汽车电动助力转向系统的研究与方案摘要：
现代汽车技术追求高效节能，高舒适性和高安全性三大目标。作为汽车最重要的子系统之一，转向系统的发展也一直努力追求达到这些目标。与传统液压助力转向系统（HPS）相比，电动助力转向系统（EPS）能节省油耗约3%~5%,具有结构精巧、节能环保、安全舒适等优点，是汽车助力转向系统的发展方向。
英飞凌作为世界第二大车用半导体供应商，一直致力于开发新的产品以适应于电动助力转向系统的发展。本文首先介绍转向系统的市场分析以及EPS的分类及其基本功能，然后在此基础上介绍英飞凌对于基于两种不同电机的EPS系统的解决方案及其产品，最后本文分析了EPS的两个新方向以及英飞凌将采用的解决方案和新的产品技术。
1.转向系统市场分析
在汽车的发展历程中，转向体经历了四个阶段：从简单的纯机械式转向系统（Mechanical Steering,MS）发展到液压助力转向系统（Hydraulic Power Steering,HPS），然后又出现了电液助力转向系统（Electrically Powered Hydraulic Steering,EHPS），而目前正开始广泛应用的是电动助力转向系统（Electric Power Steering,EPS）。
与传统的液压动力转向系统相比，电动助力转向系统主要有以下几个方面的优势：
1.能耗少：EPS没有转向油泵，且只在转向时电动机才提供助力，所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低。比液压助力转向系统可节约燃油3%~5%,因而燃油经济性有了很大的提高。
2.路感好：EPS能在各种行驶工况下提供最佳力，减小路面不平度所引起的对转向系的扰动。且由于EPS 系统内部采用刚性连接，系统的滞后特性可以通过软件加以控制，因此有较好的路感。
3.安装方便：EPS取消了油泵、皮带、密封件、液压软管、液压油及密封件等零件，并且其电机和减速机构安装在转向柱或装在转向器内，从而使整个转向系统的重量减轻、结构紧凑且安装方便。
4.回正性能好：EPS结构简单精确、内部阻力小、回正性能好，而且可以通过软件进行补偿，从而可以得到最佳的转向回正特性，且可改善汽车的操纵稳定性。
5.应用范围广：EPS可适应各种汽车，目前主要用于轿车和轻型载货汽车。而对于新能源车，尤其是纯电动汽车，EPS系统为其最佳选择。
6.整车网络构建：EPS由于有CAN/LIN的网络接口，可以与汽车其它电子控制系统结合，例如主动悬架、制动防抱死（ABS）及驾驶员辅助系统等，共享其电子装置的功能，实现更加复杂的功能，比如汽车智能化的终极目标：无人驾驶。
下表一是世界着名的咨询公司Strategy Analytics对全球转向系统的预测，可以看到EPS将占据50%以上的市场份额。
表一：2007-2018全球转向系统市场预测（百万套）若分区域来看，过去主要在欧美和日本采用EPS.但是从2015开始，中国将超过欧美和日本，成为全球最大的EPS市场。见下表二。
表二：2007-2017 全球转向系统市场分区域预测（百万套）若分车型来看，所有的广义乘用车都能应用EPS,从2007年至2017年的平均年增长率为15%.不过由于大型轿车和轻卡对于EPS的需求增长迅猛，表三显示从C级以下的小型轿车的份额从2007年的86%下降为2018年的66%.
表三：2007-2018 全球转向系统市场分车型预测（百万套）
2.电动助力转向系统的介绍
电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上发展起来的，它利用电动机产生的动力来帮助驾驶员进行转向操作。系统主要由三大部分构成：信号传感装置（包括扭矩传感器、
方向盘角度传感器和车速传感器），电子控制单元和转向助力机构（电机、离合器、减速传动机构等）。
电动机仅在需要助力时工作，驾驶员在操纵转向盘时，装在转向盘轴上的扭矩传感器不断地测出转向轴上的扭短信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号，确定助力扭矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，调整转向辅助动力的大小。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，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。
根据电机安装位置和机械结构的不同，电动助力转向系统系统可以分为：管柱助力式（Column Mounted），小齿轮助力式（Pinion mounted），双小齿轮助力式（2xPinion mounted）和齿条助力式（Rack mounted）。具体的如下图一所示：
图一：电动助力转向系统的分类
管柱助力式EPS系统中将助力电机安装在管柱上，通过减速增扭机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。这样的系统结构简单紧凑、易于安装，但由于助力电机安装在驾驶舱内，受到空间布置和噪声的影响，电机的体积较小，输出扭矩不大，一般只用在小型及紧凑型车辆上。小齿轮助力式EPS系统中将助力电机和减速增扭机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮实现助力转向。由于助力电机不是安装在乘客舱内，因此可以使用较大的电机以获得较高的助力扭矩，而不必担心电机转动惯量太大产生的噪声。双小齿轮助力式EPS系统由于增加了一对齿轮齿条而能提供比小齿轮助力式更大的助力，但是成本上也略高。而齿条助力式EPS系统中将助力电机和减速增扭机构直接驱动齿条提供助力，因此能提供更大的助力，但整套系统结构复杂，成本较高，所以适用于豪华车和商务车上。
无论哪种EPS系统，其要实现的功能大致相同：
1.助力控制：在汽车停车及低速行驶时提供较大辅助力矩，使转向过程快捷轻便的进行，而在汽车高速行驶时提供较小的辅助力矩以保持转向过程的可靠与沉稳。
2.阻尼控制：利用电机感应电动势来减弱汽车高速行驶时出现的方向盘抖动现象，目的是提高汽车高速直线行驶稳定性和快速转向收敛性。
3.回正控制：驾驶员松开转向盘后，随着作用在转向盘上的力的减小，转向盘将在回正力矩的作用下回正。需要防止两种情况：（1）回正力矩过大，引起转向盘位置超调；（2）回正力矩过小，转向盘不能回到中间位置。
4.系统通信功能：通过CAN/LIN总线与其他汽车控制系统进行通讯，实现更加复杂的功能。
5.系统故障诊断功能：能实时监控整个系统，具有故障报警和提示功能，在故障不能自动排除时关断EPS使车辆进入传统的机械转向模式。
为了实现上述功能，软硬件的选择就非常重要。从半导体供应商的角度，EPS系统中选择的助力电机的类型非常关键。一般来讲，常用的EPS助力电机分为直流有刷电机（DC）和直流无刷电机（BLDC）两种。针对这两种电机，英飞凌都有相应的全套解决方案。
3.英飞凌电动助力转向系统方案：直流有刷电机
