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汽车电动助力转向系统的控制策略分析陈军明（郑州宇通客车股份有限公司,郑州 450000）摘 要：汽车转向为汽车行业各项性能中的重要组成部分，电动助力转向技术属于其他类别的新兴技术，动力转向模式区别于传统电力的工作原理，其主要是通过电子控制系统的具体操作单元，电子控制系统传感器主要以采集信号控制功率的电机运行，从而辅助汽车在转向方面的功能实现。
总之，汽车电动助力转向系统是目前电子控制技术研究中的一项重要领域，应对其相关软件控制器进行合理设计，使系统基本助力特性得到有效调整，从而使驾驶要求得到有效提升。
关键词：汽车技术；电动助力转向；系统控制0 引言 交通工具的使用和发展人类社会在任何时代都具有技术提前性，汽车出现后，成为了陆地上的交通工具，有不可替代的作用在。
现代社会人们逐渐增强汽车的功能指标要求，同时在细节层面的优化发展的关键点之一。
操作汽车时，转向在驾驶的过程中是必不可少的步骤，除了司机需要按照操作标准进行设备调整，在汽车内部零件和设备系统的优化，科技水平也在不断上升，从传统转向系统液压制动转变为今天已经开始使用电动助力转向，这是一个技术的飞跃，同时，是汽车应用领域的一个巨大进步。
其改变了过去机械传动在实际运行中故障率高的问题，该技术的具体发展与汽车行业综合技术水平的提高密切相关。
1 汽车电动助力转向系统的概述 汽车电动助力转向系统的基本结构和位置各不相同，主要包括转向轴动力结构、齿轮动力结构和齿条动力结构。
虽然位置上有一定差异，但基本工作原理是相似的，其中最典型的是转向轴动力结构。
结构主要取决于输入轴和输出轴的力量，通过基本驱动机制来指导整个方向盘转向杆，也可以确保司机在现实操作过程中，通过输入角位移，速度传感器的对车速进行有效测试，确保传输操作信号及电子控制单元（ECU）的实现有效采集、从而确定电子控制单元（ECU）的功率大小和方向值，可以得出与之相对应的输出转矩功率，可以指导驱动电路的控制信号，以促进整体转向轴电压和电流对动力转向功能基本电机输出转矩的实现过程中的整体实时控制。
清华大学科技成果——新能源汽车助力转向系统
成果简介
为减少排放，各国政府都在大力推行新能源汽车（电动汽车和混合动力汽车）。
由于储能及动力装置加重，致使新能源汽车的前桥载荷相应地加大，因此需要新能源汽车的转向助力系统能提供更大的助力。
新能源汽车助力转向系统以车载供能装置驱动电机产生助力，与传统的液压助力转向系统相比，不仅可以获得随操舵力而变化的路感，而且可以获得随车速而变化的路感。
清华大学在新能源汽车及其转向助力系统设计开发方面进行了多年的技术研究，获得了一批处于国内领先地位的研究成果。
技术指标
（1）转向助力随车速而变化，车速低时转向操纵轻便，车速高时转向操纵变沉，没有发飘的感觉；
（2）转向助力过程中，转向操纵手感平顺；
（3）转向后，转向盘有一定的自动回正能力。
应用说明新能源汽车助力转向系统是在机械转向系统基础上，加装转向盘转矩传感器、电机减速器总成、控制器等组成。
控制器根据采集得到的转向盘转矩和车速等信号，控制电机产生适当的助力以协助驾驶员进行转向操纵。
效益分析对原有转向系统改进及新增传感器、控制器等花费约500-600元/套，批量销售1000-1500元/套。
合作方式成果转让。
《智能助力电动车控制及BMS的设计》篇一一、引言随着科技的飞速发展，电动车逐渐成为现代交通出行的重要选择。
为了满足消费者对电动车性能、安全及便捷性的需求，智能助力电动车控制及电池管理系统（BMS）的设计显得尤为重要。
本文将深入探讨智能助力电动车控制的原理与优势，以及BMS 的构造和功能，以提供对该技术领域更为全面而深入的理解。
二、智能助力电动车控制1. 概述智能助力电动车控制主要利用先进的电子控制系统，对电动车的行驶速度、转向、刹车等操作进行精确控制。
通过与电动车的电机、电池等部件的配合，实现智能化、高效化的驾驶体验。
2. 工作原理智能助力电动车控制的核心在于其电子控制系统。
该系统通过传感器实时监测电动车的行驶状态，包括速度、转向、刹车等，然后根据预设的算法和驾驶者的操作意图，向电机发出相应的指令，以实现精确控制。
此外，该系统还可以与GPS、导航系统等设备配合，为驾驶者提供更为智能的驾驶辅助功能。
3. 优势智能助力电动车控制的优点在于其精确性、稳定性和便捷性。
通过精确控制电动车的行驶状态，可以大大提高驾驶的舒适性和安全性。
同时，智能控制系统还可以根据驾驶者的习惯和需求，自动调整电动车的行驶模式，以实现更为高效和节能的驾驶体验。
