《汽車電器與電子技術(shù)》第章汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

第十章

汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1.概述2.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理3.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡(jiǎn)單模型與運(yùn)動(dòng)特性4.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的控制方法5.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)例和檢修6.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能臺(tái)架試驗(yàn)

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能很好的解決轉(zhuǎn)向時(shí)“輕”與“靈”的矛盾。即高的轉(zhuǎn)向靈敏性和好的操縱輕便性不可兼得。為解決這一矛盾，除采取盡量減輕自重、選擇最佳軸荷分配、提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)效率、減小主銷后傾角、選擇最佳轉(zhuǎn)向器速比曲線等措施外，通常都采用助力轉(zhuǎn)向方式。

1.助力轉(zhuǎn)向的產(chǎn)生背景一.概述2.助力轉(zhuǎn)向的概念

助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)通過液壓泵產(chǎn)生的液體壓力或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。是一種以駕駛員操縱方向盤（轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角）為輸入信號(hào)，以轉(zhuǎn)向車輪的角位移為輸出信號(hào)的伺服機(jī)構(gòu)。

3.助力轉(zhuǎn)向雙動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)

圖1助力轉(zhuǎn)向雙動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)4.助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型

電子控制式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）

傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）

5.對(duì)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求

助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到如下要求：（1）能有效減小操縱力，特別是停車轉(zhuǎn)向操縱力。而行車轉(zhuǎn)向的操縱力應(yīng)不大于250N。（2）轉(zhuǎn)向靈敏性好。助力轉(zhuǎn)向的靈敏度是指在轉(zhuǎn)向器操縱下，轉(zhuǎn)向助力器產(chǎn)生助力作用的快慢程度。助力作用快，轉(zhuǎn)向就靈敏。（3）具有直線行駛的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)向盤應(yīng)可自動(dòng)回正；駕駛員應(yīng)有良好的“路感”。（4）要有隨動(dòng)作用。轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角保持一定的關(guān)系，并能使轉(zhuǎn)向車輪保持在任意偏轉(zhuǎn)角位置上。（5）工作可靠。當(dāng)助力轉(zhuǎn)向失效或發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)能保證通過人力進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱。6.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）

EPS是利用電動(dòng)機(jī)作為助力源，根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向參數(shù)等，由電子控制單元（ECU）完成助力控制。圖2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1－轉(zhuǎn)向盤2－轉(zhuǎn)向軸3－電動(dòng)機(jī)4－離合器5－齒條6－小齒輪7－橫拉桿8－輸出軸9－減速機(jī)構(gòu)10－轉(zhuǎn)矩傳感器電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）助力性能優(yōu)

（2）效率高

（3）耗能少

（4）“路感”好

（5）回正性好

（6）對(duì)環(huán)境污染少

（7）可以獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作

（8）應(yīng)用范圍廣

（9）裝配性好易于布置二.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理圖3轉(zhuǎn)矩傳感器基本原理圖轉(zhuǎn)矩傳感器用于檢測(cè)作用于轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的大小與方向。在線圈的U、T兩端施加連續(xù)的脈沖電壓信號(hào)Ui，當(dāng)轉(zhuǎn)向桿上的轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，在V、W兩端的電位差Uo＝0。如果轉(zhuǎn)向桿上存在轉(zhuǎn)矩時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)角不為零，此時(shí)轉(zhuǎn)子與定子間產(chǎn)生角位移θ。各個(gè)極靴的磁通產(chǎn)生差別，電橋失去平衡，在V、W之間出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差與桿的扭轉(zhuǎn)角θ和輸入電壓Ui成比例。若比例系數(shù)為k則有由V、W兩端的電位差Uo就可以知道轉(zhuǎn)向盤桿的扭轉(zhuǎn)角，從而便可以知道轉(zhuǎn)向盤桿的轉(zhuǎn)矩。扭桿式電位計(jì)轉(zhuǎn)矩傳感器基本原理2.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(1)轉(zhuǎn)矩傳感器：(2)車速傳感器:車速傳感器常采用電磁感應(yīng)式傳感器，安裝在變速箱上。該傳感器根據(jù)車速的變化，把主副兩個(gè)系統(tǒng)的脈沖信號(hào)傳送給ECU，由于是兩個(gè)系統(tǒng)，因此信號(hào)的可靠性提高了。(3)電動(dòng)機(jī):