直流有刷电机（DC）由于技术成熟、控制器简单、成本低等特点，短时间内仍将在EPS 电机中占据主导地位。目前主要应用于低成本的EPS上，代表车型为日系车和国内自主品牌的低端车。
针对于基于直流有刷电机的EPS系统，英飞凌提出一套非常成熟可靠的方案，见图二。
图二：英飞凌基于直流有刷电机的EPS方案
1.传感器
EPS系统中最重要的输入信号就是方向盘的扭矩，因此扭矩传感器的选择非常重要。目前国内大部分EPS系统采用的是电位计式扭矩传感器，最主要的原因是技术成熟、价格便宜。不过由于其是接触式测量，使用时间长后容易磨损，导致测量值不准确，并且其信号的一致性与精确度都不高。
因此英飞凌推荐使用2片线性霍尔传感器TLE4998/TLE4997作为扭距传感器。TLE4998是一款全面采用数字逻辑结构（20 bit的数字信号处理），具有数字温度补偿功能的汽车级（-40℃-150℃）的可编程线性霍尔传感器，根据需要可输出SPC（Short PWM Code）、PWM或SENT（Single Edge Nibble Transmission）信号，其中PWM信号具有12位的分辨率，而SPC和SENT信号更具有高达16位的分辨率。此外，TLE4998还带有各种保护（防反接，过压，输出短路等）和在线诊断（电压，EEPROM错误等）功能，并具有极强的抗应力和抗EMC性能。TLE4997与TLE4998最大的区别在于其只支持模拟接口。
2.电子控制单元（ECU）
ECU担负着处理传感器信号、执行控制策略、输出控制信号驱动电机、系统监控诊断和通讯的重任，是系统的核心部件。
作为ECU中的核心元器件，主微控制器（MCU）需要高性能和高可靠性。英飞凌推荐在EPS中采用最先进的XC2000系列产品作为主微控制器。XC2000是英飞凌针对汽车电子专门设计的基于130nm技术制造的16位微控制器系列并具有执行某些32位指令的能力。它采用了英飞凌成熟的C166S-V2架构并进行了改善，最高的时钟频率达到80MHz.该架构采用了多路数据总线技术（multiple data buses），大部分指令都能在一个时钟周期内完成，也支持DSP技术。XC2000的强大的功能和众多的外设使工程开发人员设计系统时更加游刃有余。XC2000系列产品分成三个子系列，其中XC2300系列是专门针对安全应用开发的，具有反应迅速，高冗余度，高灵活性和稳定可靠的特点。由于DC EPS低成本的要求，英飞凌推荐XC2300中两款低成本的产品：XC2300D和XC2300S.他们的区别在于XC2300D支持CAN总线通讯，而XC2300S只支持LIN总线通讯。
针对EPS系统中最重要的电机控制，英飞凌提供的方案是全桥预驱动芯片加上4颗Mosfet来驱动直流有刷电机。对于全桥预驱动芯片，目前主流推荐的是
TLE6282/TLE7181/TLE7182.他们都是内置2个高边和2个低边输出级，可通过输出
0-100%占空比的PWM波控制4颗外接MOS管。它带有过流，过温，短路等各类保护和分析功能。他们的区别在于：TLE6282最高工作电压为60V,且没有内置运算放大器；而TLE7181/TLE7182最高工作电压仅为34V,内置一个高精度的运算放大器，可以显着地降低系统成本。
从整个系统的角度看，本方案所采用的芯片都是专门为汽车应用而设计的，具有至少-40-125℃的应用温度范围，并有很强的静电保护和抗电磁干扰性能。此外，这些芯片大多采用无铅材料制造，是对环境友好的绿色芯片。
4.英飞凌电动助力转向系统方案：直流无刷电机
虽然直流有刷电机价格比较便宜，但是其电刷易磨损、功率密度较低、换向器的电火花容易产生电磁干扰，尤其是其控制策略的限制造成手感不好，因此直流无刷电机（BLDC）也逐渐应用于EPS中。目前主要应用于中高端的EPS上，代表车型为欧美系和国内自主品牌的中高端车型。
针对于基于直流无刷电机的EPS系统，英飞凌也有一套非常成熟可靠的方案，见图三。
图三：英飞凌基于直流无刷电机的EPS方案
1.传感器
在高端的基于直流无刷电机的EPS系统中，除了扭矩传感器外，还需要方向盘角度传感器来收集角度信息来实现主动回正控制功能和车速信号、电机转子位置信息和发动机点火信号、点火开关信号。
TLE5011目前已大规模量产，其实现方式是两颗芯片采用测量相位差的方法来实现方向盘转角的测量。它是英飞凌采用GMR（Giant Magneto Resistance）技术设计的专门用于角度测量的磁性传感器。采用该技术制造的传感器具有精度高，磁轮间隙小，由于传感器和磁铁平行放置而可以制成特别小巧的传感器模块的特点。TLE5011可以测量0-360°的角度范围，全温度范围的测量精度为2°，采用SPI信号直接输出16位的sine/cosine 值，其3线SSC接口拥有最高2Mbit/s的通讯速率。
由于TLE5011输出的是SPI信号，因此需要一颗额外的英飞凌8位单片机XC886作为运算单元。英飞凌的XC88x系列处理器含有一个叫做CORDIC的协处理器，该协处理器专门用于计算三角函数，线性函数和双曲线函数，对于力矩和角度的计算有着极高的运算效率。此模块运算的结果将通过LIN总线传输给ECU主控制器。
TLE5009是TLE5011的降成本版本，基本功能相似，区别在于输出接口是模拟信号，并且全温度范围的测量精度为3°。
TLE5012B是TLE5011的功能增强版本，基本功能相似，区别在于输出接口除了支持SPI外，还支持PWM,IIF和HSM;全温度范围的测量精度为1°；并且内置了CORDIC 运算单元，能够直接输出角度信号，这样就可以省去外部的8位单片机，达到了降低系统成本的目的。
EPS系统所需的车速信号可由ABS/ESC系统中的轮速传感器获得。
2.电子控制单元（ECU）
由于性能高、控制手感好，永磁同步电机（PMSM）在直流无刷EPS系统中占有很大的比重。对于永磁同步电机，其控制算法需要采用空间矢量控制算法，因而对控制器的计算精度和速度都提出了较高的要求。为了保证其能准确高效地完成任务，英飞凌推荐XC2300产品系列中的XC2300B产品。其拥有一个带五级流水线的最高80MHz的时钟频率的高性能CPU并拥有一个保护数据不被非法访问的Memory Protection Unit （MPU）。它具有不同类型的片上存储模块（stand-by RAM,dual-port RAM,SRAM, program/data SRAM和program flash memory）并使用硬件CRC检测和ECC码来发现数据错误并能纠正单位错误。它的众多的外设模块可灵活地满足各种不同的需求，拥有2个10位分辨率的同步A/D转换器，多路通用捕捉/比较单元，多路CAN接口等等，并可通过DAP和JTAG接口进行片上调试。此外，它还带有看门狗和晶振看门狗来保证控制器的正常运行。
除了这颗主微控制器外，EPS系统还需要一个备份微控制器。它最主要的作用是对主微控制器进行监控并在主微控制器失效的情况下切断EPS使汽车进入机械转向状态，避免汽车失控而引发危险。在这里，英飞凌推荐的也是XC2300 16位微控制器。其目的是为了符合ISO26262中对EPS系统的ASIL（汽车安全完整性等级）D的要求。
