汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題 目：汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) </p><p>　　控制電路研究 </p><p>　　專業(yè)代碼： 交通運(yùn)輸 </p><p>　　作者姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)：

2、</p><p>　　單 位： 汽車與交通工程學(xué)院 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種新型的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有以往任何助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不具備的助力效果和車速感應(yīng)能力，其核心部件電控單元能根據(jù)車速和方向盤操控力矩的不同決定是否助力以及助力的大小。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)已日趨成熟，且有取代液壓

3、動(dòng)力轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)，它是一項(xiàng)緊扣當(dāng)今汽車發(fā)展主題，符合未來(lái)汽車發(fā)展趨勢(shì)的高新技術(shù)。</p><p>　　本文主要闡述了汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)原理，并通過(guò)對(duì)其控制電路的研究設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)助力；控制電路；PID控制；脈寬調(diào)制</p><p><b>　　Abstract</b>&l

4、t;/p><p>　　The electrically operated boost steering system is one kind of new motor turning system, has boost effect and vehicle speed induction ability which any former boost steering system does not have,the

5、electrically controlled unit which is its core part can decide whether to boost as well as the boost size according to the vehicle speed and the different moments of steering wheel control force. The technology of electr

6、ically operated boost already changes to mature day by day, and it is one high an</p><p>　　This article mainly elaborates the development situation present and the structure principle of automobile electrica

7、lly operated boost steering control system, and introduces in detail to the method of the controlled process realizes through its control circuit's research design．</p><p>　　Key words: Electrically opera

8、ted boost;Control circuit;PID control;Pulse-duration modulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　1．電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述1</p><p>　　1．1電動(dòng)

9、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)生1</p><p>　　1．2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理2</p><p>　　1．3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景2</p><p>　　1．3．1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1．3．2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展前景3</p><p>　　2．電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元

10、概述3</p><p>　　3．控制電路設(shè)計(jì)研究4</p><p>　　3．1信號(hào)處理電路4</p><p>　　3．1．1角位移信號(hào)的處理電路4</p><p>　　3．1．2發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)的處理電路5</p><p>　　3．2驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電路6</p><p>　　3．2．1轉(zhuǎn)向控制

11、驅(qū)動(dòng)電路6</p><p>　　3．2．2脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路7</p><p>　　3．2．3邏輯電路9</p><p>　　3．2．4 H橋電路10</p><p>　　3．2．5電動(dòng)機(jī)保護(hù)及故障報(bào)警電路11</p><p><b>　　結(jié)論13</b></p><

12、p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p><b>　　致謝15</b></p><p>　　汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制電路研究</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種新型的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有以往任何助力轉(zhuǎn)向系

13、統(tǒng)所不具備的助力效果和車速感應(yīng)能力，其核心部件電控單元能根據(jù)車速和方向盤操控力矩的不同決定是否助力以及助力的大小。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)已日趨成熟，它是一項(xiàng)緊扣當(dāng)今汽車發(fā)展主題，符合未來(lái)汽車發(fā)展趨勢(shì)的高新技術(shù)[1]。</p><p>　　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最先應(yīng)用在日本的微型轎車上。此后，世界各大汽車公司相繼推出了自己的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并取得了巨大進(jìn)展。隨著高級(jí)轎車對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提出性能方面的更高要求，近幾年國(guó)外開發(fā)出了更為

14、成熟的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。凌志、皇冠等高檔轎車使用的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在低速或車輛就位時(shí)，駕駛員只需用較小的操作力就能實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)向；高速行駛時(shí)，自動(dòng)控制操作力逐漸增大，提高了操縱的穩(wěn)定性。</p><p>　　在我國(guó)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)起步并在迅速發(fā)展。清華大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)已經(jīng)進(jìn)行了EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)建模和動(dòng)力分析研究。合肥工業(yè)大學(xué)汽車系現(xiàn)已完成了轉(zhuǎn)向系運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算；中國(guó)南方航空動(dòng)力機(jī)械公司

15、開發(fā)出了比較完善的EPS系統(tǒng)[2]。</p><p>　　1．電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述</p><p>　　1．1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)生</p><p>　　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)英文全稱是Electronic Power Steering，簡(jiǎn)稱EPS，它利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力協(xié)助駕車者進(jìn)行動(dòng)力轉(zhuǎn)向。</p><p>　　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是于20世紀(jì)8