EPS的動(dòng)力源是電動(dòng)機(jī)，通常采用無刷永磁式直流電動(dòng)機(jī)，其功能是根據(jù)ECU的指令產(chǎn)生相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)向助力用的電動(dòng)機(jī)需要正反轉(zhuǎn)控制。一種比較簡(jiǎn)單適用的轉(zhuǎn)向助力電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路如圖4所示。

圖4電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路a1端得到輸入信號(hào)時(shí)電動(dòng)機(jī)有電流通過而正轉(zhuǎn)a2端得到輸入信號(hào)時(shí)電動(dòng)機(jī)有電流通過而反轉(zhuǎn)控制三極管基極電流信號(hào)觸發(fā)端(4)離合器：離合器采用干式電磁式離合器，其功能是保證EPS在預(yù)先設(shè)定的車速范圍內(nèi)閉合。當(dāng)車速超出設(shè)定車速范圍時(shí)，離合器斷開，電動(dòng)機(jī)不再提供助力，轉(zhuǎn)入手動(dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)。另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，離合器將自動(dòng)斷開。圖5電磁離合器工作原理圖1－滑環(huán)2－線圈3－壓板4－花鍵5－從動(dòng)軸6－主動(dòng)輪7－滾珠軸承工作原理:當(dāng)電流通過滑環(huán)進(jìn)入離合器線圈時(shí)，主動(dòng)輪產(chǎn)生電磁吸力，帶花鍵的壓板被吸引與主動(dòng)輪壓緊，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)過電機(jī)軸、主動(dòng)輪、壓板、花鍵、從動(dòng)軸傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(5)減速機(jī)構(gòu):減速機(jī)構(gòu)是用來增大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

(6)電子控制單元（ECU）：EPS的電子控制單元通常是一個(gè)8位單片機(jī)系統(tǒng)，是由一個(gè)8位單片機(jī)，另加一個(gè)256字節(jié)的RAM、4KRAM及一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器組成。其工作過程是當(dāng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車速信號(hào)輸入單片機(jī)后，單片機(jī)根據(jù)這些信號(hào)計(jì)算出最優(yōu)化助力轉(zhuǎn)矩，然后輸出此值給D/A轉(zhuǎn)換器，輸出電流指令信號(hào)給電機(jī)控制電路，由控制電路以決定電動(dòng)機(jī)作用的大小和方向。ECU還具有安全保護(hù)和故障診斷功能。