TLE7183/TLE7189是英飞凌主推的大电流三相电机驱动芯片，用来驱动EPS系统中最重要的无刷电机。TLE7183QU的三个高边和三个低边输出级可通过输出0-100%占空比的最高30kHz的PWM波控制6到12颗外接MOS管，且内置一路高精度运算放大器。它带有过流，过温，短路等各类保护和分析功能并具有关断和睡眠两种模式。整个产品使用了48管脚的带外置散热片的TQFP封装，保证了系统良好的散热性能和焊接的便利性。而TLE7189与TLE7183的最大区别是内置三路高精度运算放大器。其中两路运放利用两个采样电阻来采集电机的两相电流，实现矢量控制算法来精确地控制电机；另一路运放利用另外一个采样电阻来采集电机的第三相电流，实现冗余和校验功能。
5.电动助力转向系统的新方向：ISO26262与小型化
1.ISO26262
ISO26262标准主要定位在特定的电气器件、电子设备、可编程电子器件等专门用于汽车领域的部件，旨在提高汽车电子、电气产品功能安全的国际标准。ISO26262标准主要参考工业标准IEC61508,大约于2005年开始发展，于2011年11月15日正式颁布。2012年8月国家标准化委员会发布《关于下达2012年第一批国家标准制修订计划的通知》中，正式将ISO26262标准列入国标制定计划。未来ISO26262对汽车产业尤其汽车电子的影响程度将不亚于ISO/TS 16949.
ISO26262标准根据安全风险程度对系统或系统某组成部分确定划分由A到D的安全需求等级（Automotive Safety Integrity Level 汽车安全完整性等级ASIL），其中D 级为最高等级，需要最苛刻的安全需求。作为汽车最关键的系统，EPS必须要满足ASIL D,而ASIL D对系统硬件和软件开发流程的要求非常高。因此，一个好的半导体解决方案会帮助整车厂和EPS系统供应商在系统开发时事半功倍。
由于ISO26262是由欧洲几大车厂联合发起制定的，作为欧洲最大的汽车电子芯片供应商，英飞凌有幸参与了这几大车厂原型机的设计，验证，实施等环节，并且有些项目已经量产。由于这个先发优势，虽然ISO26262在2011年11月15日才正式颁布，英飞凌却已经准备好了一整套成熟的，完整的，可以支持量产的解决方案，包括硬件，软件和文档。在上图三中的双XC2300的方案就是其中一个成熟的解决方案，它们的安全软件架构如下图四所示：
图四：基于双XC2300的ASIL D软件架构
2.小型化
小型化的需求主要来自于基于直流无刷电机的齿条助力式EPS系统。为了追求这一目标，将EPS的电控单元集成入直流无刷电机中成了各大厂商的首选方案。其主要的方法就是直接向半导体厂商采购裸片（Bare Die），然后将贴有这些裸片的陶瓷板安放在电机的后盖中。
由于主微控制器和预驱动芯片的裸片操作比较复杂，需要厂商具有极高的陶瓷贴片技术和裸片的引线技术。因此更多的厂商，尤其是亚洲的厂商选择的是折中的方案：主微控制器和预驱动芯片还是采用标准的封装格式，只采用Mosfet的裸片。这样既能够显着减少体积达到小型化的目的，同时提高散热能力，并且又降低了系统的技术门槛。
英飞凌一直以来致力于新产品和新技术的开发，以能够支持客户实现小型化的目标。对于中小型客户，英飞凌推出了一系列小封装、高性能、集成度高的芯片来实现系统的小型化。对于中大型客户，英飞凌既能提供全套的裸片方案，同时也能提供单个Mosfet裸片模块。
6.结论
随着21世纪日益突出的能源问题和汽车产品的电子化，电动助力转向系统会越来越普及。基于高性价比和开发便捷的考虑，本文介绍的英飞凌EPS方案主要是基于16位主微控制器。随着系统功能越来越复杂，32位主微控制器的方案将成为未来的主流设计。英飞凌的新一代基于65nm技术的32位主微控制器Aurix系列即将正式面世，其强大的功能、丰富的内设和符合ISO26262的安全特性，能够帮助客户实现更加强大、更加小型化、更加安全的EPS系统。
能源概论 --关于燃料电池电动汽车传动系统的研究 姓名： 学号： 专业：
关于燃料电池电动汽车传动系统的研究 摘要：燃料电池汽车是一种高效清洁的电动汽车。与传统的内燃机汽车相比, 燃料电池车的动力传动系统采用电动机替代内燃机成为燃料电池汽车驱动动力源, 其动力传统系统具有革命性的改变。本文介绍了燃料电池汽车动力传统技术发展概况, 围绕燃料电池电动汽车动力传动拓扑架构、多源系统管理和动力系统配置与仿真优化技术等关键技术开展了详细论述。对燃料电池电动汽车动力传统设计与制造具有重要的参考价值。 关键词: 燃料电池 传动系统 构架 改良 蓄电 1 引言 燃料电池汽车是电动汽车的一种。燃料电池发出的电, 经逆变器、控制器等装置,给电动机供电, 再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动,就可使车辆在路上行驶, 燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2 ~3倍。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物,因此燃料电池车辆是无污染汽车。随着对汽车燃油经济性和环保的要求, 汽车动力系统将从现在以汽油等化石燃料为主慢慢过渡到混合动力,最终将完全由清洁的燃料电池车替代。 近几年来, 燃料电池系统和燃料电池汽车技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制造厂,如丰田、本田、通用、戴姆勒- 克莱斯勒、日产和福特汽车公司已经开发了几代燃料电池汽车,并宣布了各种将燃料电池汽车投向市场的战略目标。目前, 燃料电池轿车的样车正在进行试验, 以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。其中本田的FCX Clarity 最高时速达到了160 km/ h ; 丰田燃料电池汽车FCH V adv 已经累计运行了360, 000 km 的路试, 能够在零下37度启动,一次加氢能够从大阪行驶到东京( 560公里)。在我国科技部的支持下, 燃料电池汽车技术得到了迅速发展。2007 年, 我国第四代燃料电池轿车研制成功, 该车最高时速达150 km/h,最大续驶里程319 km。2008 年,燃料电池示范汽车又在北京奥运进行了示范运行。2010 年, 包括上汽、奇瑞等国内汽车企业共有196 辆燃料电池汽车在上海世博园区进行示范运行。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战,如燃料电池组的一体化,提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力, 并已取得了显著的进步。但与统的内燃机轿车相比, 燃料电池电动汽车采用燃料电池+ 电动机!来代替传统车的心脏—发动机和燃油系统。燃料电池轿车的动力传动系统发生较大的