16、0年代中期提出來(lái)的。該技術(shù)發(fā)展最快、應(yīng)用較成熟的當(dāng)屬TRW轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和Delphi Sagiaw（薩吉諾）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而Delphi Sagiaw （薩吉諾）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又代表著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的前沿。它于20世紀(jì)50年代第一個(gè)把液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)推向市場(chǎng)，從此以后，Delphi轉(zhuǎn)向發(fā)展了技術(shù)更加成熟的液壓助力系統(tǒng)，使大部分的商用汽車和約50%的轎車裝備有該系統(tǒng)[3]?，F(xiàn)在,Delphi轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又領(lǐng)導(dǎo)了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一次新革命——電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電

17、動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)符合現(xiàn)代汽車機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)思想，具有廣闊的應(yīng)用前景。另外，隨著各項(xiàng)相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，EPS系統(tǒng)一定能夠不斷完善進(jìn)而走向成熟</p><p>　　1．2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理</p><p>　　伴隨著汽車技術(shù)的日新月異的發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，從純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)到機(jī)械液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，又到電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，上世紀(jì)80年代，又出現(xiàn)了

18、更為節(jié)能、操縱性能更優(yōu)的電子控制式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System簡(jiǎn)稱EPS)。目前，EPS在轎車和輕型汽車領(lǐng)域正逐步取代傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并向更大型轎車和商用客車方向發(fā)展，它已成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一，具有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械部分有多種型式，其中較常見的是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，助力裝置則由電動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)助力

19、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的液壓缸，電動(dòng)機(jī)從汽車蓄電池中獲得源。根據(jù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部位的不同，EPS分為：轉(zhuǎn)向柱助力式、轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式和齒條助力式三種。轉(zhuǎn)向柱助力式，即從助力電動(dòng)機(jī)輸出軸上輸出的助力矩經(jīng)減速及離合機(jī)構(gòu)傳遞到轉(zhuǎn)向柱上。但無(wú)論是哪一種形式的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其構(gòu)成和工作原理是大致相同的。主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動(dòng)機(jī)、電子控制單元(ECU)，離合器和減速機(jī)構(gòu)等組成。</p><p>　　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原

20、理是利用電動(dòng)機(jī)提供轉(zhuǎn)向助力，一旦有轉(zhuǎn)向動(dòng)作發(fā)生，扭矩傳感器可以根據(jù)轉(zhuǎn)向軸的扭轉(zhuǎn)變形量迅速測(cè)出轉(zhuǎn)向阻力矩的大小，并將該扭矩信號(hào)傳遞給ECU，同時(shí)ECU也會(huì)接收到來(lái)自車速傳感器的車速信號(hào)，根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)，ECU中的控制程序會(huì)按預(yù)先設(shè)計(jì)好的助力特性確定電動(dòng)機(jī)電流的大小，進(jìn)而確定電動(dòng)機(jī)的輸出力矩，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力[4]。</p><p>　　1．3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景</p><p>　

21、　1．3．1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　EPS是在EHPS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它取消了EHPS的液壓油泵、液壓油路、液壓油缸和密封圈等配件，純粹依靠電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件數(shù)量大大減少、可靠性增強(qiáng)，解決了長(zhǎng)期以來(lái)一直存在的液壓油路泄露和效率低下的問(wèn)題，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一次革命。</p><p>　　目前，EPS技術(shù)日趨成熟，國(guó)外新生產(chǎn)的轎車一半

22、以上都裝備EPS，不少國(guó)產(chǎn)轎車也裝備EPS。國(guó)外研發(fā)生產(chǎn)EPS的企業(yè)主要有美國(guó)的德爾福（DELPHI）、天合（TRW），日本的光洋（KOYO）、精工（NSK）、昭和（SHOWA），德國(guó)的采埃孚（ZF），英國(guó)的盧卡斯（LUCAS）等，他們都已具備大規(guī)模批量生產(chǎn)的能力。由于技術(shù)保密等原因，國(guó)內(nèi)對(duì)EPS的研究開發(fā)起步較晚，目前還處于起步階段。國(guó)內(nèi)研究EPS的主要是幾所高校（如清華大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、武漢理工大學(xué)等）

23、，且大都局限于理論和計(jì)算機(jī)防真[5]。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)EPS的企業(yè)有中國(guó)南方航空動(dòng)力機(jī)械公司技術(shù)中心、廣州跨越汽車配件公司等。國(guó)產(chǎn)汽車所裝備的EPS，絕大部分依賴進(jìn)口。</p><p>　　1．3．2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展前景</p><p>　　未來(lái)幾年內(nèi)，關(guān)于EPS的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：①在國(guó)內(nèi)，研發(fā)能大批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定可靠的EPS，特別是雙小齒輪式和齒條式EPS。②引入差動(dòng)輪系機(jī)