如圖2所示，不轉(zhuǎn)向時(shí)，助力電動(dòng)機(jī)不工作；當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與轉(zhuǎn)向軸相連的轉(zhuǎn)矩傳感器不斷地測(cè)出作用于轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩，并由此產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)；同時(shí)，由車速傳感器測(cè)出的汽車車速，也產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)。這兩路信號(hào)均被傳輸?shù)诫娮涌刂茊卧‥CU），經(jīng)過其運(yùn)算處理后，由ECU向電動(dòng)機(jī)和離合器發(fā)出控制指令，即向其輸出一個(gè)適合的電流，在離合器結(jié)合的同時(shí)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩經(jīng)與電動(dòng)機(jī)連在一起的離合器、減速機(jī)構(gòu)減速增矩后，施加在輸出軸上，輸出軸的下端與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器總成中的小齒輪相連，于是由電動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩最后通過齒輪齒條轉(zhuǎn)向器施加到汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力。2.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理三.電電動(dòng)助助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的的簡(jiǎn)單單模型型與運(yùn)運(yùn)動(dòng)特特性圖6電電動(dòng)動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)態(tài)態(tài)模型型轉(zhuǎn)向軸軸：依據(jù)牛牛頓運(yùn)運(yùn)動(dòng)定定理，，系統(tǒng)統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方方程為齒條軸軸：電動(dòng)機(jī)機(jī)：3.1電動(dòng)動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)態(tài)態(tài)模型型的建建立(1)(2)(3)式中Mm為為電動(dòng)動(dòng)機(jī)的的電磁磁轉(zhuǎn)矩矩，其其值決決定于于電動(dòng)機(jī)機(jī)的給給定電電流大大小。在本本系統(tǒng)統(tǒng)的計(jì)計(jì)算中中，Mm值值由轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩傳傳感器器給出出，可可表示示如下下：——轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向助助力增增益。。值定義義了轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向路路感，，合理理選擇擇Ka可得得到不不同的的轉(zhuǎn)向向路感感。(4)3.2電動(dòng)動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)統(tǒng)特性性分析析(1)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向阻阻力的的簡(jiǎn)簡(jiǎn)化——彈彈性系系數(shù)；；Fr——路路面對(duì)對(duì)輪胎胎產(chǎn)生生的隨隨機(jī)擾擾動(dòng)。。在實(shí)際際計(jì)算算中，，F(xiàn)r作為為一隨隨機(jī)信信號(hào)加加人到到系統(tǒng)統(tǒng)中，，使計(jì)計(jì)算更更接近近于實(shí)實(shí)際情情況。。(2)助助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Ma分析析Ma與車速速和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤盤的輸輸入轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩有有關(guān)：：式中Md——轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤盤轉(zhuǎn)矩矩；v———汽車速速度。。在不同同汽車車速度度下，，Ma－Md為為一族族非線線性曲曲線，，該族族曲線線表征征了電電動(dòng)助助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的的助力力特性性。(5)(6)在實(shí)際際控制制系統(tǒng)統(tǒng)中，，轉(zhuǎn)向向助力力Ma如下式式所示示。θm、x在實(shí)際際的應(yīng)應(yīng)用中中不易易測(cè)得得，其其值最最終決決定于于Md，而而Md則可可由轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩傳傳感器器測(cè)得得。該族非非線性性的助助力曲曲線由由不同同的助助力增增益Ka決定。。由于于不同同車型型的參參數(shù)不不同，，在不不同車車速下下所需需要提提供的的助力力值大大小不不同。。依據(jù)據(jù)對(duì)已已有實(shí)實(shí)車參參數(shù)的的擬合合，提提出了了Ka與車速速v的關(guān)系系表示示如下下t、k———為系系數(shù)，，根據(jù)據(jù)不同同車型型以及及不同同電動(dòng)動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)統(tǒng)取不不同的的值。。(7)(8)Ka隨車車速v的增大大而成成指數(shù)數(shù)減小小。增大Ka，相相應(yīng)地地增加加了電電機(jī)提提供的的轉(zhuǎn)向向助力力。因因此，，Ka描述述了駕駕駛員員的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向路路感。。由于不不同類類型的的汽車車的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向路路感不不同，，所以以式中中的函函數(shù)關(guān)關(guān)系應(yīng)應(yīng)當(dāng)根根據(jù)不不同車車型具具體確確定。。3.3Ka值分分析Ka值的的選取取必須須滿足足式（（4））中規(guī)規(guī)定的的條件件。如如果該該值過過大，，易引引起系系統(tǒng)的的不穩(wěn)穩(wěn)定。。對(duì)式（（l））～式式（3）及及式（（5））進(jìn)行行拉普普拉斯斯變換換后，，得到到以下下傳遞遞函數(shù)數(shù)：(9)該傳遞遞函數(shù)數(shù)Hc定義了了轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)統(tǒng)的跟跟隨性性能。。通過過對(duì)多多項(xiàng)式式Ac（s）的分分析，，可得得系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定定的條條件：：的所所有根根的實(shí)實(shí)部為為負(fù)。。式中：：由赫爾爾維茨茨穩(wěn)定定判據(jù)據(jù)可知知：ΔΔ3>0，，Δ5>0。。由這這兩個(gè)個(gè)不等等式可可得到到：式（10）中后后兩項(xiàng)含含有小參參數(shù)Jm、rs，所以以Ka可可表示為為由此式可可以看出出，助力力增益Ka的取取值只有有滿足式式（11）時(shí)該該系統(tǒng)才才能穩(wěn)定定工作。。(10)(11)3.4助助力特性性圖分析析以裝有齒齒輪軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)型電電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的中中型轎車車為研究究對(duì)象。。各參數(shù)數(shù)如表1所示：：rs