某款纯电动汽车电动助力转向系统设计开发 0 引言 以某款汽油车型改款纯电动汽车为例，探讨转向系统在纯电动车型上的开发设计。由于汽车动力系统改变，取消了内燃机，同时取消了由内燃机驱动的液压助力泵，因此需要寻找新的结构来实现转向助力功能。对于纯电动车最优选方案是全部采用电气化设备，即选用EPS（Electrical Power Steering System，电动助力转向系统），依靠电机提供辅助扭矩的转向助力。 1 转向系统介绍 电动助力转向系统可选择的方案有3 种：EHPS （Electrically Powered Hydraulic Steering System，电动液压助力转向），C-EPS（Column Type Electrical Power Steering System, 转向轴式电动助力转向），R-EPS（Rack Type Electrical Power Steering System, 齿条式电动助力转向）。3 种方案的优缺点对比见表1。 综合考虑功能实现、成本优化、批量生产等因素，最终在公司现有车型上选择借用C-EPS 方案。C-EPS 是在转向管柱上加装转向助力模块，通过电机达到助力效果。助力模块
包含扭矩和角度传感器、助力电机、减速机构和ECU（Electronic Control Unit ，电子控制单元）。EPS 的工作原理是驾驶员操控转向盘进行转向时，扭矩传感器检测到转向盘的扭矩；车速传感器测出车辆的行驶速度，将这个信号输送到ECU，ECU 根据内置的控制策略，计算出助力力矩，以电流信号形式向电机控制器发出指令；电机输出相应的转向助力扭矩，经过减速机构作用在机械式转向系统上，和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩，实现车辆转向。 2 结构设计 C-EPS 转向系统是基于原车型基础开发，为保证整车布置变化量最小，转向系统硬点不变。由于转向管柱总成集成电子助力模块，导致体积增大，需考虑部件的空间布置。同时，转向管柱总成重量增加，需对其下安装支架进行重新设计，仪表横梁支架的刚性需要相应增大。综合考虑整车通用化及相关部件变更最小化，转向管柱总成的安装形式仍采用原车型的4 点式固定方式，满足强度要求。考虑车辆碰撞法规要求，管柱的溃缩行程需不小于50 mm。 C-EPS 转向传动轴所传递的扭矩相比原车型更大，因此轴的直径增加，外径由Φ22.5 mm 增加至Φ24 mm。由于硬点不变，相位角保持在（19.5±1.5）°，小于设计要求值30 °，有利于转向力矩波动控制在±5%范围内。 采用机械式转向机替换原车液压式齿轮齿条转向机，所以取消液压缸，齿轮室没有油孔，小齿轮无需配置油路，相比原结构简化。机械式齿条直径由Φ24 mm 增加至Φ25 mm，以输出更大扭矩，同时线角传动比增大，改善转向响应。汽油车与电动车的转向部件实物对比见表2。
内容摘要 电动助力转向( Electric Power Steering, 简称EPS) 作为一种新型转向系统, 因其具有节能、环保等优点而受到世界各大汽车公司和企业的青睐, 它将逐步取代传统的液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering, 简称HPS) 。 本文以传统的转向柱助力式EPS 为研究对象, 建立EPS系统数学模型,给出了汽车电动助力系统的动力学方程。根据电动助力转向系统的工作原理及控制器可靠设计的关键技术，设计了以P87C591 单片机为主控单元的EPS系统，系统采用闭环电流控制方案, 利用目标电流技术调节电机端电压达到控制电机电流力矩的目的。EPS 控制器采用模块化设计，把信号处理电路和功率驱动电路进行分层设计,以增强系统的抗干扰能力和可靠性。在进行PWM 驱动频率的选择时，考虑开关时电流脉峰对开关管及电动机安全的影响。最后通过研究分析了EPS系统的经济性、系统硬件电路板空间与发热功耗及可靠性合理地选择散热片及其参数,提高了驱动效率和稳定运行能力。 实验表明, 该系统具有良好的电动助力特性, 满足电动助力转向要求,证明了这种系统在实际应用中的有效性。 关键词 电动助力转向; 单片机; H桥驱动; PWM斩波; 控制系统
Hardware Design of the Electric Power Assisted Steering System 050607337 Zhangqiang Instructor：Helinlin Associate professor Abstract Electric power steering is a new power steering technology for vehicles. Merit such as energy conservation , environmental protection that the person has accepts the respectively big automobiles of world company and the enterprise favour , home and abroad developing trend is to use electric power-assistance to change to the hydraulic pressure power-assistance vergence substituting tradition step by step. The mathematic model the main body of a book is established systematically with dyadic EPS of the tradition vergence post power-assistance for the object of study,has given an automobile out electric systematic power-assistance dynamics equation , has combined classics control theory and the optimization algorithm, the parameter carries out validity in applying to reality having studied , testifying this system on systematic power-assistance. This paper presents an elect ricpower steering system controlled by P87C591 microp rocessor. The motor given torque is computed by expertcontrol system. The practical output torque is closed-loop controlled.
