电动助力转向系统.docx

电动助力转向系统电动助力转向系统发展历史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(Manuals teering，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 S teering，简称 EHPS)和电动助力转向系统(Elec trie Power S teering， 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，美国理公司在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。

［编辑本段］优势优点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。

电动助力转向系统还可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速时 转向盘能够精确的回到中间位置，而且可以抑制高速回正过程中转向盘的振荡和 超调，兼顾了车辆高、低速时的回正性能3、结构紧凑，质量轻，生产线装配好，易于维护保养电动助力转向系统取消了液压转向油泵、油缸、液压管路、油罐等部件，而 且电机及减速机构可以和转向柱、转向器做成一个整体，使得整个转向系统结构 紧凑，质量轻，在生产线上的装配性好，节省装配时间，易于维护保养4、通过程序的设置，电动助力转向系统容易与不同车型匹配，可以缩短生 产和开发的周期由于电动助力转向系统具有上述多项优点，因此近年来获得了越来越广泛的 应用电动助力转向系统是在机械式转向系统的基础上，加装了电机及减速机构、 转矩转角传感器、车速传感器和 ECU 电控单元而成工作原理电助力转向系统的工作原理如下：首先，转矩传感器测出驾驶员施加在转向 盘上的操纵力矩，车速传感器测出车辆当前的行驶速度，然后将这两个信号传递 给 ECU ； ECU 根据内置的控制策略，计算出理想的目标助力力矩，转化为电流指 令给电机；然后，电机产生的助力力矩经减速机构放大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，实现车辆的转向。

关键技术电动助力转向系统的关键技术主要包括硬件和软件两个方面硬件技术主要涉及传感器、电机和ECU传感器是整个系统的信号源，其精 度和可靠性十分重要电机是整个系统的执行器，电机性能好坏决定了系统的表 现ECU是整个系统的运算中心，因此ECU的性能和可靠性至关重要软件技术主要包括控制策略和故障诊断与保护程序两个部分控制策略用来 决定电机的目标电流，并跟踪该电流，使得电机输出相应的助力矩故障诊断与 保护程序用来监控系统的运行，并在必要时发出警报和实施一定的保护措施 工作过程电动助力转向系统（EPS）作为传统液压系统的替代产品已经进入汽车制造 领域与先前的预测相反，EPS不仅适用于小型汽车，而且某些12V中型汽车也 适于安装电动系统EPS系统包含下列组件：转矩传感器，检测转向轮的运动情 况和车辆的运动情况；电控单元，根据转矩传感器提供的信号计算助力的大小； 电机，根据电控单元输出值生成转动力；减速齿轮，提高电机产生的转动力，并 将其传送至转向机构其它车辆系统控制算法输入信息是由汽车 CAN 总线提供的（例如转向角和汽车速 度等等）电机驱动还需要其它信息，例如电机转子位置（电机传感器提供）和相 电流（电流传感器提供）。

电机由四个MOSFET控制由于微控制器无法直接驱动 MOSFET的大型栅电容，因此需要采用驱动IC形式的接口出于安全考虑，完整 的电机控制系统必须实施监控将电机控制系统集成在 PCB 上，通常包含一个继 电器，该继电器可作为主开关使用，在检测出故障的情况下，断开电机与电控单 元微控器（“C）必须控制EPS系统的直流有刷电机微控器根据转矩传感器提 供的转向轮所需转矩信息，形成一个电流控制回路为了提高系统的安全水平， 该微控器应有一个板载振荡器，这样即使在外部振荡器出现故障的情况下，亦可 确保微控器的性能，同时还应具备片上看门狗英飞凌公司的 XC886 集成了所有 重要的微控器组件，其它安全特性可通过软件实现，如果必须执行 IEC61508 等 行业安全标准规范，就不得不完成各种诊断和自检任务，因而会增加微控器的工 作负荷目前不同客户采用的转矩传感器与转子位置传感器差别很大他们采用 不同的测量原理，如分解器、电磁共振器、基于传感器的集成巨磁阻（IGMR）功率级的作用是开关电机电流该功率级具有两个功能：驱动IC控制和保 护MOSFET, MOSFET本身又可负责开关电流oMOSFET和分区（例如驱动IC与MOSFET 结合在一个器件或多个器件内）由电机功率决定。

微控器的PWM输出端口提供的驱动电流和电压太低，无法直接与MOSFET栅 极实现连接驱动IC的作用是提供充足的电流，为MOSFET的栅极进行充电和放 电，使其在20kHz的条件下正常实现开关，同时保证为高低侧MOSFET提供高栅 源电压Vgs,确保获得低导通电阻如果高侧MOSFET处于开通状态，源极电位 就接近电池电平要想使MOSFET到达标称导通电阻，栅源电压需高于8VMOSFET 完全导通所需的最理想的电压是10V或以上，因此所需的栅极电位就比电池电压 高出10V电荷泵是确保该功能最大程度降低MOSFET功耗（即使低电池电压条件 下）的电路图2说明，英飞凌驱动IC即使在8V电池电压条件下，其低高侧MOSFET 的栅源电压也可达到11V这将确保在低电池电压条件下，获得低功耗和高系统 效率电荷泵设计的其它关键特性是可以根据不同PWM模式的要求，实现极低（低 至1%）和极高的占空比（高至100%）驱动IC的另一个重要功能是检测短路情况， 避免损坏MOSFET受影响的MOSFET将关闭，诊断结果提交给微控器电流水平 可实现调节MOSFET通常应用在一个多半桥拓扑结构内，由驱动IC控制根据ISO7637 规定，在12V电网中，电池电压通常可高达16V。

在选择MOSFET电压级别时， 必须针对二极管恢复过程中所出现的感应瞬变现象提供足够的安全边际(Ls x dl/dt， Ls 代表杂散电感， dl/dt 代表开关时的电流斜率)在低 dl/dt 和低杂散 电感的系统中，可使用30V MOSFET，但通常最好使用40V的MOSFET，可提供更 高的安全边际最新的40V MOSFET技术采用D2PAK(TO263)封装在2mm和180A 条件下，以及采用较小的DPAK(TO252)装封在低于4mm和90A的条件，可提供极 低的导通电阻，使EPS系统设计具备极高的功率密度和效率。