汽车转向系统论文.doc

摘要汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构，以其卓越的性能，成为转向技术研究的重点和热点。其作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏离行驶方向时，能于行驶系统配合保持汽车能继续稳定行驶。因此，转向系统的性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性。本文针对电子助力转向系统在汽车上应用的日趋广泛和普及，对其原理、工作特点，各部件的组成及其配合进行解剖和分析，并对电动助力转向系统试验台架进行介绍，分析了EPS关键技术的性能特点以及发展趋势。关键字：EPS，转向系统，发展，工作原理，基本结构AbstractThe car turned system is used to change or remain with the car in the direction of specialized agencies. its function is to the car in the process to be in accordance with the pilots control demand and time to change its speed and direction under the road to the shocks and the car accident knocked off the road in be able to keep the road system to continue steady cooperation. therefore, to the system of the performance of the direct impact on the manipulation of stability and security. The paper against the power steering system in the car is wide application of standards and popularization of its principles, work, and the parts of the anatomy and coordination on and analysis, and the electric power steering system a review. Keywords：EPS,steering system，tracert，Makefile，test-bed目 录摘要.Abstract.1 设计总则.1 1.1 课题的来源.1 1.2 设计背景.1 1.2.1 EPS原理介绍.1 1.2.2 国内外发展的状况.3 1.3 特点综合分析以及设计目的.8 1.4 EPS的关键部件及关键技术101.4.1 扭距传感器.131.4.2 电磁离合器.131.4.3 减速机构.141.4.4 电动机.151.4.5 电子控制单元.161.5 电动助力转向的控制方法.161.5.1 阻尼控制.201.5.2 回正控制.201.5.3 助力控制.201.6 电动助力转向系统的故障现以及正确使用方法.221.7 EPS试验台架的介绍.231.7.1 台架的主要部件装置.241.7.2 实验数据的采集.251.7.3 实验目的.251.7.4 电动机电流传感器的标定.261.7.5 转矩传感器输出特性.261.7.6 电动助力转向系统台架试验的结论.27 致谢.28 参考文献.291.1 课题来源本课题汽车电动助力转向系统的综合分析来源于十堰职业技术学院图书馆1.2 设计背景1.2.1 EPS原理介绍汽车转向系统一直存在着“轻”与“灵”的矛盾，即汽车低速时需要“轻”的转向力，高速时需要“灵”的转向效果。同时，转向力与路感也相互制约。本课题将通过合适的综合控制方法，设计合适的控制系统，以提高汽车转向系统的操纵稳定性和路感，并为以后的深入研究EPS的工作打下良好的基础。EPS的英文全称是英文全称是Electronic Power Steering，中文翻译为电子控制动力转向系统。它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。目前市场市场上的EPS结构都大致相同。一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。电动式EPS是利用直流电动机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号，控制电动机扭矩的大小和方向。