6.67mm

18.3311764741.90表1輸入信號(hào)號(hào)為Md，輸出出信號(hào)為為Ma。根據(jù)據(jù)式（1）～式式（5））及式（（7）～～式（8），通通過對(duì)三三自由度度動(dòng)態(tài)模模型仿真真，得到到如圖7所示的的順時(shí)針針轉(zhuǎn)向助助力特性性圖，逆逆時(shí)針助助力特性性圖與其其左右對(duì)對(duì)稱。圖7電電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)助力力特性該助力特特性圖有有如下特特點(diǎn)：（1）隨隨著Ka值的不不同，得得到不同同的助力力曲線Ma-Md。Ka值越大大，提供供的轉(zhuǎn)向向助力相相應(yīng)增加加，即隨隨著車速速的變化化，該系系統(tǒng)能夠夠提供不不同的助助力特性性。（2）在在轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩較小小的區(qū)域域，提供供的轉(zhuǎn)向向助力較較小或?yàn)闉榱?，且且在不同同車速時(shí)時(shí)，提供供的助力力時(shí)機(jī)不不同，這這就保持持了較好好的轉(zhuǎn)向向路感；；在常用用的快速速轉(zhuǎn)向行行駛區(qū)間間，助力力效果明明顯，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輕便便，降低低了駕駛駛員勞動(dòng)動(dòng)強(qiáng)度。。（3）不不同車速速時(shí)，提提供的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向助力力增益不不同。原原地轉(zhuǎn)向向或車速速較低時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)向助助力增益益較大，，轉(zhuǎn)向最最輕便。。（4）當(dāng)當(dāng)轉(zhuǎn)向盤盤轉(zhuǎn)矩Md≥7（（N.m）時(shí)，，助力力力矩Ma將保持持不變。。這與如如圖10-9所所示的力力矩傳感感器輸出出特性有有關(guān)。當(dāng)當(dāng)其轉(zhuǎn)角角大于8°（Md＝7N.m））時(shí)，輸輸出電壓壓不再發(fā)發(fā)生變化化，相應(yīng)應(yīng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Md也不會(huì)會(huì)發(fā)生變變化。這這使得電電動(dòng)機(jī)電電流不致致過大而而燒毀電電機(jī)。圖8轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩傳傳感器輸輸出特性性（5）改改變不同同的電動(dòng)動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)的參數(shù)數(shù)，應(yīng)用用該方法法，可得得到不同同的助力力特性。。四.電動(dòng)動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的控控制方法法4.1電電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向的的控制原原理電子控制制電動(dòng)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向向的控制制系統(tǒng)如如圖9所所示。該該系統(tǒng)的的核心是是一個(gè)有有4KBROM和256KBRAM的的8位微微機(jī)。圖9電電子控控制電動(dòng)動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的控控制系統(tǒng)統(tǒng)4.2電電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向的的控制策策略EPS系系統(tǒng)可以以對(duì)轉(zhuǎn)向向過程中中的每個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)（（轉(zhuǎn)向、、回正正、中間間位置））進(jìn)行精精確控制制，從而而提高汽汽車轉(zhuǎn)向向助力性性能。微微機(jī)可以以根據(jù)各各種傳感感器的信信號(hào)，判判斷轉(zhuǎn)向向狀態(tài)，，選擇執(zhí)執(zhí)行不同同控制模模式，根根據(jù)這些些要求，，制定EPS的的控制策策略?！镏刂浦浦刂浦剖窃谵D(zhuǎn)轉(zhuǎn)向過程程（轉(zhuǎn)向向角增大大）中為為減輕轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤的的操縱力力，通過過減速機(jī)機(jī)構(gòu)把電電機(jī)轉(zhuǎn)矩矩作用到到機(jī)械轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系（（轉(zhuǎn)向軸軸、齒輪輪、齒條條）上的的一種基基本控制制模式。。助力控控制的驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式式為（參見圖4電動(dòng)機(jī)機(jī)控制電電路圖）：使三三極管V1導(dǎo)通通，V2、V3管截截止，V4管斬?cái)夭?。