汽车电动助力转向机构的设计 引言 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[1]。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，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。
第1章概述 1.1电动助力转向的优点 与传统的转向系统相比，电动助力转向系统最大的特点就是极高的可控制性，即通过适当的控制逻辑，调整电机的助力特性，以达到改善操纵稳定性和驾驶舒适性的目的。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[2]。 相比传统液压动力转向系统，电动助力转向系统具有以下优点： （1）只在转向时电机才提供助力，可以显著降低燃油消耗 传统的液压助力转向系统有发动机带动转向油泵，不管转向或者不转向都要消耗发动机部分动力。而电动助力转向系统只是在转向时才由电机提供助力，不转向时不消耗能量。因此，电动助力转向系统可以降低车辆的燃油消耗。 与液压助力转向系统对比试验表明：在不转向时，电动助力转向可以降低燃油消耗2.5%；在转向时，可以降低5.5%。 （2）转向助力大小可以通过软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好。传统的液压助力转向系统所提供的转向助力大小不能随车速的提高而改变。这样就使得车辆虽然在低速时具有良好的转向轻便性，但是在高速行驶时转向盘太轻，产生转向“发飘”的现象，驾驶员缺少显著的“路感”，降低了高速行驶时的车辆稳定性和驾驶员的安全感。 电动助力转向系统提供的助力大小可以通过软件方便的调整。在低速时，电动助力转向系统可以提供较大的转向助力，提供车辆的转向轻便性；随着车速的提高，电动助力转向系统提供的转向助力可以逐渐减小，转向时驾驶员所需提供的转向力将逐渐增大，这样驾驶员就感受到明显的“路感”，提高了车辆稳定性。
第一章绪论 电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。它是近代各种先进汽车上所必备的系统之一。 1.1电动助力转向的发展 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，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。
1.2 电动助力转向的分类： 机械液压助力 机械液压助力是我们最常见的一种助力方式，它诞生于1902年，由英国人Frederick W. Lanchester发明，而最早的商品化应用则推迟到了半个世纪之后，1951年克莱斯勒把成熟的液压转向助力系统应用在了Imperial车系上。由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛普及。 机械液压助力系统的主要组成部分有液压泵、油管、压力流体控制阀、V型传动皮带、储油罐等等。这种助力方式是将一部分发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转向。电子液压助力 由于机械液压助力需要大幅消耗发动机动力，所以人们在机械液压助力的基础上进行改进，开发出了更节省能耗的电子液压助力转向系统。这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动，而是由电动机来驱动，并且在之前的基础上加装了电控系统，使得转向辅助力的大小不光与转向角度有关，还与车速相关。机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向ECU等。电动助力 EPS就是英文Electric Power Steering的缩写，即电动助力转向系统。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。该系统由电动助力机直接提供转向助力，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
第37卷第1期吉林大学学报(工学版 Vol. 37No. 12007年1月 Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition J an. 2007 收稿日期:2006203216. 基金项目:北京市科学技术委员会项目(D0305002040111 . 作者简介:施国标(1972 , 男, 讲师, 博士. 研究方向:车辆系统动力学与电子控制. E 2mail :sgb@https://www.doczj.com/doc/f33544289.html,. cn 电动助力转向系统的建模与仿真技术 施国标1, 申荣卫1,2, 林逸1 (1. 北京理工大学机械与车辆工程学院, 北京100081; 2. 邢台职业技术学院汽车系, 河北邢台054035 摘要:概述了电动助力转向系统(EPS 的结构和工作原理, 并介绍了电动助力转向系统助力 特性的设计方法。在分析了电动助力转向系统各组成部分数学模型的基础上, Simulink 的电动助力转向系统仿真模型。采用了PID 流进行闭环跟踪控制。仿真结果表明:间的矛盾, 同时, 。关键词:; ; :167125497(2007 0120031206 Modeling and simulation of electric pow er steering system Shi Guo 2biao 1, Shen Rong 2wei 1,2, Lin Y i 1 (1. School of
Mechanical and V ehicle Engineering , B ei j ing I nstitute of Technolog y , B ei j ing 100081China; 2. De partment of A utomobile , X ingtai V ocational and Technical College , X ingtai 054035, China Abstract :The st ruct ure and working p rinciple of t he elect ric power steering (EPS system were summarized and t he design met hod of t he assistance characteristic of t he EPS system was int roduced. From t he analysis of t he mat hematical models of t he component modules of t he EPS system a simulation model based on Simulink was built. The clo se 2loop cont rol st rategies of PID and PWM were adopted to cont rol t he target current of t he motor of t he EPS system. The simulation result s show t hat t he designed assistance characteristic alleviates t he contradiction between t he steering agility and t he road feel , and t he act ual current of t he motor follows p recisely t he target current , proving t he validity of t he cont rol st rategy. K ey w ords :vehicle engineering ; elect ric power steering (EPS ; assistance characteristic ; modeling ; simulation 电动助力转向系统的开发一般包括系统总体设计、建模仿真、试验台试验、实车试验、性能优化等环节[1]。其中, 建模仿真的任务主要是用数学分析的方法建立电动助力转向系统各组成部分的数学模型, 然后利用仿真软件建立整个系统的仿真模型。通过仿真分析, 可以初步完成系统的设计, 减少开发成本, 加快开发进程。作者开发了基 于Simulink 的电动助力转向仿真模型, 为便于仿真, 引入了驾驶员模型模拟驾驶员的操作。利用该模型可进行电动助力转向系统的稳定性分析、助力特性研究以及控制策略的验证等重要工作, 初步完成电动助力转向系统的匹配设计和基本控制参数的标定, 为以后控制器的开发、试验台试验和实车试验打下基础 。
