足够低。本设计采用的是74HC541型三态缓冲器，如图3.6是74HC541的管脚图：图3.6 74HC541的管脚本设计采用的方案是三态缓冲器74HC541的A6、A7分别接单片机的P1.1、P1.0引脚，然后再将三态缓冲器的Y6、Y7分别接电机驱动芯片L298的IN2和IN1引脚。74HC541的真值表3.4所示：3.4 74HC51真值表INPUTSOUTPUTSOE1OE2An541LLHHXHXZXHXZLLLL注：H=高电平。L=低电平。X=不管是高电平还是低电平。Z=高阻抗。3.6 电动机的变频调速控制变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器。其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；调速范围大，精度高。本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。本设计采用的是利用单片机发生变频信号对电机驱动电路进行控制，从而达到调节电机转速，改变电机转矩的目的。3.7 电动机H桥驱动方式L298是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种专用的电机驱动器，内含二个H桥的高压大电流双全桥式驱动器，可驱动46V、2A以下的电机。L298的内部原理如图3.7所示，L298的驱动连接图如图3.8所示：图3.7 L298内部原理图图3.8 驱动连接图3.8 本章小结本章主要对EPS系统的硬件电路结构进行了设计研究。以STC89C52RC单片机为核心设计了单片机最小系统电路，信号处理模块和电机驱动模块，其中电机采用变频控制调节转速并用H桥控制转向方向。第4章 EPS控制策略和软件设计4.1 EPS系统的控制要求采用EPS的目的是在车速发生变化时提供合适的转向助力，并保持一定的转向路感，缓解驾驶员的疲劳。转向系对车辆的影响决定着汽车驾驶的轻便性、稳定性和驾驶的安全性。在助力转向系统的设计中，应该以提高汽车的操作稳定性为主旨。当然在满足了操纵稳定性这个指标同时还需要满足操纵时具有一定的灵敏性，为满足这一要求，转向器需要具有较小的传动比，转向盘转角较小的话转向会更迅速。但是如果要满足操纵轻便性则需要转向器具有较大的传动比，从而使较小的转向盘操纵力能获得较大的转向力矩。如此看来上述的两个要求是矛盾的。但是，由于电动助力转向系统采用的是电子控制系统，可以实时调节电机的助力，因此能很好地解决这一问题。一般来说EPS的主要控制目标有如下几点：（1）提供合适的助力。根据转向助力特性在不同的车速和方向盘转矩的情况下提供合乎运行工况的助力力矩。（2）有较灵敏的响应速度。控制系统应具备较高的响应速度，并与输入信号相匹配，转向应较灵敏。（3）能保持良好的路感。在随着车速的提高，EPS的助力应较小或提供合适的阻尼力，使得车辆在行驶过程中提供给驾驶员一定的路感。4.1.1 回正控制回正就是转向盘转过一定角度后，撤去操纵力，车轮回到中间位置的过程。通过回正控制可以改善转向系统的回正性能，控制方向盘快速准确的回到中位。当驾驶员放开转向盘，车轮将在回正力矩的作用下回正。但回正力矩必须要克服系统本身的阻力矩和路面的摩擦力矩，当回正力矩大于总的回正阻力矩时，车轮能够自动回正；当回正力矩小于回正阻力矩时，车轮不能够准确的回到直线行驶的位置，从而影响汽车行驶的安全性。因此，为了能使汽车稳定并准确的回正，电动助力转向系统在助力控制的基础上必须进行有效的回正控制。此策略可以改善汽车的转向回正特性，主要应用于汽车低速行驶情形。4.1.2 阻尼控制汽车高速行驶时，如果转向过于灵敏，会影响汽车的行驶稳定性。为了提高直线行驶的稳定性，提出在死区范围内进行阻尼控制，适当加重转向盘的阻力，最终体现在高速行驶时手感的稳重。汽车高速行驶时，由于路面偶然因素的干扰引起的侧向加速度较大，传到方向盘的力矩比低速行驶时要大，为了抑制这种横摆振动，必须采用阻尼控制；此外，转向盘转向后回到中间位置时，由于电动机的惯性存在，在不加其他控制情况下，助力系统的惯性比机械式转向系统的惯性大，转向回正时不容易收敛，此时，也需采用阻尼控制。采用阻尼控制时，一般情况下只需将电动机输出为制动状态，就可使电动机产生阻尼效果。4.2 转向助力特性曲线的选择4.2.1 助力特性的理论研究EPS的助力规律属于车速感应型，主要有低速型和全速型两种。低速型是指EPS只在低速时才提供助力，当车速超过某一预定值时，EPS停止工作。低速型在EPS的初期阶段用得比较多，其优点是算法简单，对控制系统的硬件要求相对比较低。