該該控制利利用電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)矩和和電機(jī)電電流成比比例的特特性，由由轉(zhuǎn)向盤盤轉(zhuǎn)矩傳傳感器檢檢測(cè)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩信號(hào)號(hào)和由車車速傳感感器檢測(cè)測(cè)的車速速信號(hào)輸輸入控制制器單片片機(jī)中，，根據(jù)預(yù)預(yù)制的不不同車速速下“轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩－電電機(jī)助力力目標(biāo)電電流表””，確定定出電機(jī)機(jī)助力的的目標(biāo)電電流，通通過對(duì)反反饋電流流與電機(jī)機(jī)目標(biāo)電電流相比比較，利利用PID調(diào)節(jié)節(jié)器進(jìn)行行調(diào)節(jié)，，輸出PWM信信號(hào)到驅(qū)驅(qū)動(dòng)回路路以驅(qū)動(dòng)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)產(chǎn)生合適適的助力力?！锘卣刂浦苹卣刂浦剖菫楦母纳妻D(zhuǎn)向向回正特特性的一一種控制制模式。?；卣乜刂浦饕糜诘偷退傩旭傫?，此時(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)控制電電路實(shí)行行斷路，，即四個(gè)個(gè)三極管管均處于于截止?fàn)顮顟B(tài)，保保持機(jī)械械系統(tǒng)原原有的回回正特性性。對(duì)于于高速行行駛，為為防止轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向回正正超調(diào)，，采用阻阻尼控制制方式。?！镒枘峥刂浦谱枘峥刂浦剖瞧囓囘\(yùn)行時(shí)時(shí)為提高高高速直直線行駛駛穩(wěn)定性性的一種種控制模模式。汽汽車高速速行駛時(shí)時(shí)，如果果轉(zhuǎn)向過過于靈敏敏，會(huì)影影響汽車車的行駛駛穩(wěn)定性性，為提提高直線線行駛的的穩(wěn)定性性，在死死區(qū)范圍圍內(nèi)進(jìn)行行阻尼控控制。電機(jī)理想模型型的基本方方程為：：（11））式中u（t）、——分別為為電機(jī)的的端電壓壓和電樞樞電流；；ω（t）——電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；Ra、La———分別為電電機(jī)等效效內(nèi)阻和和電感；；KE——電動(dòng)動(dòng)勢(shì)常數(shù)數(shù)。EPS系系統(tǒng)中所所用電機(jī)機(jī)的電樞樞電感很很小，產(chǎn)產(chǎn)生的感感應(yīng)電動(dòng)動(dòng)勢(shì)可忽忽略不計(jì)計(jì)。若將將電機(jī)兩兩端短路路，則有有因此，用用一定占占空比的的PWM信號(hào)在在電動(dòng)機(jī)機(jī)控制電電路內(nèi)部部使電機(jī)機(jī)短路，，電機(jī)旋旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生生的反電電動(dòng)勢(shì)形形成阻礙礙電機(jī)繼繼續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的阻尼尼轉(zhuǎn)矩，，改變占占空比，，即改變變了阻尼尼轉(zhuǎn)矩的的大小。。（12））4.3電電動(dòng)助助力轉(zhuǎn)向向的控制制邏輯圖10助助力電電動(dòng)機(jī)控控制邏輯輯4.4電電動(dòng)助助力轉(zhuǎn)向向的控制制流程圖11控制制軟件流程圖圖五.電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)實(shí)例和檢修5.1富士士重工電動(dòng)助助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)1)系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖12控控制系統(tǒng)的電電路框圖核心是一個(gè)有有8k字節(jié)ROM和256字節(jié)RAM的8位單單片機(jī)10位10位2)系統(tǒng)控控制過程系統(tǒng)控制過程程一般包括助助力轉(zhuǎn)矩控制制過程和安全全功能有關(guān)的的控制過程。?？刂七^程是：：轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向角角信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器器后輸入計(jì)算機(jī)機(jī)，計(jì)算機(jī)根根據(jù)這些信號(hào)號(hào)和車速計(jì)算算出最優(yōu)化的助力力轉(zhuǎn)矩。