三、电池管理系统（BMS）设计1. 概述电池管理系统（BMS）是电动车的重要组成部分，主要负责监控和控制电池的状态，包括电池的电压、电流、温度等参数。
通过BMS的设计和优化，可以提高电池的使用寿命和安全性，为电动车的稳定运行提供保障。
2. 构造和功能BMS主要由中央控制器、传感器、执行器等部分组成。
中央控制器负责接收传感器采集的数据，并根据预设的算法对电池的状态进行判断和调整。
传感器则负责实时监测电池的各项参数，包括电压、电流、温度等。
执行器则根据中央控制器的指令，对电池进行充电、放电或保护等操作。
此外，BMS还具有均衡充电、故障诊断等功能，以确保电池的安全性和稳定性。
3. 优势BMS设计的优势在于其智能化和安全性。
电动转向器（EPS）一、电动转向的基本概念1 电动转向是一种简称，它有别于电动液压转向。
前者指的是一种纯电机助力转向装置，后者指的是一种电控液压助力转向装置。
一般讲电动转向助力装置包含电动转向器的机械部分、控制器、电机和传感器等。
在不同结构的电动转向助力装置中它们的相对关系是不同的。
通常多数电动转向结构把转向器的机械部分、减速机构、电机和传感器安装在一起、控制器另外安装、用电线束把它们与蓄电池(电源)连接在一起的结构统称之为电动转向器。
也有把控制器和转向器机械部分安装在一起的结构。
电动转向器是一种通过电机为驾驶员操纵转向系统提供助力的装置。
这种助力的大小是由控制器（ECU）通过PWM方式输出电流对电机进行控制的。
通过控制器的控制可以在驾驶员操纵汽车转向过程中向电机提供最理想的电流，从而控制电机提供最佳助力进行工作。
ECU采集的信号来自扭矩传感器、车速传感器和发动机的信号。
扭矩传感器的信号来自于转向轴内部安装的一根扭杆、其两端在外力作用下产生相对扭转角度,反映到扭矩传感器上，转向力的扭矩大小与扭杆的扭转角度和成正比；车速传感器安装在轿车变速器上，也可以直接从电子仪表盘上取得，它反映的是变化的汽车行驶速度。
发动机信号取自发动机点火线圈。
由于电动助力转向系统（EPS）只需电源而不用液压源，与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。
二者相比电动助力转向系统相对生产成本较低。
但电动助力转向系统控制器的开发由于涉及到芯片的选型、程序的开发和算法、控制逻辑的确定、电路板的设计和制造工艺，所以开发的成本较高。
电动助力转向器无需在不转向时驱动油泵，因此电动助力转向系统在汽车各种行驶条件下均可节省发动机能源3～5%左右，韩国万都公司的资料明确提出装了EPS后百公里油耗节省了4.13%，节省了油耗——省油；由于不再采用液压助力，不再采用油介质、无液体泄漏损失、减少了油污染的可能，也节省了液压油，同时改善了环境——环保。
1 PID控制PID调节器是通过利用偏差的比例、积分以及微分控制的调节器的简称,是一种被广泛成熟应用在连续系统的调节器。
2 模拟PID调节器在连续控制系统中,模拟PID调节器是一种线性调节器。
模拟PID控制系统的方框图如图1所示。
其中 r n 为设定值; n 为系统汽车电动助力转向系统的P I D 控制仿真邵春祥(江苏省淮安生物工程高等职业学校 江苏淮安 223200)摘 要:电动助力转向系统的助力特性是系统要研究解决的关键问题之一。
但是电机的控制也是该系统的关键。
本章主要采用PID控制对电机的控制进行仿真研究。
关键词:电动助力转向 PID控制 仿真中图分类号:TP273文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)08(a)-0123-02输出; r e n n 构成控制偏差,为PID的输入; u 为PID控制器的输出,也是被控对象的输入。
模拟PID调节器的控制规律为:001()tp DIdeu K e edt T u T dt(1)式中, p K 为比例常数; I T 为积分常数; D T 为微分常数。
比例调节器在模拟P I D 控制器中的作用就是能够瞬间对偏差做出快速反应。
控制器在偏差产生的瞬间马上做出控制反应,使控制量变化向减少偏差的方向,而比例系数 p K 决定着控制作用的强弱。
式1表明,第一项只有在存在偏差的时候才会输出控制量。
所以,针对像直流电机的电枢电压调速等大部分控制对象,就需要适当的增加和转速以及机械负载有关的控制量 0u ;不然单纯的依靠比例控制器容易产生稳态误差。
积分控制器将输出偏差累计结果作为作用。
