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摘 要
汽车电动助力转向系统(EPS)与传统的机械、液压助力转向系统相比具有转向灵敏、能耗低、与环境的兼容性好、成本低等优点。目前，在很多高端车上都装由EPS，因此，开发EPS具有很大的实际意义和商业价值。电动助力转向系统主要由控制部分、执行部分和程序这三个部分组成，控制部分主要由信号采集电路、单片机和信号发送电路组成。其中单片机是控制部分的核心部件，信号采集电路采集到的转矩和车速信号送单片机处理后，单片机再发出控制信号给信号发送电路，经过驱动电路驱动电机转动。执行部分主要由电机、减速机构和电磁离合器的组成。它起着转向辅助动力的产生，传递和中断的作用。而程序是助力控制方式的具体体现，它由控制方式和控制策略来决定。控制部分、程序、执行部分相互组合就构成了以一完整的汽车电动助力转向系统。经过组建系统调试后，得出了我们所需要的助力特性曲线，经过分析，采用的控制形式存在级变震动，为了减小震动的影响，必须增加助力曲线的数目以减小震动幅度，但是幅度必须足够的小，小到足以忽略频率的影响。
关键词：电动助力转向，单片机，助力曲线，直流电机，电机控制
ABSTRACT
Electric power steering system (EPS) has the advantage of sensitive, low energy consumption and environmental compatibility, and low cost compared with the traditional mechanical and hydraulic power steering system. At present, in many high-end vehicles are installed by the EPS, therefore, the development of EPS has great practical significance and commercial value. EPS controlled by the controller, actuator and procedures. The controller controlled by the signal acquisition, SCM, and circuit sent signals. SCM is the core components of the system, signal acquisition circuit to the acquisition of torque and speed signals sent to deal with SCM. Then, SCM sent the control signals to the signal circuit, after, driving circuit driving motor rotation. Actuator controlled by motor, reducer, and electromagnetic clutch. It plays to the formation of auxiliary power, transmission and the role of interruption. The assistance program is a concrete manifestation of control. It is decided by the control strategies. Controller, procedures, operation each other are combination of a complete vehicle electric power steering system. After the system debugging, we need to come to the assistance of the curve. After analysis, there is a shocking when the speed changes from one state to another. In order to reduce the impact of shock, we need to increase the number of curve to reduce the rate shock, however, the rate must be small enough to neglect the impact of the frequency.
Key words： electric power steering, SCM, power curve , DC motor, motor control
目 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
绪论 1
1.1转向系统的分类 1
1.2电动助力转向系统的发展现状 2
1.3 EPS的分类 2
1.3.1转向轴助力式 2
1.3.2转向小齿轮助力式 2
1.3.3转向齿条助力式 3
1.4 电动助力转向系统的优点 3
1.5电动助力转向系统的工作原理 4
2.系统设计 5
2.1电动助力转向系统选型 5
2.2机械部分系统设计 5
2.2.1设计要求分析 5
2.2.2实现形式 5
2.3控制部分系统设计 7
2.4电动转向系统总体设计 7
3.主要零部件选型 9
3.1主要机械部件选型 9
3.1.1直流电机选型 9
3.1.2电磁离合器的选型 11
3.1.3 转矩传感器选型 12
3.2 主要控制芯片的选型 14
3.2.1 单片机 14
3.2.2数模D/A转换器及模数A/D转换器 15
3.2.3 锁存器 17
3.2.4 STK6855电机控制芯片 18
3.2.5 TL494电机调速芯片 19
3.2.6LM224放大器 19
3.2.7场效应管 20
3.2.8稳压芯片 20
3.2.9主要选购件列表 21
4．机械设计部分 22
4.1 减速机构设计 22
4.1.1 减速器结构设计 22
4.1.2 减速器齿轮齿圈设计 23
4.1.3 强度校核 26
4.2传动锥齿轮设计 31
4.2.1外形尺寸设计 31
4.2.2锥齿轮校核 33
5.电路设计 35
5.1信号采集及A/D电路设计 35
5.2信号发送及D/A电路设计 36
5.3电机正反转电路设计 37
5.4 电磁离合器驱动电路设计 39
5.5电源控制电路设计 40
5.6 总电路设计 40
6. 程序设计 42
6.1 电动转向系统的助力曲线 42
6.2程序的前期数学处理 43
6.3 程序框图 46
6.4程序 48
6.5程序结果验证 54
6.6 助力曲线分析 58
参考文献 59
参考文献
绪论
随着近年来电子控制技术的成熟和成本的降低,电动助力转向系(EPS)统越来越受到人们的重视, 并以其具有传统动力转向系统不可比拟的优点, 迅速迈向了应用领域, 部分取代了液压动力转向系统(Hydraulic Power Steering, 简称HPS) 。电子控制技术在汽车动力转向系统中的应用, 使汽车的驾驶性能达到令人满意的程度。电动助力转向系统(EPS) 在汽车低速行驶转向时减轻转向力使转向轻便、灵活；在汽车高速行驶转向时,适当加重转向力,从而提高了高速行驶时的操纵稳定性, 增强了“路感”。不仅如此,EPS的能耗是HPS能耗的1 /3以下,且前者比后者使整车油耗下降可达3%～5%, 因而, EPS将成为汽车传统转向系统理想的升级换代产品。
1.1转向系统的分类
由于助力转向系统具有转向轻便和响应性好等优点，已经在汽车上广泛使用。 目前汽车配置的助力转向系统可分为以下3类。
1) 机械式液压助力转向系统
机械式液压助力转向系统在汽车上的应用最为广泛，系统的核心部件是机械液压泵。液压泵通过传动皮带由发动机驱动， 属于固定助力效果的助力转向系统。具有明显的缺点，转向系统的助力效果在车速较低时能够起到很好的作用，但是当车速不断升高时，固定的助力效果会使转向盘过于灵敏，不利于驾驶者对方向进行控制。
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