電子控制器器將輸出的數(shù)數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為模擬量，再將其輸入入電流控制電路路。電流控制電電路把來自計(jì)計(jì)算機(jī)的電流流指令值同電電機(jī)電流實(shí)際際值進(jìn)行比較較，并產(chǎn)生一一個(gè)差值信號(hào)。該差值信號(hào)號(hào)被送到電機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，，便向電動(dòng)機(jī)機(jī)提供控制電電流并驅(qū)動(dòng)動(dòng)動(dòng)力裝置。3）控制系統(tǒng)統(tǒng)的功能（1）控制助助力轉(zhuǎn)矩的功功能圖13全電電子控制的助助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)助力轉(zhuǎn)矩特特性曲線系統(tǒng)還可根據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩變變化率、轉(zhuǎn)向向角速度和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向角進(jìn)行控控制，以改善善瞬態(tài)轉(zhuǎn)向靈靈敏度.圖14控控制功能框圖圖該系統(tǒng)具有回回正作用裝置置，可根據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角傳感器輸輸入的信號(hào)，，產(chǎn)生回正作作用力，使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪返回到到中間位置。。（2）自診斷斷和安全功能能當(dāng)出現(xiàn)任何一一種故障時(shí)，，系統(tǒng)均可顯顯示出相應(yīng)的的故障代碼。。系統(tǒng)有30多種故障檢檢查項(xiàng)目，如如果同時(shí)出現(xiàn)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)個(gè)故障時(shí)，系系統(tǒng)可依次顯顯示其故障代代碼。4.全電子子控制電動(dòng)助助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)的特點(diǎn)全電子控制的的動(dòng)力助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向作用力控控制范圍寬，并能根據(jù)駕駕駛條件設(shè)置置最優(yōu)化的轉(zhuǎn)向向作用力特性性，其特點(diǎn)主要要是：（1）可以十十分靈活地修修改轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向角和車速速信號(hào)的軟件控制邏輯輯，并能自由地地設(shè)置轉(zhuǎn)向助助力特性。（2）根據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向角進(jìn)行回回復(fù)控制和根根據(jù)轉(zhuǎn)向角速速度進(jìn)行阻尼尼控制，可提提供最優(yōu)化的轉(zhuǎn)向向返回特性。（3）由于僅僅當(dāng)需要時(shí)電電機(jī)才運(yùn)行，，所以動(dòng)力損耗和燃燃料消耗均可可降到最低。（4）利用電電機(jī)慣性的質(zhì)質(zhì)量阻尼效應(yīng)應(yīng)可以使轉(zhuǎn)向軸的顫動(dòng)動(dòng)降到最小。5.2三菱菱“米尼卡””車電子控制制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ECPS)1－車速傳感感器2－－速度表引出出電纜的部位位3－傳傳動(dòng)軸4－車速信號(hào)號(hào)（主）5－車速宿宿號(hào)（副）6－ECPS電子子控制器7－副駕駛員員腳下部位8－電動(dòng)動(dòng)機(jī)9－－扭桿10－齒條11－點(diǎn)點(diǎn)火電源12－蕾電電池13—發(fā)電信號(hào)號(hào)14－－指示燈電流流15－提高怠怠速電流16－電動(dòng)動(dòng)機(jī)電流17－離合合器電流18－轉(zhuǎn)矩矩信號(hào)（主））19－－轉(zhuǎn)矩信號(hào)（（副）20－離合器器21－電動(dòng)機(jī)機(jī)齒輪22－傳動(dòng)齒齒輪23－小齒輪24－點(diǎn)點(diǎn)火開關(guān)25－熔斷斷絲26－轉(zhuǎn)矩傳感感器27－轉(zhuǎn)向器齒齒輪總成28－交流發(fā)發(fā)電機(jī)（L端端子）29－指示燈燈30－怠速速提高電閥31－發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控控制器32－電動(dòng)機(jī)機(jī)與離合器圖15三三菱“米尼卡卡”車ECPS的結(jié)構(gòu)原原理圖16電電子控制器電電路示意圖1－點(diǎn)火開關(guān)關(guān)（IGI））2－交交流發(fā)電機(jī)（（L端子）3－易熔熔線4－－電動(dòng)機(jī)與離離合器4.1－電動(dòng)動(dòng)機(jī)4.2－離合器器5－轉(zhuǎn)矩傳傳感器5.1－副傳傳感器5.2－主傳傳感器6－自我修正正控制7－發(fā)電檢測(cè)測(cè)8－電電源電路9－電流極極性控制10－驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路11－中間、、轉(zhuǎn)向、操縱縱力的檢測(cè)，，主、副轉(zhuǎn)矩矩傳感器之差差12－－8位單片機(jī)機(jī)13－－傳感器、執(zhí)執(zhí)行部件故障障檢測(cè)14－電動(dòng)機(jī)機(jī)工作檢測(cè)15－車車速、加減速速基準(zhǔn)車速的的對(duì)比，主副副車速傳感器器之差16－自診斷斷測(cè)用端子17－二二極管18－車速傳傳感器圖17ECPS的控控制方框圖a.