详解电动汽车传动系统原理、传动方式及拓扑构架设计 随着现代汽车电子技术的发展，新能源汽车、电动汽车的出现无疑给整个行业注入了一股新鲜而且充满挑战性的血液。凭借可以减少很多废弃物、有害气体的排放，对整个社会的生活环境都有很大的改善效果，得到社会及国家的高度的重视，具有很好的发展前景。下面我们就来从电动车的结构引入到电动汽车传动系统，并分析它的工作原理、传动方式、优势等，并简单的列举一些成功的应用案例。电动汽车和普通的汽车不同，它是用车载电源提供行驶的动力，用电机来驱动车轮的运动，而不是用点火装置来提供向前运动的力。我们知道，电动汽车主要是由电力驱动及控制系统、驱动力传动系统、工作装置等各个部分组成。它的工作原理是蓄电池中提供恒定的电流输出，这些恒定的电路通过电力调节器进行一次转换成可以驱动电动机的合适的电流和电压，从而可以驱动整个动力传动系统的正常运行，经过他们之间相互的作用最终给汽车提供可以运行的动力汽车可以正常的行驶。由此可见，电动汽车传动系统的有效性和安全性直接影响着整个系统的运行。电动汽车传动系统原理是直接将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴。汽车传动轴在采用电动轮驱动时，由于它是靠车载电源提供动力源驱动电动机因而可以实现带负载启动，无需离合器;也正是因为是车载电源可以提供恒定的电流，中间会有电路控制的环境来实现驱动电机的方向和转速的控制，所以不需要倒档和差速器。若采用无级调速，就可以实现自动控制，无需变速器。电动汽车传动系统的传动方式主要有三种：(1)电机+传动轴+后桥(2)电机+变速箱+后桥(3)电机+磁力变矩器+后桥以目前的变速箱技术成熟度而言，除了传统车的变速箱外还没有一款真正成熟的适用于电动汽车的产品，最可靠和适用的传动方式还是电机+传动轴+后桥的直驱方案。当然在具体的设计时，我们需要更具实际情况来设计，包括电机的位置、电源的位置、驱动负载的能力、行驶速度要求、稳定性等这些都需要综合的来考虑。了解车辆效率损失分配即从发动机输出的功率消耗在不同汽车部件上的量及比例。这对改善车辆总体的传动效能非常有用，以达到适当配置资源，改善性能的目的。各种损失，使用安装在车辆适当位置的传感器进行测定。电动汽车传动系统拓扑构架设计汽车动力传动系统采用传统的内燃机和电动机作为动力能源，通过混合使用热能和电能两套系统开动汽车。在低速小功率运行时可以关闭发动机，采用电动机驱动;而高速行驶时用内燃机驱动;通过发动机和电动机的协同工作模式，将车辆在制动时产生的能量转化为电能，并积蓄起来成为新的驱动力量.从而在不同工况下都能达到高效率。一般上有串联式、并联式、混联式和复合式4种布置形式。(1)串联式—下图中采用的电力电子装置只有电机控制器,电池和辅助动力装置都直接并接在电机控制器的入口，属于串联式，车辆的驱动力只来源于电动机。 (2)并联式—下图中是典型的并联式动力系统结构，通常在电池和电机控制器之间安装了一个DC/DC变换器,电池的端电压通过DC/DC变换器的升压或降压来与系统直流母线的电压等级进行匹配。车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给。(3)混联式----采用四轮驱动、前后轮分别与不同的驱动系相连，后轮驱动有发动机、后置电机、发电机、变速器等组成，前轮驱动由前置电机、发电机组成。由于它使用不同的驱动方式，所以整个电动汽车传动系统既分离又相关联，可以更好的控制。下图就是一个简单的混联式的拓扑构架。同时具有串联式、并联式驱动方式。(4)复合式---改结构主要集中于双轴混合动力系统中，前轴和后轴独立驱动，前轮和后轮之间没有任何驱动抽或转电力主动型的设计，这种独立的驱动，让传动系统各个部件在运行过程中相互独立控制，因此可以有更好的传输能力。要让整个系统可以更好的运行，除了结构设计方面需要注意之外，还有一个就是电动汽车传动系统的参数设计也需要合理的匹配，这些参数对传动结构的性能影响也是很大的。这一方面的知识，小编在这边文章就不具体介绍了。总结能源问题和环境污染问题是现在社会日益突出的问题，深受国家的重视。因此寻找新能源汽车可以减少废气排放，让能源可以更好的利用在汽车电子设计行业是当务之急。电动汽车正是因为具有上面
第一章绪论 1.1 课题的目的意义： 1.1.1 纯电动汽车的背景 当前，我国电动汽车发展已经进入关键时期，既面临重大的发展机遇，也面临着严峻的挑战。我国电动汽车发展中还存在很多需要解决的问题，如核心技术还不具备竞争力，企业投入不足，政府的统筹协调能力还没有充分发挥等。总体上看来，我国电动汽车产业，起步不晚，发展不慢，但是由于传统汽车及相关产业基础相对薄弱、投入不足，差距仍然存在，中高端技术竞争压力越来越大，因此，必须加大攻坚力度，推动我国汽车产业向创新驱动转型，提高核心技术竞争力，确保我国汽车行业的可持续发展。 纯电动汽车使用电动机作为传动系统的动力源，缓解了能源紧缺的压力，实现了人们长期以来对汽车零尾气排放的期盼，传动系统作为汽车的核心组成部分，其技术创新是纯电动汽车发展的必经之路。 1.1.2 纯电动汽车的意义 近年来，关于纯电动汽车的研究主要集中在能量存储系统、电驱动系统和控制策略的开发研究三方面。 能量存储系统相当于纯电动汽车的发动机，是纯电动汽车电动机所需电能的提供者。目前，铅酸蓄电池是使用最为广泛的，但其充电速度较慢，使用寿命短，节能环保差。随着电动汽车技术的发展，其他电池正在渐渐取代着铅酸蓄电池。目前发展的新电源有纳硫电池、锂电池、镍镉电池、飞轮电池、燃料电池等，尽管这些新电源投入应用，但是短时间内还是无法解决纯电动汽车电源充电缓慢，电量存储低续航里程短的问题。 纯电动汽车整车控制策略的开发研究一直在紧锣密鼓的进行着，整车控制系统是纯电动汽车实现整车控制和管理的关键，是实现和提高整车控制功能和性能水平的一个重要技术保证。其核心技术主要体现在整车控制软件的架构设计、转矩控制策略以及对整车和各系统得能量管理上。尽管控制策略的开发研究一直没有间断，但是，系统开发较为复杂，进度较慢。
汽车转向电动机工作原理及转向系统概述 汽车上配置的转向系统，大致可以分为三类：(1)一种是机械式液压动力转向系统；(2)一种是电子液压助力转向系统；(3)另外一种电动助力转向系统。 一、电动助力转向系统(EPS) 1、英文全称是Electronic Power Steering，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。EPS的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。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。 2、主要工作原理：汽车在转向时，转矩(转向)传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。如果不转向，则本套系统就不工作，处于standby(休眠)状态等待调用。由于电动电动助力转向的工作特性，你会感觉到开这样的车，方向感更好，高速时更稳，俗话说方向不发飘。又由于它不转向时不工作，所以，也多少程度上节省了能源。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多。 由于电动助力转向系统只需电力不用液压，与机械式液压动力转向系统相比较省略了许多元件。没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等，零件数目少，布置方便，重量轻。 而且无“寄生损失”和液体泄漏损失。因此电动助力转向系统在各种行驶条件下均可节能80%左右，提高了汽车的运行性能。因此在近年得到迅速的推广，也是今后助力转向系统的发展方向。 有一些汽车冠以电动助力转向，其实不是真正意义上的纯电动的助力转向，它还需要液压系统，只不过由电动机供油。传统的液压动力转向系统的油泵由发动机驱动。 为保证汽车原地转向或者低速转向时的轻便性，油泵的排量是以发动机怠速时的流量来确定的。而汽车行驶中大部分时间处于高于怠速的速度和直线行驶状态，只能将油泵输出的油液大部分经控制阀回流到储油罐，造成很大的“寄生损失”。