电动机的扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。而且EPS直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统, 省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。与传统的液压助力转向系统HPS(hydraulicpowersteering)相比,EPS系统还具有其他很多优点：仅在需要转向时才启动电机产生助力,能减少发动机燃油消耗；能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力向系的扰动，改善汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性；没有液压回路,调整和检测更容易,装配自动化程度更高,且可通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配,缩短生产和开发周期；不存在漏油问题,减小对环境的污染。正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的、已具有50多年历史的液压转向系统。EPS电动助力转向系统是未来转向系统的发展方向。1.2.2 国内外发展的状况电动式EPS是汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一，有利于汽车在不同车速下获得不同的静态助力特性，提高驾驶员转向时的路感和操纵稳定性。EPS不仅能使系统的低速和高速性能都得到明显改善，而且还能能提高燃油经济性，可节约燃料35。显然，EPS的研究与汽车发展中的安全、环保、节能三大主题相吻合。据美国TRW公司估计，到2010年，全世界轿车的动力转向系统中，EPS占1/3。英围卢卡斯公司认为，EPS在轿车上正在成为标准配置，而不是选装件，自1996至2006年，欧洲市场上的A、B、C级轿车安装EPS的比例将由35增加到70。据报导，到2005年，EPS的产量由目前的150万套增加到800万套，2007年将达到1140万套，即产量正以以130150万套/年的速度在增加，按此增长速度发展下去，用不了几年EPS将完全占领轿车市场，并向微型车、轻型车和中型车扩展。2000年9月，我国科技部、财政部和国家税务总局联合公布，将EPS列为汽车零部件“高新技术产品”之一。该项目是与国际同步虽属于国际前沿的研究课题之一，不仅具有较高的学术价值，丙且有着广阔的产业化前景。因此，更有效的将先进使用的控制理论与方法运用到EPS及控制系统中，自主创新汽车及电子控制技术的知识，为EPS的实际应用奠定理论基础，是国内在汽车工程界面临的重大课题，这必须将对提升我国汽车产品的质量起积极推动作用，带来显著的经济和社会效益。目前各大汽车公司对汽车电动助力转向系统的研究有20多年的历史。随着近年来电子控制技术的成熟和成本的降低，EPS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，部分取代了传统液压动力转向系统(Hydraulic Power Steering，简称HPS)。 在汽车的发展历程中，转向系统经历了四个发展阶段：从最初的机械式转向系统(Manual Steering，简称MS)发展为液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering，简称HPS)，然后又出现了电控液压助力转向系统(Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS)和电动助力转向系统(Electric Power Steering，简称EPS)。 装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统;1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，1993年本田汽车公司在爱克NSX跑车上装备EPS并取得了良好的市场效果；1999年奔驰和西门子公司开始投巨资开发EPS。上世纪九十年代初期，日本铃本、本田，三菱、美国Delphi汽车公司、德国ZF等公司相继推出了自己的EPS，TRW公司继推出 EHPS后也迅速推出了技术上比较成熟的带传动EPS和转向柱助力式EPSTM，并装配在Ford Fiesta和Mazda 323F等车上，此后EPS技术得到了飞速的发展。在国外，EPS已进入批量生产阶段，并成为汽车零部件高新技术产品，而我国动力转向系统目前绝大部分采用机械转向或液压助力转向，EPS的研究开发处于起步阶段。