缺点是不能改善汽车的高速操纵稳定性，而且当车速在切换点附近时，转向盘力矩会发生突变。全速型是指EPS在任何车速下都提供助力。全速型的优点是改善汽车的告诉操纵稳定性，缺点是算法相对复杂，对控制系统的硬件要求相对较高。4.2.2 助力特性曲线的选择EPS的助力特性不干随着转向盘转矩的变化而变化，而且随着车速的的变化而变化，因此可以较好的协调转向轻便性与路感的关系。在实际的EPS系统中，ECU根据转向盘转矩与车速两方面的信号确定助力大小。EPS的助力特性具有多种曲线形式，典型的助力特性曲线有三种：直线型助力特性、折线型助力特性和曲线型助力特性。如图4.1所示：图4.1 直线型、折线型和曲线型助力曲线本设计所采用的直线型助力特性。三类助力特性均可分为三种助力区：无助力区(0 T Td0 )，当转向盘输入扭矩小于Td0时，不提供助力；助力变化区( Td0 Tdmax )，当转向盘输入扭矩大于Tdmax时，在一定车速下, 助力扭矩达到最大值并保持。4.3 EPS的软件设计对于EPS控制系统来说，软件与硬件是相辅相成的。如果想要达到理想的控制效果，需要设计出完善的控制软件。EPS的控制软件主要可分为三个部分：扭矩传感器信号的采集，车速传感器信号的采集，电机转速和转动方向的控制。系统软件应能够根据采集当前的状态比如转矩和车速等信号确定应提供给电动机的目标电流，从而达到控制电机转速，进而对助力大小进行控制。4.3.1 开发环境编程语言可以用汇编语言或C语言，本设计采用的是C语言。这两种语言都有其优缺点。汇编语言主要优点是执行效率较高，运行速度较快，与硬件的结合较好，但是对于编程人员的要求较高，编程的难度较大，开发周期较长，硬件更换后程序的可移植性较差；相比而言C语言的表达能力较强，易于编程，可读性较好，C语言是编译型语言，具有高级语言的特点，也具备汇编语言简洁、可控制硬件的功能，同时C语言不依赖系统硬件，因此其可移植性较好，可以很容易移植到不同类型的单片机上，寄存器的分配由编译器完成，编程者可将精力集中到软件整体设计，而汇编语言编程者必须记住这些分配，用C语言编程开发周期也比汇编语言大大缩短。（1） C语言C语言是一种成功的系统描述语言，用C语言开发的UNIX操作系统就是一个成功的范例;同时C语言又是一种通用的程序设计语言，在国际上广泛流行。世界上很多著名的计算公司都成功的开发了不同版本的C语言，很多优秀的应用程序也都使用C语言开发的，它是一种很有发展前途的高级程序设计语言。 C是中级语言。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。 C是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C 语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。 C语言功能齐全。具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大，可以实现决策目的的游戏。 C语言适用范围大。适合于多种操作系统，如Windows、DOS、UNIX等等；也适用于多种机型。 C语言对编写需要硬件进行操作的场合，明显优于其它解释型高级语言，有一些大型应用软件也是用C语言编写的。 C语言具有较好的可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。它是数值计算的高级语言。C语言的优点：C语言一共只有32个关键字,9种控制语句，程序书写形式自由，区分大小写。把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。 C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。（2）Keil编译器Keil是德国Keil公司开发的单片机编译器，是目前最好的51单片机开发工具之一。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机语言软件开发系统。8051是增长最快的微处理器构架之一。从不同的芯片厂家提供了400多种芯片。新扩展的8051芯片，如PHILIPS 8051MX有几M字节的代码和数据空间，可被用到大的应用中。为了支持这些不同的8051芯片，KEIL提供了几种开发工具。一个新的输出分拣格式（OMF2）允许支持最多16MB代码和数据空间。CX51编译器适用于新的PHILIPS 8051MX结构。Keil C51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境。