24、構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)，增加一個(gè)自由度，由先進(jìn)電動(dòng)機(jī)精確控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系可變傳動(dòng)比控制，將是追求良好操縱性能汽車的一個(gè)研究方向。③與電動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向（4WS）技術(shù)相結(jié)合，使汽車轉(zhuǎn)向時(shí)基本保持質(zhì)心側(cè)偏量為零，提高汽車低速行使時(shí)的靈活性和高速行使時(shí)的操縱穩(wěn)定性。④與制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）、電子制動(dòng)分配系統(tǒng)（EBD）和電子穩(wěn)定程序ESP等主動(dòng)安全系統(tǒng)相結(jié)合，控制汽車的操縱穩(wěn)定性。⑤線控轉(zhuǎn)向SBW是EPS的發(fā)展趨勢(shì)。隨著電子計(jì)算機(jī)

25、技術(shù)、電子技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，安全性和可靠性的不斷提高，SBW將在智能駕駛、智能交通系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。</p><p>　　2．電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元概述</p><p>　　控制單元是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向控制功能、保證系統(tǒng)具有良好性能及可靠工作的重要部件。其主要任務(wù)是處理系統(tǒng)各部分發(fā)送來(lái)的輸入信號(hào)、控制電動(dòng)機(jī)和繼電器等實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能。</p><p>　　

26、單片機(jī)控制單元結(jié)構(gòu)如圖1所示，其核心組成主要包括：8位P87C591型微控制器、信號(hào)處理電路、驅(qū)動(dòng)邏輯電路、H橋驅(qū)動(dòng)電路、電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路和故障報(bào)警電路等。P87C591單片機(jī)具有內(nèi)置的6通道A/D轉(zhuǎn)換器和PWM功能發(fā)生器能使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。</p><p>　　把檢測(cè)到的方向盤轉(zhuǎn)角作為系統(tǒng)輸入信號(hào)通過(guò)傳輸裝置傳送到P87C591單片機(jī)的ADC0腳，實(shí)際車輛轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)角作為系統(tǒng)的輸出信號(hào)送到單片機(jī)的ADC1腳，單片

27、機(jī)對(duì)輸入、輸出角位移信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)單片機(jī)的PWM0、P0．3口控制輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓大小及方向。為了控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，引入了電源電壓、電動(dòng)機(jī)電流、電動(dòng)機(jī)電壓監(jiān)測(cè)控制，電動(dòng)機(jī)電流、電源電壓及電動(dòng)機(jī)兩端電壓分別由ADC2、ADC3和ADC4腳輸入單片機(jī)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)沒有工作時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向?qū)⑹褂眯铍姵刂械膬?chǔ)備電能，這是不允許的，為此我們采用光電隔離傳感器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)，光電隔離傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)送入T1口進(jìn)

28、行計(jì)數(shù)。單片機(jī)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行判斷，發(fā)生故障時(shí)切斷H橋電源電壓，并輸出故障指示[6][8]。</p><p>　　圖1電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制框圖</p><p>　　3．控制電路設(shè)計(jì)研究</p><p>　　3．1 信號(hào)處理電路</p><p>　　3．1．1 角位移信號(hào)的處理電路</p><p>　　從角位移傳感器測(cè)得的角位

29、移信號(hào)，可以直接送到單片機(jī)的ADC0、ADC1口。但是由于外界環(huán)境的電磁干擾、以及多種成分的噪聲信號(hào)，雖然可以采用數(shù)字濾波器，但是如果存在高于/2（為采樣頻率）的頻率信號(hào)，根據(jù)采樣定理，采樣頻譜中高于/2的頻率分量采樣后會(huì)出現(xiàn)在低于/2用的信號(hào)頻段上，這樣就無(wú)法用數(shù)字濾波的方法將它們與信號(hào)分離。為了消除這種頻率混淆或假頻干擾，就只有在采樣之前先用一個(gè)截頻/2的低通濾波器把高于/2的頻率分量濾掉，以保證采樣時(shí)被采樣的頻譜只包含小于/2的頻