电动助力转向系统自20世纪80年代中期初提出以来，已大量装备于日本美国欧洲的中小排量车中，国内的本田飞度，昌河北斗星，夏利，吉利等车型也采用电动助力系统EPS。作为今后汽车转向系统的发展方向，必将取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统和电控制液压助力转向系统。EPS使用量分布图1.3 特点综合分析以及设计目的电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统，能显著改善汽车动态性能和静态性能、提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境的污染等。因此，该系统一经提出，就受到许多大汽车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流，与其它转向系统相比，该系统突出的优势体现在：(1)降低了燃油消耗。液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。相反电动助力转向系统（EPS）仅在需要转向操作时才需要电机提供的能量，该能量可以来自蓄电池，也可来自发动机。而且，能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关。当转向盘不转向时，电机不工作，需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作，输出相应大小及方向的转矩以产生助动转向力矩，而且，该系统在汽车原地转向时输出最大转向力矩，随着汽车速度的改变，输出的力矩也跟随改变。该系统真正实现了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（on-demand）系统。汽车在较冷的冬季起动时，传统的液压系统反应缓慢，直至液压油预热后才能正常工作。由于电动助力转向系统设计时不依赖于发动机而且没有液压油管，对冷天气不敏感，系统即使在-40时也能工作，所以提供了快速的冷起动。由于该系统没有起动时的预热，节省了能量。不使用液压泵，避免了发动机的寄生能量损失，提高了燃油经济性，装有电动助力转向系统的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表明，在不转向情况下，装有电动助力转向系统的国辆燃油消耗降低2.5%，在使用转向情况下，燃油消耗降低了5.5%。 (2)增强了转向跟随性。在电动助力转向系统中，电动助力机与助力机构直接相连可以使其能量直接用于车轮的转向。该系统利用惯性减振器的作用，使车轮的反转和转向前轮摆振大大减水。因此转向系统的抗扰动能力大大增强和液压助力转向系统相比，旋转力矩产生于电机，没有液压助力系统的转向迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。 (3)改善了转向回正特性。直到今天，动力转向系统性能的发展已经到了极限，电动助力转向系统的回正特性改变了这一切。当驾驶员使转向盘转动一角度后松开时，该系统能够自动调整使车轮回到正中。该系统还可以让工程师们利用软件在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。从最低车速到最高车速，可得到一簇回正特性曲线。通过灵活的软件编程，容易得到电机在不同车速及不同车况下的转矩特性，这种转矩特性使得该系统能显著地提高转向能力，提供了与车辆动态性能相机匹配的转向回正特性。而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来有一定困难。 (4)提高了操纵稳定性。通过对汽车在高速行驶时过度转向的方法测试汽车的稳定特性。采用该方法，给正在高速行驶（100km/h）的汽车一个过度的转角迫使它侧倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微电脑控制，使得汽车具有更高的稳定性，驾驶员有更舒适的感觉。(5)提供可变的转向助力。电动助力转向系统的转向力来自于电机。通过软件编程和硬件控制，可得到覆盖整个车速的可变转向力。可变转向力的大小取决于转向力矩和车速。无论是停车，低速或高速行驶时，它都能提供可靠的，可控性好的感觉，而且更易于车场操作。对于传统的液压系统，可变转向力矩获得非常困难而且费用很高，要想获得可变转向力矩，必须增加额外的控制器和其它硬件。但在电动助力转向系统中，可变转向力矩通常写入控制模块中，通过对软件的重新编写就可获得，并且所需费用很小。 (6)采用“绿色能源”，适应现代汽车的要求。