在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)已被起動(dòng)時(shí)時(shí)，交流發(fā)電機(jī)機(jī)L端子的電電壓加到電子子控制器上。。當(dāng)檢測(cè)到發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)處于起起動(dòng)姿態(tài)時(shí)，，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)轉(zhuǎn)為工作作狀態(tài)。b.行車時(shí)車速高于30km/h時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)換成普普通的轉(zhuǎn)向控控制，離合器器處于分離狀狀態(tài)。車速低于27km/h時(shí)時(shí)，ECPS的電子控制制器又輸出離離合器信號(hào)和和電動(dòng)機(jī)電流流，普通轉(zhuǎn)向向控制又轉(zhuǎn)換換為動(dòng)力轉(zhuǎn)向向的工作方式式。六.電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性性能臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)進(jìn)行電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性性能臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)的目的是求求出在變負(fù)載載條件下描述述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能能的主要特性性曲線，即表表征電機(jī)轉(zhuǎn)矩矩（電流）、、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩矩和車速三者者之間的關(guān)系系曲線。在進(jìn)進(jìn)行電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性性能試驗(yàn)之前前，需要對(duì)電電機(jī)電流傳感感器、轉(zhuǎn)矩傳傳感器進(jìn)行標(biāo)標(biāo)定。6.1電動(dòng)動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)性能試驗(yàn)驗(yàn)臺(tái)圖17電電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)性能試試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)對(duì)象:電電機(jī)為直流永永磁式的轉(zhuǎn)向向軸軸助力式的的EPS.額定功率180w，額定電壓12v，額定電流30A，額定轉(zhuǎn)矩1.1Nm，，額定轉(zhuǎn)速1200r/min，用蝸輪蝸桿減減速器速比15：l。圖18控控制器信號(hào)接接口圖1—點(diǎn)火信號(hào)號(hào)2—車車速3——轉(zhuǎn)矩傳感器器電源正4—未用5—故障障指示燈6—離合器器正7——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速速8—轉(zhuǎn)矩主信信號(hào)9——轉(zhuǎn)矩傳感器器電源負(fù)10—轉(zhuǎn)矩矩故障判斷11—離離合器負(fù)12—故障障碼接口13——電電視視正正14——電電視視負(fù)負(fù)15——電電池池正正16——電電池池負(fù)負(fù)按接接口口定定義義，，正正確確地地接接入入有有關(guān)關(guān)信信號(hào)號(hào)，，當(dāng)當(dāng)控控制制器器檢檢測(cè)測(cè)到到發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)點(diǎn)點(diǎn)火火信信號(hào)號(hào)后后，，便便進(jìn)進(jìn)行行自自檢檢，，包包括括對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向盤盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩、、車車速速、、發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速以以及及蓄蓄電電池池電電壓壓等等信信號(hào)號(hào)進(jìn)進(jìn)行行檢檢測(cè)測(cè)。。