一、概述 电动助力转向系统由电子控制模块，车速传感器，发动机转速传感器和其它安装在转向柱上的扭矩传感器、电机等部件组成，系统控制模块根据扭矩传感器和汽车速度传感器传出的信号，确定转向助力的大小和方向，并驱动电机辅助转向操作。 二、控制流程图 三、电路图及各接插件功能（附图表） 四、控制模块 控制模块是由微电脑，A/D（模拟/数字）转换，I/O（输入/输出）装置等组成的控制器，它不仅含有控制助力转向的大小和方向的主要功能，还有车载诊断系统（自我诊断功能）和安全保护功能。 五、自诊断功能： 在点火开关在ON位置和发动机起动时，控制模块可以诊断下面部件发生的故障，并通过故障指示灯显示故障结果。 1.扭矩传感器 2.车速传感器 3.发动机转速传感器 4.电机 5.离合器 6.控制模块 控制模块和故障指示灯按下述操作 当点火开关在ON位置，发动机在起动状态，诊断线接头没有接地时，在上述部件内如果没有故障存在，指示灯亮约2秒后关闭，这是检查指示灯泡和系统电路，当控制模块发现在上述部件内产生故障时，指示灯亮，警告驾驶员发生故障，同时 第 1 页共11 页·1·
在控制模块的备份存贮器里存贮故障代码。 当诊断开关接地进，通过指示灯闪动，控制模块控制故障指示灯显示故障代码。 当检查故障时，发动机必须运转。 六、安全防护功能，当出现异常的DTC时，控制模块将关闭电机和离合器。 七、VSS（转速传感器） 车速传感器根据车速大小产生成比例的信号（有的传感器信号可直接输入模块），车辆里程表将这些信号转换出相应的车速读数，同时也把它转换成双倍周期的方波信号输入控制模块。 八、发动机速度信号 点火线圈的点火信号，作出发动机转速信号，通过ECU转换成数字信号，其一端送仪表，另一端输入控制模块。 九、诊断（附图故障代码表） 在故障诊断中的注意事项 1.当产生两个或更多的故障，故障诊断代码总是从最小的代码开始依次显示。 2.当点火电开关打开和发动机不起动时，显DTC22（发动机速信号），但是当发动机起动时，如果显示正常变化，就意味着正常。 3.由于故障诊断代码（DTC）存储在控制模块的备份存储器中，所以在维修后，一定要清除存储器中的代码，清除方法是将故障诊断线接地，显示故障代码三次。 4.参阅故障代码诊断表，记下显示的故障代码，对故障进行处理。 5.故障诊断代码（DTC）的显示 (1)找到故障诊断线“A2” (2)将故障诊断线“A2”接地 (3)起动发动机（如发动机没起动，将显示DCT22） (4)当产生两个或更多的故障时，故障诊断代码（DTC）总是从最小的代码开始依次显示。 十、“EPS”指示灯线路检查（在点火开关打开时，“EPS”指示灯不亮） 1、蓄电池 2、主保险丝 3、点火开关 4、电路保险丝（15A） 5、控制模块 6、EPS灯 7、主保险丝 8、控制盒插座 9、接插件 第 2 页共11 页·2·
电动汽车变速器的现状和发展方向 汽车行驶的速度是不断变化的，这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速(Continuously Variable Transmission简称"CVT") 。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。 在跨越了三个世纪的一百多年后的今天，电动汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是,人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力,各大汽车厂商对无级变速器(CVT)表现了极大的热情，极度重视CVT在汽车领域的实用化进程。这是世界范围尚未根本解决的难题，也是汽车变速器的研究的终极目标。 汽车变速器 围绕汽车变速箱五个研究方向，各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。 1．摩擦传动CVT 金属带式无级变速箱(VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据报道：大排量6缸内燃机（2.8L）的奥迪A6轿车上装备的金属带式无级变速箱Multitronic CVT ，能传动142kw（193bhp）功率，280Nm扭矩。这是真正意义的无级变速器。 另一种摩擦传动CVT(名为Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上首次于去年东京车展展示，新款公爵(Cedric)车也装用这种CVT。可与3L以上排量的大马力内燃
机(XVL的引擎输出为330Nm/194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。 从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上电动汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了四个问题：（1）无级变速（CVT）是汽车变速箱始终追逐的目标。 （2）摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的。 （3）摩擦传动CVT传动效率低是必然的。 （4）摩擦传动CVT的效率，功率无法与齿轮变速相比。 2．液力传动 人们经常把液力自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是, 液力自动变速器（AT）不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。 从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品。 3．电控机械式自动变速器 电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission简称"AMT")和液力自动变速器（AT）一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换档控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。 4．齿轮无级变速器 齿轮无级变速器（Gear Continuously Variable Transmission）这是一种全新的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。 据最新消息：一种"齿轮无级变速装置"(Gear Continuously Variable Transmission简称"G-CVT")已经试制成功，并已经进行了多次样机试验。"齿轮无级变速装置"结构相当简单，只有不足20种非标零件，51个零件，生产成本甚至低于手动变速箱。预计今年进行装车试验。 齿轮无级变速器的优势表现为： （1）传动功率大，200KW的传动功率是很容易达到的； （2）传动效率高，90%以上的传动效率是很容易达到的； （3）结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速箱的1/10； （4）对电动货车而言，提高传动效率，节油20%； （5）发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减少了对环境的污染。