电动助力转向系统应用“最干净”的电力作为能源，完全取缔了液压装置，不存在液压助力转向系统中液态油的泄漏问题，可以说该系统顺应了绿色化的时代趋势。该系统由于它没有液压油，没有软管、油泵和密封件，避免了污染。而液压转向系统油管使用的聚合物不能回收，易对环境造成污染。(7)系统结构简单，占用空间小，布置方便，性能优越。由于该系统具有良好的模块化设计，所以不需要对不同的系统重新进行设计、试验、加工等，不但节省了费用，也为设计不同的系统提供了极大的灵活性，而且更易于生产线装配。由于没有油泵、油管和发动机上的皮带轮，使得工程师们设计该系统时有更大的余地，而且该系统的控制模块可以和齿轮齿条设计在一起或单独设计，发动机部件的空间利用率极高。该系统省去了装于发动机上皮带轮和油泵，留出的空间可以用于安装其它部件。许多消费者在买车时非常关心车辆的维护与保养问题。装有电动助力转向系统的汽车没有油泵，没有软管连接，可以减少许多忧虑。实际上，传统的液压转向系统中，液压油泵和软管的事故率占整个系统故障的53%，如软管漏油和油泵漏油等。 (8)生产线装配性好。电动助力转向系统没有液压系统所需要的油泵、油管、流量控制阀、储油罐等部件，零件数目大大减少，减少了装配的工作量，节省了装配时间，提高了装配效率。(9)装配性好且易于布置。因为EPS系统零部件数目少，主要部件均可以组合在一起，所以整体外形尺寸比HPS小，这位整车布置带来方便，且易于在装配线上安装。电动助力转向系统自20世纪80年代中期初提出以来，已大量装备于日本美国欧洲的中小排量车中，国内的本田飞度，昌河北斗星，夏利，吉利等车型也采用电动助力系统EPS。作为今后汽车转向系统的发展方向，必将取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统和电控制液压助力转向系统。本课题研究的重点是对汽车EPS电动助力转向系统进行详细解析。1.4 EPS的关键部件及关键技术EPS主要由扭距传感器、车速传感器、电子控制单元、电磁离合器 、减速机构、电动机、等组成。(1). 高性价比的传感器技术EPS要向驾驶员提供良好的驾驶路感，提高辆行驶安全性，必须以获得准确的车辆状态信息和驾驶员指令为前提。因而可靠而耐用且成本低廉的传感器成为影响EPS成本和性能的重要因素。（2）控制策略开发传统的液压转向系统主要起到助力转向、降低驾驶员负荷的作用，而车辆高速行驶时转向过轻等一些影响车辆高速行驶稳定性和安全性的问题在液压转向系统中难以解决。而在EPS中，这一问题可以通过合理设计控制策略来解决。（3）. 助力电机随着EPS逐渐在中高级轿车上的应用，电机 的输出扭矩和输出功率也越来越大，而车辆所能提供安装空间的有限性和车辆轻量化设计的要求使得减小电机体积、提高电机比功率成为EPS电机开发的重要课题。基于EPS对电机高比功率和低噪声的特殊要求，无刷直流电机已经成为各中高档EPS的必然选择，开发高性价比的无刷电机将是影响EPS应用范围的重要因素之一。（4）. ECU硬件开发ECU是EPS的核心控制部件，ECU故障直接影响车辆的行驶安全和使用。有由于车辆布置的需要，ECU不得不布置在发动机舱内，车外环境温度也随季节和辆所处的地理位置在大范围内变化，同时由于ECU本身的工作电流导致其发热，ECU必须能在一40125 甚至150 oC下稳定工作，此外ECU必须具有良好的防水性能。(5). 故障诊断和处理技术EPS需要根据来自车速传感器、方向盘扭矩传感器、方向盘力矩传感器的各种信号决定控制策略。高端的EPS甚至可能用到车辆侧向加速度信号、车辆横摆角速度信号，以及来自ABS、ESP的各种信号。每种传感器信号甚至控制器本身都有一定的故障概率，EPS必须能够识别各种可能的故障，区分故障等级，并做出适当处理，以保证车辆的行驶安全性。(6). 蜗轮蜗杆传动机构电机特性决定其高效率输出区域为高速低扭矩，同时由于电机体积的限制，其输出扭矩不可能很大，要满足转向系统的要求必须对其进行减速增扭，蜗轮蜗杆减速机构以其较小的体积和大减速比而成为EPS减速机构的唯一选择。但是蜗轮蜗杆减速机构的效率较低、磨损严重等因素成为影响EPS性能的重要因素。为了提高其传动效率、降低磨损，EPS用蜗轮蜗杆减速机构都采用双头蜗杆。在设计时，合理选择蜗轮蜗杆啮合区域、调整啮合线形状，使之更容易形成承载油膜。目前EPS用蜗轮多采用具有良好润滑性和耐磨性的尼龙材料制造。(7). 齿轮齿条啮合设计EPS中齿轮齿条的受力状态与传统的液压转向系统有非常大的区别。在传统转向系统中，多数情况下驾驶员的转向力矩只有35 Nm，齿轮与齿条之间的接触力只有6001 000 N。而在管柱式、小齿轮式、双小齿轮式EPS中齿轮与齿条之间的接触力将达到5 000 N甚至10 000 N。因而EPS对齿轮的强度和齿轮齿条耐磨性能的要求将远高于传统液压转向系统。