30、率分量，即滿足采樣定理。為此，本文采用兩級(jí)二階Butterworth低通濾波器，如圖2，圖3所示。對(duì)輸入單片機(jī)的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，以抑制不需要的雜散信號(hào)，使系統(tǒng)的信噪比增加。</p><p>　　圖2 輸入信號(hào)低通濾波電路</p><p>　　圖3輸出信號(hào)低通濾波電路</p><p>　　3．1．2 發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)的處理電路</p><p>　　

31、當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)沒有工作時(shí)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向?qū)⑹褂眯铍姵刂械膬?chǔ)備電能，這是不允許的，為此我們必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量并做出判斷。只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于某一設(shè)定值時(shí)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)才可以工作。我們采用光電隔離器來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。隔離板的平面圖如圖4所示，其原理圖如圖5所示。當(dāng)隔離板的凸緣位于光電隔離器的中間縫隙時(shí)，輸出端SP2就得到一個(gè)高電平信號(hào)，反之則得到一個(gè)低電平，這種就產(chǎn)生了一路方波信號(hào)。隔離板的芯軸直接與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸相接，這樣發(fā)動(dòng)

32、機(jī)每轉(zhuǎn)一周，在SP2端就得到四個(gè)方波信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)得快，相同時(shí)間段內(nèi)方波數(shù)就越多。方波信號(hào)通過(guò)整形電路整形后，送入單片機(jī)的T1口進(jìn)行計(jì)數(shù)，整形電路原理圖如圖6所示。整形電路中采用了集成電壓比較器LM311。單片機(jī)的16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1工作于計(jì)數(shù)模式，T2工作于定時(shí)模式。</p><p>　　圖4隔離板外形圖 圖5發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)速電路</p><p>　　

33、圖6 方波信號(hào)整形電路</p><p>　　3．2 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電路</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電路由以下幾部分組成：</p><p>　　轉(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路、邏輯電路、H橋電路、H橋電源開關(guān)電路。</p><p>　　3．2．1 轉(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　單片機(jī)的輸出電壓為0~5V，在P

34、0．3端口與電源之間接一個(gè)上拉電阻R19，如圖7所示。當(dāng)需要方向盤右轉(zhuǎn)時(shí)，P0．3輸出高電平，三極管T1導(dǎo)通，DIR輸出為0V低電平，送到邏輯電路；當(dāng)需要方向盤左轉(zhuǎn)時(shí)，P0．3輸出低電平，三極管T1截止，DIR輸出為12V高電平，送到邏輯電路。</p><p>　　圖7轉(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　3．2．2 脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　為了獲得可

35、調(diào)的直流電壓，可利用電子元件的可控性能，采用脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成大小可調(diào)的直流電壓，用以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)電樞端電壓的平滑調(diào)節(jié)，構(gòu)成直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　脈寬調(diào)速的工作原理見圖8，圖中虛線框內(nèi)的開關(guān)S表示脈寬調(diào)制器，調(diào)速系統(tǒng)的外加電源Us為固定直流電壓。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，直流電流經(jīng)過(guò)S給電動(dòng)機(jī)M供電；開關(guān)S打開時(shí)，直流電源供給M的電源被切斷，電動(dòng)機(jī)M經(jīng)二極管VD續(xù)流，電樞兩端電壓接

36、近為零。如果開關(guān)S按照某固定頻率開閉，而改變每周期內(nèi)的接通時(shí)間ton時(shí)，控制脈沖寬度相應(yīng)改變，從而改變了電動(dòng)機(jī)兩端平均電壓，達(dá)到調(diào)速目的[7]。脈沖波形見圖9。</p><p>　　圖8脈寬調(diào)速原理圖 圖9 脈沖波形</p><p>　　電動(dòng)機(jī)兩端的平均電壓為： </p><p>　　上式中，T——脈沖

37、周期；</p><p><b>　　——接通時(shí)間；</b></p><p>　　—PWM電壓的占空比（）</p><p>　　可見，在電源與PWM波周期T固定的條件下，可隨的改變而平滑調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)節(jié)。</p><p>　　P87C591 包含了脈寬調(diào)制輸出（PWM）通道，可輸出重復(fù)頻率為16KHz（fCL

38、K=12MHz）的脈沖信號(hào)，這種脈沖信號(hào)通過(guò)圖10的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路控制電動(dòng)機(jī)電路的通斷，因此它就相當(dāng)于上面講的開關(guān)S。</p><p>　　圖10脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　正如在前文中提到的，P87C591單片機(jī)規(guī)定當(dāng)PWM0的值大于計(jì)數(shù)器的值，對(duì)應(yīng)的PWM0腳輸出置低電平。如果小于等于計(jì)數(shù)器的值，輸出為高電平。所以當(dāng)PWM0=0時(shí)，PWM0腳輸出占空比為1；當(dāng)PWM0=25