只要偏差存在在调解过程中,积分器就会不断增加输出,一直到偏差e＝0,才能维持输出u成为一个常量,这样才能保证设定值 r n 不变的情况下系统逐步稳态。
所以系统即使不适量的增加控制量 0u ,拥有积分控制器也能消除输出的稳态误差。
3 PID控制参数的选择采样时间在PID控制中,相比较系统的时间常数一般都是很短的。
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。 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。 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。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。 驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。 电动助力转向系统特点 液压助力转向系统已发展了半个多世纪，其技术已相当成熟。但随着汽车微电子技术的发展，对汽车节能性和环保性要求不断提高，该系统存在的耗能、对环境可能造成的污染等固有不足已越来越明显，不能完全满足时代发展的要求。 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%，在使用转向情况下，燃油消耗降低了%。 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。 电动助力转向系统的发展趋势 上个世纪80年代开始，人们开始研究电子控制式电动助力转向，简称EPS(Electric Power Steering)。EPS是在EHPS(电控液压助力转向)的基础上发展起来的，其结构简单、零件数量大大减少、可靠性增强，它取消EHPS的液压油泵、液压管路、液压油缸和密封圈等配件，纯粹依靠电动机通过减速机构直接驱动转向机构，解决了长期以来一直存在的液压管路泄漏和效率低下的问题。 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、转角传感器和车速传感器)，转向助力机构(电机、离合器、减速传动机构)及电子控制装置。电动机仅在需要助力时工作，驾驶员在操纵转向盘时，扭矩转角传感器根据输入扭矩和转向角的大小产生相应的电压信号，车速传感器检测到车速信号，控制单元根据电压和车速的信号，给出指令控制电动机运转，从而产生所需要的转向助力。从国内外的研究来看，EPS今后的研究主要集中在以下几方面： (1)EPS助力控制策略。助力控制策略的主要目的是根据转向助力特性曲线确定助力电动机的助力大小，辅助驾驶员实现汽车转向。控制策略是EPS研究的重点。 (2)系统匹配技术。助力特性的匹配、电机及减速机构的匹配、传感器的匹配以及EPS系统与其它子系统进行匹配，是使整车性能达到最优的关键。 (3)可靠性。转向系统是驾乘人员的“生命线”之一，必须保证高度可靠性。EPS除了应有良好的硬件保证外，还需要良好的软件做支撑，因此对 EPS的可靠性提出了很高的要求。 由于技术、制造和维修成本等原因，目前大部分汽车转向系统仍以液压助力的HPS(包括 ECHPS、EHPS)为主。线控转向系统由于成本高以及现有法规限制等原因，在近期很难在车辆上装配。EPS具有节能与环保等诸多优点，EPS取代HPS是今后一段时间内汽车转向系统发展的趋势。
第二章 硬件电路设计 汽车电动助力转向系统（Electric Power Steering）结构的工作原理:当汽车的方向盘开始转动时，扭矩传感器开始检测其输入轴，并把扭矩信号传输给控制中心，此时的波形有毛刺，并不是能够用来调制的PWM波。而整形电路的作用便是把毛刺去掉，得到矩形波。然后无刷直流电机里面对应的三个霍尔传感器检测出电机转子的位置，以及在汽车变速箱上面安装的车速传感器传给的模拟量，经过ECU分析处理这些模拟量，按程序指令的方式对控制对象进行控制，通过改变输出PWM来控制三相桥中的MOS管的导通顺序控制电机，来实现对控制对象进行控制动力转向的目的。
系统硬件模块连接图 如图系统硬件模块框图所示，硬件系统主要由DSP 最小系统及扩展电路、换相逻辑电路、功率驱动电路、逆变器电路、转子位置检测电路等部分组成。电动机的功能是根据电子控制单元的指令输出适宜的辅助扭矩，是EPS的动力源，电机对EPS的性能有很大影响，是EPS的关键部件之
DSP (TMS320F240) 控制器
逆变器电路 换相逻辑电路 功率驱动电路
无刷直流电动机 转子位置检测电路 位置信号整形电路
扭矩传感器
车速传感器