C51已被完全集成到Vision3的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。Keil C51单片机软件开发系统的整体结构：可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程，该集成系统可以编译C源程序，也可以编译汇编语言源程序。C51编译器把MCS-51单片机的常用的特殊功能寄存器和特殊位进行了定义，放在一个“reg51.h”或“reg52.h”的头文件中。用一条预处理命令：#include#include然后就可使用特殊功能寄存器名和特殊位名称。头文件的位置：C:KeilC51INC4.3.2 数字滤波程序设计车辆行驶过程中所处的环境比较恶劣，常存在干扰源。对周期性的工频或高频信号，可以在电路中加入硬件RC低通滤波器来加以抑制；但对于各种随机出现的干扰绩号，硬件滤波的效果往往不够理想。在现在的工业控制中，除采用硬件滤波电路外，常常还采用数字滤波技术，以提高有用信号在采样值中所占的比例，减少乃至消除各种干扰及噪音，以保证系统工作的可靠性。所谓的数字滤波，就是通过一定的软件计算来减少干扰在有用信号中的比重，达到减弱或消除干扰的目的。它与模拟滤波相比有如下优点：（1）数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬件投入，因而成本低，可靠性高，稳定性好，不存在各电气回路之间的阻抗匹配问题。（2）可以对频率很低的信号实现滤波。（3）在设计和调试数字滤波器的过程中，可以根据不同的干扰情况，随时修改滤波程序和滤波方法，具有很强的灵活性。数字滤波的方法较多，常用的有程序判断滤波、中值滤波、算术平均值滤波、加权平均值滤波、滑动平均值滤波、复合数字滤波等。在考虑滤波效果前提下，从滤波时间来看，为了使系统具有更好的实时性，则应尽量采用执行时间比较短的滤波方法。滤波程序框图如图4.2所示：开始初始化对传感器的数据采集将数据的排序去掉一个最大值和一个最小值结束剩余数取平均值图4.2 滤波程序框图4.3.3 AD模块传感器的扭矩信号是不能直接在程序中直接使用的，因此需要对其进行A/D转换。本设计采用的是TCL549模/数转换器芯片，TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17s， TLC549允许的最高转换速率为40 000次/s。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，REF-接地，REF+REF-1V，可用于较小信号的采样。TLC549的内部框图如图4.3所示，电路图如图4.4所示：图4.3 TLC549的内部框图图4.4 TCL549电路图549的极限参数如下：电源电压：6.5V；输入电压范围：0.3VVCC0.3V；输出电压范围：0.3VVCC0.3V；峰值输入电流(任一输入端)：10mA；总峰值输入电流(所有输入端)：30mA；工作温度：TLC548C、TLC549C：070 TLC548I、TLC549I：4085 TLC548M、TLC549M：55125控制转矩信号的TCL549芯片的AIN引脚接输入信号，CS、DO、CLK引脚分别是片选信号端、输出端和输入端，依次接单片机的P0.0、P0.1、P0.2引脚；控制车速信号的TCL549芯片的CS、DO、CLK引脚分别接单片机的P2.7、P2.6、P2.5引脚。4.3.4 电机助力子程序由于在电动助力转向系统中由于其本身的特性决定了助力电机需要经常性起动，并且要根据转矩信号的变化提供合适的助力，在某些情况下需要急速反转时，可能会对电机造成损害。本课题在设计助力控制子程序时通过输入信号的变化来改变电机的转速，从而达到调节电机助力大小的目标。电机助力子程序框图如图4.5所示：开始初始化数据采集单片机处理传感器信号电机转速改变电机顺时针旋转电机逆时针旋转结束图4.5 电机助力子程序框图4.3.5 系统主程序前面已经主要介绍了数字滤波程序、A/D数据采集模块和电机助力子程序，将数据采集子程序和电机助力子程序组和在一起，根据L298的逻辑功能实现对电机旋转方向起到作用的单片机引脚进行相应的控制，并通过传感器信号的变化实现对电机转速进行调频控制。4.4 本章小结本章主要对EPS的软件部分进行了介绍，软件部分主要包括三大模块，助力控制模块、数据采集模块及其主模块，并且还对助力特性曲线、Keil开发软件和C语言进行了部分介绍。第5章软件下载及系统的试验经过前几章对整个系统的研究和学习，制作了硬件电路并且编写了控制程序，首先需要把这段程序下载到单片机中，观察是否能实现对直流电机旋转方向和转速控制的转功能。