汽车电动助力转向系统的设计 第1章绪论 1.1 汽车转向系统简介 汽车转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。它由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。 转向系统作为汽车的一个重要组成部分，其性能的好坏将直接影响到汽车的转向特性、稳定性、和行驶安全性。目前汽车转向技术主要有七大类：手动转向技术（）、液压助力转向技术（）、电控液压助力转向技术（）、电动助力转向技术（）、四轮转向技术（4）、主动前轮转向技术（）和线控转向技术（）。转向系统市场上以、、应用为主。电动助力转向具有节约燃料、有利于环境、可变力转向、易实现产品模块化等优点，是一项紧扣当今汽车发展主题的新技术，他是目前国内转向技术的研究热点。 1.1.1 转向系的设计要求 (1) 汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧 滑。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。 (2) 汽车转型行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到 直线行驶位置，并稳定行驶。 (3) 汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生共振，转向盘没有摆动。 (4) 转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生 的摆动应最小。 (5) 保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。 (6) 操纵轻便。 (7) 转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。 (8) 转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。 (9) 在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向 系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 (10) 进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。 1 / 1
丰田卡罗拉电动助力转向系统（EPS）一、功能 电动助力转向系统( EPS) 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, EPS 将成为主流。与其他转向系统相比,该系统的突出优势体现在: ①不转向时不消耗功率,与液压转向系统相比,可降低燃油消耗3 %～5 %; ②改善车辆操纵性能,助力大小可通过控制单元中的软件来控制,容易实现随车速等的变化而变化; ③结构 紧凑、重量轻;④工作噪音小; ⑤结构比液压转向系统简洁,无油泵、液压油、橡胶软管、油罐等; ⑥符合环保要求,车辆报废时,不需处理液压油、橡胶软管等,也无液压油的泄漏问题; ⑦安装简化(特别对于发动机后置和中置的车辆,可节省装配时间) 。 二、组成 1、卡罗拉EPS由以下部件构成(见下图) : 1) 转向扭矩传感器。它通过检测弹性扭转杆因方向盘的扭矩所产生的变形角度来测量方向盘操纵力矩,并将其转变为电子信号并输出至EPS ECU ,ECU 据此决定对EPS马达提供多大的电压。这是转向控制的重要信号。
2) 转向电机。装于转向管柱的中部,是助力转向的动力来源。 3) 减速装置。采取与电机转子内壳配套的循环滚珠式减速机构,将电动机传来的转速降低,获得更大的转动扭矩,以便足以驱动车轮转向。 4) 转角传感器。向EPS ECU 反馈转向助力电机的转角大小和转向,便于EPS ECU 对整个转向过程进行准确控制。 5) 齿条轴的外壳。 6) 左右横拉杆。 7) EPS ECU 。 2.转向扭矩传感器的结构与工作原理
广东技术师范学院本科毕业设计 2 标准对车辆转弯能力的要求，给转向系统的设计提出了新的课题。对于长轴距的汽车，必须通过增加转向轮转角才能提高其转弯能力。对于载货车惯常采用的转向系统结构，大的转角设计很容易造成转向轮与周边部件干涉及转向机构卡死、左右转向不对称等后果。因此，必须建立转向系统设计计算的辅助分析方法，提高转向系统设计的能力和水平。 转向系统性能和整车及其它总成、系统的性能息息相关，在系统设计的每一个环节都需要考虑整车及其它总成的性能。首先，转向系统必须能够实现整车所要求的车轮转角，这为转向机构的设计及动力转向器匹配提出了基本要求。其次，转向机构和悬架系统必须有协调的运动学关系，这就对转向机构设计提出了附加的要求。这两项要求基本可以在系统设计层面进行分析解决，而和转向系统相关的行驶稳定性及行驶路感则必须在整车层面进行计算分析。 综上所述，随着我国大型载货汽车的发展，新的问题及要求不断涌现，在车辆设计与开发领域尚存在很多的问题需要研究和解决，如何使基础研究与产品设计实践紧密结合，将研究成果最大限度地应用于产品开发过程，不断提高大型载货汽车的性能水平是摆在汽车产品研究与开发人员面前的重要课题。 1.2汽车转向系的类型和组成 汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥(一般是前桥)上的车轮(转向轮)相对于汽车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面例向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反的方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系。因此，汽车转向系的功用是，保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶。 汽车转向系可按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。机械式转向器由转向器、转向操纵机构和转向传动机构三大部分组成。按照转向器的不同形式可分为循环球式、齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式等转向器。不同的转向器有着不同的特点应用于不同的汽车上。其中小轿车上常用的是齿轮齿条式的转向器。在本文的后面分析中，就是以这种转向器来做分析的。动力式按照加力装置的不同可以分为液压助力式、气压助力式和电动助力式三种。气压助力式主要应用于一部分其前轴最大轴载质量为3一7t
汽车电动助力转向系统电机选择及控制系统设计 摘要：电动助力转向系统是对传统机械转向系统的创新，操控性能好，操作轻便，转配迅速，消耗动能少，燃油经济。分析比较了几种常见的电动助力系统结构的优缺点，给出了相应的电机选择原则，并进一步做出了相应的电机控制方案。 关键词：电机；助力；转向系统；功率 Abstract: electric power steering system is on the traditional mechanical steering system innovation, control good performance, convenient operation, ZhuanPei rapidly, less kinetic energy consumption, fuel economy. Analysis and comparison of several common electric power system and the advantages and disadvantages of the structure, the corresponding motor selection principle, and further make the corresponding motor control scheme. Keywords: motor; Power; Steering system; power 1．引言 电动助力转向系统EPS（Electric Power Steering）是在传统的机械式转向系统的基础上，利用直流电机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号控制电机转矩的大小和转动方向。与传统的液压转向系统相比，电动助力转向系统直接通过电动机的输出给驾驶员提供助力，电动机只有在转向时才工作，在不进行转向时几乎没有动力消耗，使汽车具有更好的燃油经济性；同时具有轻型小巧，转配迅速，易于调整，噪声及废油、废气污染小等优点。本文参考已有的研究成果，在分析比较几种常见电动助力系统结构的优缺点基础上，给出了助力系统的电机选择原则，并设计了一种基于单片机的电机控制方案，这对于开展电动助力转向系统的研究具有一定的参考价值。 2 电机选择 2.1 电动机布置位置选择 根据电动机布置位置不同，EPS 可分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式3 种。这3 种方案各有特点，具体车型采用何种型式依据前轴的空间大