如如果果上上述述信信號(hào)號(hào)正正常常，，控控制制程程序序開開始始運(yùn)運(yùn)行行，，安安全全繼繼電電器器及及電電磁磁離離合合器器吸吸合合，，控控制制器器進(jìn)進(jìn)入入工工作作狀狀態(tài)態(tài)。。當(dāng)駕駕駛駛員員轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向盤盤時(shí)時(shí)，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩傳傳感感器器將將轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向盤盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩信信號(hào)號(hào)送送到到控控制制器器，，控控制制器器根根據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩、、車車速速信信號(hào)號(hào)和和反反饋饋電電流流信信號(hào)號(hào)進(jìn)進(jìn)行行處處理理運(yùn)運(yùn)算算后后，，將將控控制制信信號(hào)號(hào)輸輸出出到到驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)單單元元，，驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電機(jī)機(jī)產(chǎn)產(chǎn)生生合合適適的的助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩，，輔輔助助駕駕駛駛員員完完成成轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向操操作作。。6.2電電機(jī)機(jī)電電流流傳傳感感器器的的標(biāo)標(biāo)定定圖19反反饋饋精精密密電電阻阻標(biāo)標(biāo)定定曲曲線線助力力電電流流是表表征征電電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)助助力力特特性性的的重重要要參參數(shù)數(shù)之之一一。。被試試電電動(dòng)動(dòng)助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向系系統(tǒng)統(tǒng)的的ECU，，在在其其與與電電機(jī)機(jī)電電樞樞連連接接的的回回路路中中串串聯(lián)聯(lián)一一精密密電電阻阻，通通過過運(yùn)運(yùn)放放電電路路測(cè)測(cè)量量該該電電阻阻兩兩端端電電壓壓即即得得到到參參與與控控制制計(jì)計(jì)算算的的反反饋饋電電流流值值。。該該精精密密電電阻阻R的的標(biāo)標(biāo)定定曲曲線線如如圖圖19所所示示，，通通過過線線性性擬擬合合可可得得該該電電阻阻的的阻阻值值約約為為4.5mΩΩ。。6.3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩傳傳感感器器輸輸出出特特性性電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)根據(jù)據(jù)作用在在轉(zhuǎn)向盤盤上的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩信號(hào)號(hào)和車速速信號(hào)控控制電機(jī)機(jī)產(chǎn)生相相應(yīng)的助助力轉(zhuǎn)矩矩，因此此轉(zhuǎn)矩傳傳感器的的輸出特特性（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤輸輸入轉(zhuǎn)矩矩Ts與輸出出電壓U0的關(guān)系系）對(duì)電電動(dòng)助力力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)性能能至關(guān)重重要，進(jìn)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩矩傳感器器輸出特特性試驗(yàn)驗(yàn)時(shí)，固固定轉(zhuǎn)向向管柱下下端，將將轉(zhuǎn)矩標(biāo)標(biāo)定盤固固定在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤上上，左右右連續(xù)加加載和卸卸載，測(cè)測(cè)得該系系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩矩傳感器器輸出電電壓與加加載轉(zhuǎn)矩矩Ts的關(guān)系系。圖20轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩傳感器器輸出特特性輸出特性性呈良好好的線性性關(guān)系6.4電電動(dòng)助助力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)