單片機控制下的汽車電動助力轉向系統分析

令狐昌偉

摘要：汽車電動助力轉向系統應用主要是發揮出直流電動機應用價值，能夠為汽車轉向系統提供有效的輔助動力。通過電子控制單元等重要硬件，對數字化信息進行集中采集，實現脈寬調制輸出，然后依照相關指令要求對電動機基本運行情況進行實時監控，刺激機械傳動裝置實現助力轉向。本文分析研究了單片機控制下的汽車電動助力轉向系統。

關鍵詞：單片機控制；汽車電動助力；轉向系統

中圖分類號：TP275 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）09-0003-02

隨著我國社會經濟與汽車工業技術全面發展，在現代化生活領域汽車與人們之間的關系聯系更加緊密。為了保障汽車能夠輕松轉向，在高速行駛狀態下不會產生較大的漂浮感，目前汽車工業發展中主要通過液壓控制作為重要的動力轉向系統。隨著電子技術快速發展，人們開始改變傳統的液壓控制方式，通過電子控制進行替代，也促使電子控制式助力轉向系統發展應用。

1 電動助力轉向系統基本特點概述

電子轉向系統是在機械轉向柱中帶有轉向傳動軸位置安裝減速裝置，然后通過應用各類電子設備來進行有效控制。對原有的純機械式手動轉向不會產生較大影響，在相應速度范圍中還能有效補充相應轉向動力。與傳統液壓控制轉向系統應用相比，目前電動轉向系統具有以下應用特點。轉向作用力控制范圍逐步變寬，電動轉向系統根據車速變化情況對電動機助力進行控制，具有良好的轉向靈活性。當車速較快時，能夠確保電動機與離合器有效分離，電動機不會產生相應的輔助動力。電動轉向系統在運行中實際能耗較低，占用體積較小，能夠防止油路系統產生較大的能源消耗，對摩擦系數大小進行控制，避免產生較大噪聲，在較高的溫度環境下也能進行運轉，這也是液壓控制系統不具有的特性。在電子控制中，具有高精度、抗干擾能力強等特征，通過輸出信號能夠對誤差進行調整，應用PID閉環系統能夠通過軟件編程實現[1]。

2 系統基本構成與運行原理分析

從圖1所示中能夠看出電動助力轉向系統基本結構以及工作原理，在單片機控制下汽車電動助力轉向系統能夠在機械轉向系統中增設信號檢測、處理以及執行裝置，具體組成部分有電子控制單元、電動機、傳感器、離合器、電動電流傳感器、扭矩傳感器等。

目前車速傳感器主要是應用電磁感應式，在車輪半軸、半軸套管等位置進行安裝，能夠對車輛基本行進速度進行控制。電流傳感器的應用主要是對流經電機的電流進行測量。電子控制單元中通過傳感器能夠對車輛電流、扭矩、實時車速等相關信號進行收集，然后對信號采取集中處理措施，再對輸出信號進行控制，通過離合器控制電機轉動能夠為轉向部件提供推動力。其中減速機構應用主要是降速增扭。離合器在應用中具有較多作用，在手動和電動中能夠有效切換，等到車速升高到固定值之后，需要斷開離合器，通過手動轉向。離合器能夠起到良好的保護作用，當電路和電機發生故障之后，不會提供助力，等到車輛轉向行駛過程中處于非常危險時，系統能夠對故障進行檢測，需要迅速斷開離合器[2]。

EPS控制系統硬件基本構成從圖2所示中能夠看出，此電路主要是電動機驅動電路，電動機驅動信號對電路進行控制，電流對電路進行測量。電動機驅動電路主要是由FET橋式電路、驅動電路、驅動線路上電流傳感器和繼電器構成。從圖3所示中能夠看出，通過單片微機輸出的控制信號，經過FET驅動發動，通過橋式電路控制電流流向，對控制電機正反轉問題進行控制。電流傳感器對電機電流進行檢測，通過閉環反饋控制，能夠確保電流電流與目標電流保持一致性，繼電器開閉能夠對電動助力轉向系統控制板電路進行通斷電[3]。

電動機驅動信號控制電路通過直流變電器能夠將電流進行轉變，解決單片機信號電路電壓和驅動信號電路電壓相互協調，在控制信號與FET驅動信號之間能夠實現光電隔離器隔離，防止不同信號電路之間產生較大干擾。電流測量電路主要是由穿心電流傳感器組成，需要對電流測量范圍進行控制，對目標電流進行全面跟蹤[4]。

3 軟件功能和設計

應用軟件能夠根據車速以及方向盤基本扭矩為電動機穩定運轉提供有效動力，電機助力大小需要進行控。在軟件實際運行過程中，進入循環監控程序之后，定時對車速、方向盤扭矩、電機基本電流進行信號收集和處理。如果實際車速較大，超出50km/h時，此時方向盤基本扭矩較低，為了提高安全性，可以分離離合器，確保EPS系統能夠穩定工作，不會斷電。如果實際車速低于50km/h，根據車速為點擊運行提供有效助力。實際助力大小主要是由電機電流大小進行控制，能夠為電流提供充足動力。ECU通過模糊推理控制算法，能夠計算輸出控制電流，再根據電流傳感器傳回電流構成閉環控制，具體操作程序如圖4所示。

根據方向盤的實時扭矩值進行判定，通過驗證程序能夠獲取相關扭矩門限值。當方向盤逆時針轉動時，電機應用時提供反向助力。當方向盤在順時針轉動中，電機運行中能夠提供正向助力。從圖3中能夠看出電流方向能夠促使電機正轉，提供充足的正向動力。軟件在無限循環結構中能夠對控制系統進行循環監控，在實際監控中要及時對電力傳感器、車速傳感器、扭矩傳感器相關數值進行采集，通過電流傳感器檢測能夠確保電流值與目標電流值保持一致[5]。

4 結語

EPS系統開發能夠改變汽車轉向性能，能夠降低方向盤扭矩，在長期研究中需要不斷完善，在安全性、實時性、隨動性基礎上進行創新，確保系統商品化進程全面加快。

參考文獻

[1]龔文資.基于單片機控制的虛擬汽車自動空調實驗臺架的設計[J].中國農機化，2011，（6）：118-121.

[2]陳楚云.單片機控制汽車信號燈模擬系統的設計與實現[J].中國現代教育裝備，2012，（7）：34-35.

[3]肖紅，王洪佩，高松，等.基于單片機控制的汽車自適應前照燈系統[J].制造業自動化，2011，（15）：125-129.

[4]陳林，鄭振.單片機在汽車發動機測速系統的應用[J].無線互聯科技，2014，（5）：59.

[5]郭宏亮，范青青，婁立民，等.基于單片機控制的汽車轉向同步照明裝置[J].制造業自動化，2009，（7）：121-123.