39、5時(shí)，PWM0腳輸出占空比為0。為了使PWM0與占空比成正比，以符合我們的習(xí)慣，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖10的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)PWM0腳輸出高電平時(shí)，三極管T2導(dǎo)通，LOCK輸出為0V低電平，送到邏輯電路；PWM0腳輸出低電平時(shí)，三極管T2截止，LOCK輸出為12V高電平，送到邏輯電路。通過(guò)該脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路，使得PWM0與占空比及電動(dòng)機(jī)兩端電壓成比例，其對(duì)應(yīng)關(guān)系見下表。</p><p>　　表1 PWM0、占空比、電

40、動(dòng)機(jī)兩端電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　3．2．3 邏輯電路</p><p>　　邏輯電路主要作用是將轉(zhuǎn)向控制信號(hào)DIR、脈寬調(diào)制信號(hào)LOCK進(jìn)行邏輯組合，由LOCK信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)的電流電壓，DIR信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，形成控制H橋電路的控制信號(hào)，邏輯電路還具有防止H橋電路短路的作用。</p><p>　　邏輯電路由3個(gè)或非門(4001)和2個(gè)兩輸入與門(408

41、1)組成(見圖11)。當(dāng)轉(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)電路的輸出DIR為高電平時(shí)，即或非門U1C的兩個(gè)輸入腳8、9都為高電平時(shí)，則U1C的輸出腳10為低電平，由于或非門U1A的輸入腳2與DIR相同，該輸入腳為高電平，因此無(wú)論其輸入腳1為高電平還是低電平，它的輸出腳3都為低電平，或非門U1B的輸入腳6(或非門U1A的輸出腳3)為低電平，同時(shí)或非門U1B的輸入腳5(或非門U1C的輸出腳10)也為低電平，則或非門U1B的輸出為高電平，也就是與門U2A的輸入腳2

42、為高電平，而與門U2B的輸入腳9(或非門U1A的輸出腳3)為低電平；反之，當(dāng)DIR為低電平時(shí)，與門U2A的輸入腳2為低電平，與門U7B的輸入腳9為高電平[6]。綜上所述，采用圖11所示的電路保證了兩個(gè)與門不可能同時(shí)輸出高電平，也就不可能短路。此外，由圖11可以看出，兩輸入與門U2A、U2B的另一個(gè)輸入信號(hào)為脈寬調(diào)制信號(hào)LOCK。邏輯電路的輸出信號(hào)Q3J和Q4J是H橋電路的場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)信號(hào)。表2為邏輯電路輸入信號(hào)（DIR、LOCK）與輸

43、出信號(hào)（Q3J、Q4J）的工作情況表。</p><p><b>　　圖11邏輯電路</b></p><p>　　表2邏輯電路工作情況表</p><p>　　3．2．4 H橋電路</p><p>　　我們采用汽車上最常用的+12V電壓為系統(tǒng)的電源。單片機(jī)P87C591的PWM0口輸出的脈寬調(diào)制波形是單極性的，即在一個(gè)PWM

44、周期內(nèi)電動(dòng)機(jī)電樞只承受單極性的電壓，為了能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，我們采用H形橋電路，它由4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組成：2個(gè)N溝道增強(qiáng)型VMOS管IRFI3205(Ｑ3,Ｑ4)，2個(gè)P溝道增強(qiáng)型VMOS管IRFI4905(Ｑ1,Ｑ2)(見圖12)，圖中M1、M2為電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接線口，VMOS管相當(dāng)于開關(guān)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)被突然切斷時(shí)，VMOS管中的二極管起到續(xù)流二極管的作用，每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的兩端都并聯(lián)了一個(gè)穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管可限制場(chǎng)效應(yīng)管的源極-柵極電壓，防

45、止場(chǎng)效應(yīng)管因電壓過(guò)大而損壞。當(dāng)Q3J為高電平、Q4J為低電平時(shí)，Ｑ2與Ｑ3導(dǎo)通，Ｑ1與Ｑ4截止，電流方向?yàn)椋?12V--Q2--M2--M1--Q3--VSS，方向盤左轉(zhuǎn)；反之，當(dāng)Q3J為低電平、Q4J為高電平時(shí)，Ｑ2與Ｑ3截止，Ｑ1與Ｑ4導(dǎo)通，電流方向?yàn)椋?12V--Q1--M1--M2--Q4--VSS，方向盤右轉(zhuǎn)。</p><p>　　在換向時(shí)，要求先關(guān)斷導(dǎo)通的一組場(chǎng)效應(yīng)管，再接通斷開的另一組場(chǎng)效應(yīng)管，也就