在参数设计、材料选择、制造工艺控制等方面也需要更加严格。电动助力转向系统在汽车上的布置图1.4.1扭矩传感器扭矩传感器的功能是测量驾驶员作用在转向盘上的力矩大小与方向，以及转向盘转角的大小和方向。车速传感器的功能是测量汽车行驶速度。这些信号都是 的控制信号。扭矩测量系统比较复杂且成本较高，所以精确、可靠、低成本的扭 矩传感器是决定能否占领市场的关键因素之一。目前采用较多的是在转向轴位置加一扭杆，通过测量扭杆的变形得到扭矩。另外也有采用非接触式扭矩传感器所示的非接触式扭矩传感器中有一对磁极环，其原理是：当输入轴与输出轴之间发生相对扭转位移时，磁极环之间的空气间隙发生变化，从而引起电磁感应系数变化。非接触式扭矩传感器的优点是体积小，精度高，缺点是成本较高。 非接触式扭矩传感器1.4.2电磁离合器离合器采用干式电磁离合器，其功用是保证EPS在预先设定的车速范围内闭合。当车速超出设定范围时，离合器断开，电动机不再提供助力，转入手动状态。为了提高性能，离合器设计成具有辞迟滞特性，并可实现无级离合。干式单片电磁离合器的工作原理如图所示。工作电压为DC12V,额定转速时传递的转矩为15N.M,线圈电阻(20摄氏度时)为19.5d。当电流通过滑环进入离合器线圈时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，电动机的动力经过电动机轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。电磁离合器由于转向助力的工作范围限定在某一定速度区域内，所以离合器一般设定一个车速范围，例如当车速超过30KM/h时，离合器便分离，电动机也停止了工作，这时就没有辅助转向的作用。当电动机停止了工作时，为了不使电动机和离合器的惯性影响转向系统的工作，离合器也应及时分离，以切断腹主动力。当系统中电动机等发生故障时，离合器会自动分离，这时仍可以恢复手动控制转向。为了减少与不加转向助力时驾车感觉上的差异，离合器不仅具有滞后输出的特性，同时还聚哟半离合器状态区域。1.4.3 减速机构减速机构是用来增大电动机的输出转矩，主要有两种形式：蜗轮蜗杆减速机构和双行星齿轮减速机构。前者主要是用于转向柱助力式转向系统，后者主要用于齿轮助力式和齿条助力式转向系统。为了抑制噪声和提高耐久性，减速机构中的齿轮油的采用树脂材料制成，有的采用特殊齿形。1.4.4 电动机EPS的动力源是电动机，通常采用无刷式用词式直流电动机，其功用是根据ECU的指令产生相应的输出转矩。电动机是影响EPS性能的主要因素之一，不仅要求低转速大转矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻。而且要求可靠性能高、控制性能好。在电动机设计时。应着重考虑如何提高路感、降低噪声和振动，如在电动机转子周缘开设不对称或螺旋状的环巢、考特殊形状的钉子产生不均匀磁场等来提高电动机的性能。转向助力用的电动机粗要正反转控制。一种比较简单适用的转向助力电动机正反转控制电路如图。 电动机正反转控制电路图中Q4、Q2为触发信号端，从微机系统的D/A转换器得到俄直流信号输入到Q4、Q2端，用以触发电动机产生正反转。当Q2端得到输出信号时，Q2处晶体管导通，Q3处得到基极电流而导通，电流经Q3处晶体管的发射极和集电极、电动机M、Q2的集电极和发射极搭铁，电动机有电流通过而正转。当Q4端得到输入信号时，晶体管Q4晶体管导通欧冠，Q1晶体管得到基极电流而导通，电流经过Q1晶体管的发射极和集电极、电动机M、Q4晶体管的集电极和发射极搭铁，电动机有反向电流通过二反转。控制触发信号端的电流大小，就可以控制电动机通过电流的大小。1.4.5 电子控制单元EPS的电子控制单元（ECU）通常是一个8位单片机系统，由一个8位单片机，另加一个256B的RAM、4KB的ROM及一个D/A 转换器组成。其工作过程是：当转矩信号和车速信号输入单片机后，单片机根据这些信号计算出最优化助力转矩，然后输出此值给D/A转化器，输出电流指令信号给电动机控制电路，由控制电路决定电动机作用的大小和方向。此外，ECU的关键之一，控制系统应具有强抗干扰能力，控制算法应快速准确，以满足实时控制的要求。ECU还具有安全保护和故障诊断功能。ECU通过采集电动机电压、转速等信号判断其系统工作状况是否正常，一旦系统工作异常，ECU将进行故障诊断分析，单片机将记录下故障类型，电量仪表盘上的故障灯，同时ECU上的故障码显示灯点亮，离合器断开，助力被取消，系统转入人工转向状态。1.5电动助力转向的控制方法电子控制电动助力转向的控制系统如图所示。该系统的核心是一个有4KB ROM和256B RAM的8bit微机。