5.1 STC单片机程序下载器的使用STC单片机程序下载器是专门用于将程序下载到单片机中的应用软件，该软件使用非常方便。启动软件之后的界面如图5.1所示：图5.1 程序下载器界面首先，要选择要下载程序的单片机的型号；然后，点击的程序在步骤2中的“OpenFile/打开文件”按钮打开程序所在文件夹找到hex后缀的程序文件，如图5.2所示：图5.2 hex后缀的程序文件将程序打开之后软件右上部分的程序文件出现变化即表明程序已经被软件打开，如图5.3所示；图5.3 程序文件窗口在此之后还要选择步骤3中的串行接口（Select COM Port)，串行接口要先把下载线连接好后在“计算机管理”菜单中查询即可，步骤4默认即可；最后，我们就可以把代码显示区域中的代码通过下载到STC89C52单片机中，点击步骤5中的“Download/下载”按钮即可，不过由于设备的连接问题，可能需要多次下载才能成功将程序载入单片机中。5.2 系统的试验系统的实物图如图5.4所示：图5.4 系统的实物图在试验中，遇到过系统无法模拟方向盘不转动时即车辆直线行驶时的不提供助力的情况，据此问题应对控制程序做出相应修改，即方向盘在一定转角范围内电机不提供转向助力。本设计的电机调速采用的是变频调速方式，经过测试，变频调速方式可以有效调节电机转速。图5.5为转矩与车速信号同时控制时电机高速旋转的状态（由于采用高速数码相机拍摄，因此拍摄效果中电机旋转状态不明显）：图5.5 电机高速旋转时状态图5.6为转矩信号模拟方向盘未转动时即汽车直线行驶时的状态，此时车速信号不起作用，系统不提供助力，电机不旋转：图5.6 电机不旋转时系统状态5.3 系统的调试将程序载入到STC89C52单片机中，由于缺少该类型的设计经验，所以系统的程序经过了多次修改，下载了许多次，每次将软件载入单片机后，都需要对系统进行试验。如果不能满足要求就要找到原因并进行解决，比如在制作电路板时出现的焊接失误，比如程序本身编写的问题导致的电机不能按要求运转。5.4 本章小结通过对系统硬件的制作、程序的设计、程序的下载以及反复调试，系统最后终于达到任务的要求。本章主要介绍了程序的下载软件和程序下载过程，简单介绍了调试时所遇到的困难。结论电动助力转向系统是未来汽车发展趋势的高新技术，本文在对EPS的原理和助力控制的基本过程进行了研究，通过硬件和软件的设计，主要工作如下：（1）通过对EPS的有关文献资料进行研究，对电动助力转向系统的关键部件进行研究和分析，选择合适的传感器信号模拟部件，电动机及其它部件。（2）以STC89C52为核心设计了电控单元，其中主要有电机驱动电路，信号采集电路，单片机最小电路，利用变频调制的方法对直流电机的电流大小进行控制，利用H桥实现对电机正反转的控制。（3）利用Keil软件编写了控制程序，软件的主要功能是对转矩和车速的信号进行采集和数字滤波，然后将经过处理的信号输入单片机，采用P控制策略完成对直流电动机的控制。（4）将程序下载到单片机中，将电路板通电试验，经过测试表明，控制器能有效对电机进行旋转方向和转速的调节。本次设计制作的电路板对转矩信号和车速信号用电位计进行了信号的模拟，并用TCL549模数转换芯片对信号采集并送入单片机，电机在单片机和L298电机控制芯片的调控下进行相应的旋转，从而实现在不同的情况下进行对助力的调节。总结以上的工作，有以下几点展望：（1）电控单元的进一步设计和开发。如电路中抗干扰及保护措施的完善。故障诊断功能的完善等。（2）EPS控制策略的研究。如何采用更加先进的控制策略，增强对EPS系统控制的效果，以及对EPS数学模型的建立和助力特性曲线的建立。（3）对助力系统的控制不够准确，需要大量的试验，从而使EPS系统更加完善。虽然做出了一定的成果，但由于个人能力和时间限制，系统仅仅是在电动助力方面的一个验证性实验，离最后的实用化、产品化还有一定的距离，未来进一步的研究方向主要是在程序上设计的更加贴近实用性，以达到更加合理的助力目标。参考文献1王晓明,电动机的单片机控制M,北京航空航天大学出版社,2002.5:125-1362赵良红,张渭泷.汽车底盘电控技术M.机械工业出版社,2002.7:209-2143解福泉,周建平.汽车典型电控系统构造与维修M,人民交通出版社,2005.9:199-2024李朝青.单片机原理及接口技术第3版M,北京航空航天大学出版社,2006.125朱华,汽车电动助力转向系统研究现状及趋势J,汽车与配件,2010 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