46、是“錯(cuò)位”。這主要是由于場(chǎng)效應(yīng)管的關(guān)斷也需要一定的時(shí)間（通常是10ns~20ns）。否則，一旦在換向瞬間出現(xiàn)4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管同時(shí)導(dǎo)通的情況，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)崩潰。我們采用正反轉(zhuǎn)控制電路與門電路聯(lián)合控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通與截止來(lái)解決這一“錯(cuò)位”問(wèn)題。</p><p>　　K1為H橋電源開關(guān)，發(fā)生故障時(shí)可以切斷電源保護(hù)電動(dòng)機(jī)。IOUT為電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)輸出端，它通過(guò)電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)電路送到單片機(jī)的ADC2口，當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，單片機(jī)切斷

47、電源保護(hù)電動(dòng)機(jī)。</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　3．2．5 電動(dòng)機(jī)保護(hù)及故障報(bào)警電路</p><p>　　為了對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效保護(hù)，我們需要檢測(cè)電源電壓、電動(dòng)機(jī)電流等。并對(duì)這些信號(hào)處理、綜合、做出判斷，例如：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)沒有轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)H橋電源開關(guān)K1斷開，系統(tǒng)不能工作；當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流過(guò)大時(shí)、當(dāng)電源電

48、壓過(guò)小時(shí)、等等均屬于不正常工作狀態(tài)，需要發(fā)出警報(bào)，必要時(shí)要切斷H橋電源電壓，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)。圖13為H橋電源開關(guān)電路，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，P0．4輸出高電平，三極管T5導(dǎo)通、T4關(guān)斷，從而開關(guān)K1斷開，通過(guò)斷開K1來(lái)切斷H橋電源電壓。圖14為故障燈驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)P0．5為高電平時(shí)T3導(dǎo)通，故障燈亮，同時(shí)FOUT輸出低電平驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)[9]。對(duì)電動(dòng)機(jī)電流的檢測(cè)我們采用了如圖15的電路，IOUT點(diǎn)電壓UIOUT經(jīng)集成運(yùn)算放大器ICI6放大為

49、，經(jīng)濾波后送到單片機(jī)ADC2口進(jìn)行采樣。</p><p>　　圖13 H橋電源開關(guān)電路 圖14故障燈驅(qū)動(dòng)電路 </p><p>　　圖15電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)電路</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在過(guò)去的幾年中，EPS作為液壓系統(tǒng)的升級(jí)替代產(chǎn)品

50、已經(jīng)開始應(yīng)用到汽車制造領(lǐng)域的少數(shù)幾個(gè)方面。與之前的預(yù)測(cè)相反，EPS不僅適用于小型汽車，而且某些12V中型汽車（例如大眾帕薩特）也適合安裝電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。因此，EPS系統(tǒng)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，在某種意義上說(shuō)，哪家汽車企業(yè)擁有更先進(jìn)更完善的EPS系統(tǒng)，那么它就掌握了未來(lái)汽車發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。</p><p>　　本文簡(jiǎn)要介紹了汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的組成、發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，并通過(guò)對(duì)其控制電路的設(shè)計(jì)研究初步探

51、討了EPS的工作原理。在完成本文的過(guò)程中，我通過(guò)查閱現(xiàn)有的豐富資料，對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)EPS系統(tǒng)的研究成果有了一個(gè)大致的初步的了解。我國(guó)的現(xiàn)代汽車工業(yè)起步較晚，在很多技術(shù)領(lǐng)域都落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其是在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向等前沿技術(shù)方面更是如此。因此可以這樣說(shuō)，我國(guó)對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究還處于剛剛起步的階段。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[

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58、．微特電機(jī),2005(5)．</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本篇論文是在xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文選題、研究方法確定，到論文定稿，幾乎論文的每一字句都凝聚著導(dǎo)師的心血和教誨。導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、敏銳的思維方法、誨人不倦的品德以及無(wú)私忘我的工作精神，一直深深地影響和激勵(lì)著我，這將使我在今后的學(xué)習(xí)、工作和生活中受