转矩传感器车速传感器电子控制单元A/D接口电路接口电路接口电路车载电源电磁离合器故障诊断助力电机电源电压反馈信号电动助力转向系统控制框图转向盘转矩信号和车速信号经过输入接口送入微机，随着车速的升高，微机控制相应的降低助力电动机电流，以减小助力转矩。发动机转速信号也被送入微机，当发动机处于怠速时，由于供电不足，助力电动机和离合器不工作。点火开关的通断（ON/OFF）信号经A/D转换接口送入电动机和离合器的驱动放大电路中，控制电动机的旋转转向和离合器的离合。电动机的电流经驱动放大回路、电流表A、A/D转换接口反馈给微机，将电动机的实际电流与按微机指令应给的电流相比较，调节电动机的实际电流，是两者接近一致。随着汽车车速和转换转矩的变化，助力电动机通过的电流也应变化。EPS系统可以对转向过程中的每个环节（转向、回正、中间位置）进行精确控制，从而提高汽车转向助力性能。微机可以根据各种传感器的信号，判断转向状态，选择执行不同控制模式，并根据这些要求制定EPS的控制策略。开始选择采样通道设置采样通道启动A/D转换转换是否结束？保存转换结果到Pi采样次数大于5？加权平均数字虑波返回转换结果A/D转换A/D采集程序流程图1.5.1阻尼控制阻尼控制是汽车运行时为提高高速直线行驶稳定性的一种控制模式。汽车在高速行驶时，如果转向过于灵敏，驾驶员就会有通常说的“飘”的感觉,这给驾驶带来很大的危险。为提高高速行驶时驾驶的稳定性,在方向盘转矩处于死区范围(方向盘接近或已回到中间位置)内进行阻尼控制,适当加重方向盘的阻力,增加驾驶员在高速转向时的手感。同时,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,必须采用主动阻尼控制。当方向盘转向后回到中间位置时,由于电动机的惯性存在,在不加其它控制的情况下,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,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,即利用电动机旋转产生的反电动势形成阻碍电动机继续旋转的阻尼转矩。1.5.2回正控制回正控制是为改善转向回正特性的一种控制模式。汽车在行驶过程中转向时，由于转向轮注销后倾角和主销内倾角的存在，使得转向轮具有自动回正的作用。随着车速的提高，回正转矩增大，而轮胎与地面的侧向附着系数却减小，二者综合作用使得回正性能提高。根据转向盘转矩和转动的方向可以判断转向盘是否处于回正状态。回正控制主要是用于低速行驶，此时电动机控制电路实行断路，即四个晶体管均处于截止状态，保持机械系统原有的回正特性。对于高速行驶，为防治转向户政超调，采用阻尼控制方式。1.5.3 助力控制助力控制是在转向过程（转向角增大）中为减轻转向盘的操纵力，通过减速机构把电动机转矩作用到机械转向系统（转向轴、齿轮、齿条）上的一种基本控制模式。该控制利用电动机转矩和电动机电流成比例的特性，有转向盘转矩传感器检测的转矩信号和由车速传感器检测的车速信号输入控制器单片机中，根据预测的不同车速下“转矩-电动机助力转向目标电流表”，确定电动机助力的目标电流，通过对反馈电流与电动机目标电流相比较，利用PID调节器进行调节，输出PWM信号到驱动回路，以驱动电动机产生合适的助力。开 始输入比较缓冲寄存器1的值初始化定时器端口使能中断定时器1中断设置设定定时器1配置寄存器设定计数缓冲寄存器1的值设定缓冲寄存器1的值更新倒计时寄存器1的值定时器1使能结 束PWM控制程序流程图16 电动助力转向系统的故障现象以及正确使用方法转向沉重多是由于转向助力系统不起作用引起的，它与转向机械部分无 关。导致转向沉重的具体原因有：1液压系统油量不足、油路密封性能差、有空气进入液压系统内部、液压泵的齿轮泵腔磨损严重或带动液压泵的皮带齿轮损坏，这些都可导致转向助力系统不起作用。2转向跑偏现象多是由于检修转向机时装配或调整不当引起的，特别是转向机涡轮蜗杆及液压油分配阀的装配与调整不当，都能引起转向跑偏。3转向发摆现象多是由于转向链接机构松旷、前轮定位不当及两前轮胎的差异引起的。4转向时有异响噪声多是由于驱动皮带轮松旷、固定转向泵的螺栓松动或储寸器的页面过低引起的。不少司机在驾驶带有助力转向系统的车辆时，时常会将方向打死，这样做很容易对助力转向系统造成损失。使用液压助力转向系统（包括机械式液压助力转向系统和电控式液压助力转向），若将方向打到头，助力系统内的液压油因方向打死，通道接近封闭，造成泵轴转动皮带传递至发动机。如果这是发动机是怠速情况，很容易造成怠速不稳或熄火。通常在液压助力转向泵上有一个压力感应器，它会把压力情况传到行车电脑（ECU），行车电脑会加大发动机的喷油量，提高转速，防止熄，但行车电脑所给出的加大喷油量是有限的，如果方向打死时间过长，发动机最终还是会因转速过低而熄火，这时，驾驶员通常会人为地加大油门，这样做会使助力泵的油路系统压力过高，造成助力泵寿命减短或损坏。而使用电动助力转向系统，若方向长时间处于打死状态，极易造成电动机烧毁。正确使用转向助力转向系统的方法为：打方向时不要将方向打死，如果发现方向打到死，要稍微回一下方向，这样不仅不影响转向效果，而且还能保护助力转向系统不受损坏。如果注意听的话，当把方向打死时，发动机的声音和助力泵（或电动机）的声音会和平常情况下有所不同，稍微会一点儿方向，这种声音就会消失。无论是液压助力转向系统，海华丝电动助力转向系统，若遇到必须将方向打死的情况， 打死方向的时间尽量不要超过5S。1.7 EPS试验台架的介绍电动助力转向系统试验台架可以精确地模拟在高速中不同路面状况下，路面对轮胎的冲击作用以及由此而引起的轮胎动载荷的变化：可以测量不同车速、级路面状况下的轮胎回正力矩的大小，据此可以重新设计EPS的助力特性。通过台架实验可以探索电动机的助力规律，检验助力控制程序的运行效果，分析EPS与汽车协调性能之间的关系。电动助力转向实验台包括三个部分，分别为台架部分、助力电动机的控制系统和信号采样分析系统。1、轮胎负重加载箱 2、前轮定位均分梁 3、动力输入装置 4、轮距测量滚动台 5、滚动台限位导向机构 6、激振器 7、齿轮齿条转向装置 电动助力转向机械结构图台架试验总体结构框图1.7.1 台架的主要部件装置包括：1一套齿轮齿条式电动助力转向装置（带转矩传感器和助理电动机）2自行设计开发的EPS控制器ECU3研究PCI-1713数据采集系统一套4带调速控制器的调速电机一台，用于驱动轮胎的转动5脉冲信号发生器，用于产生与调速电机相应的车速信号6用于测量轮胎唉转向力矩和回正力矩大小的转矩测量滚动台7附属设备，包括蓄电池、电源开关等实验开始后，信号采样分析系统自动启动。采样系统的PC机兼视试验台的各种传感器的信号变化。一旦转动方向盘，齿条带动轮胎主销作相应的转动，转矩测量滚动台的四根拉力弹簧被拉紧，转向负荷随着转向盘转角的变化而变化，直至达到该行驶工况下所能达到的最大值。随着转向盘转角的增加，转向盘转矩信号逐渐增大，当其超过开始助力的门限制时，电控系统指令电动机开始助力，电动机的工作电流的大小由控制程序根据转矩信号、车辆行驶速度、车辆负重载荷、路况确定。当一个转向周期结束后数据集系统会绘制出转向盘转矩、转角以及电流变化，在不同负重载荷、路况情况下的变化曲线。分析电动助力转向系统的助力效果、助力特性曲线的变化情况。 1.7.2 实验数据的采集对实验数据的采集和分析是台架试验的重要环节，是分析和改进所研究的EPS系统的重要依据。一般使用的数据采集卡是台湾研发的PCI-1713数据采集卡。PCI-1713具有12位的A/D转换器，最高采样数据达到100KHZ，它可用作32个单通道的数据采集，也可用作16个双通道的数据采集。同时，还配有相应的开发程序，用户可在此基础上进行采样的相关设置，如采样通道的选取、采样的频率以及触发方式等。1.7.3 实验目的台架实验主要目的是所设计的控制器的可行性和所研究的控制策略的有效性。在实验过程中，一方面可以发现设计的控制器存在的问题，改进控制器的功能；调试所编写的软件，完善系统软件功能。另一方面可以研究分析所采用的控制策略的有效性和稳定性，为EPS控制策略的进一步研究奠定基础。此外还要对设计的EPS进行以下规定的性能实验。(1) .输入、输出特性实验将被试装置安装在试验台架上，系统工作正常，吧输出端刚性固定或加弹性载荷，设定不同车速，分别向两个方向匀速转动输入轴，转到输入力矩至设定值位止，同时记录各个车速下输入力矩与输出力矩关系曲线。做出不同车速下的转向手动特性；分别测出不同车速下左右最大转动力矩；分别计算出各车速下曲线的对称度。(2) .助力电流特性实验将被实验装置安装在试验台架上，系统工作正常。匀速转动转向盘，使输入端载荷达到额定载荷，设定不同车速，记录输入载荷与电流变化关系。做出不同车速下的电流特性；分别测出各车速下最大行程时的左右最大电流。(3) .反向冲击实验将被试装置安装在试验台架上，系统工作正常，当转向盘处于直线行驶位置时，在转向器输入端施加一个角阶跃输入，时间不超过10毫秒，记录冲击时的电流响应时间和方向。1.7.4 电动机电流传感器的标定由直流电动机特性可知，电动机输出转矩与电枢电流成正比，因此助力电流是表征电动助力转向系统特性的重要参数之一。被试电动助力转向系统ECU，在其与电动机连接的回路中串联一精密电阻，通过运算放大电路来测量该电阻两端电压即得到参与控制计算的反馈Md,所以要求与电动机串联的电阻阻值很小，且阻值不随环境温度的变化而产生较大变化。1.7.5 转矩传感器输出特性 电动助力转向系统 根据作用转向盘上的转矩信号和车速信号控制电动机沉声相应的助力转矩，因此转矩传