汽车电动助力转向系统EPS硬件设计
EPS工作原理
EPS工作原理一、概述EPS（Electric Power Steering）是指电动助力转向系统，它是一种通过电动机辅助转向的技术。
EPS系统通过感知驾驶员的转向意图，控制电动机输出适当的转向力矩，从而实现转向的轻便和灵便。
本文将详细介绍EPS工作原理以及其组成部份。
二、EPS系统的组成部份1. 转向传感器：转向传感器用于感知驾驶员的转向意图，并将信号传输给控制单元。
常见的转向传感器有转角传感器和转矩传感器。
2. 控制单元：控制单元接收转向传感器的信号，并根据算法进行处理，从而确定电动机输出的转向力矩。
控制单元通常由微处理器和相关电路组成。
3. 电动机：电动机是EPS系统的核心部件，它负责产生转向力矩。
根据不同的设计，电动机可以采用直流机电或者交流机电。
4. 转向助力装置：转向助力装置通过转向助力泵或者电动助力泵提供液压助力。
它可以根据驾驶员的需求调整助力的大小，从而提供更好的驾驶体验。
5. 传动装置：传动装置将电动机的转动转化为转向轴的转动，使转向力矩传递到转向机构上。
三、EPS工作原理EPS工作原理可以分为三个阶段：感知阶段、控制阶段和执行阶段。
1. 感知阶段：在感知阶段，转向传感器感知驾驶员的转向意图。
转角传感器可以感知驾驶员转动方向盘的角度，而转矩传感器可以感知驾驶员施加在方向盘上的转矩。
2. 控制阶段：控制单元接收转向传感器的信号，并根据算法进行处理。
控制单元根据驾驶员的转向意图和车辆的运行状态，计算出合适的转向力矩。
算法通常基于车辆动力学模型和驾驶员行为模型，以提供准确的转向力矩输出。
3. 执行阶段：执行阶段是指电动机输出转向力矩的阶段。
控制单元将计算得到的转向力矩信号传输给电动机，电动机根据信号输出适当的转向力矩。
转向助力装置根据电动机输出的力矩，提供相应的助力，使转向更加轻便和灵便。
四、EPS系统的优势EPS系统相比传统的液压助力转向系统具有以下优势：1. 节能环保：EPS系统不需要额外的液压泵和传动装置，减少了能量损耗和液压油的使用，从而降低了能源消耗和环境污染。
车辆工程毕业设计51汽车电动助力转向(EPS)系统的设计
目录一、绪论1.1 前言 (1)1.2 EPS的特点 (2)1.3 EPS系统在国内外的应用状况 (3)二、 EPS的基本构造和工作原理2.1 EPS系统结构及其工作原理 (4)2.2 EPS的关键部件 (5)2.2.1 扭矩传感器 (5)2.2.2 电动机 (6)2.2.3 电磁离合器 (6)2.2.4 减速机构 (7)2.3 EPS的电流控制 (7)2.4 助力控制 (8)2.5 回正控制 (9)2.6 阻尼控制 (9)三、EPS系统电机驱动电路的设计3.1 微控制器的选择 (10)3.2 硬件电路总体框架 (10)3.3 电机控制电路设计 (11)3.3.1 H桥上侧桥MOSFET功率管驱动电路设计 (12)3.3.2 H桥下侧桥MOSFET功率管驱动电路设计 (13)3.4蓄电池倍压电源 (14)3.5电机驱动电路台架试验 (15)3.6 结论与展望 (16)四、电动助力转向系统故障自诊断的研究4.1 故障自诊断的基本原理 (17)4.2 电动助力转向系统故障自诊断 (17)4.2.1 系统各组成部件的故障辨识 (17)4.2.2 转矩传感器故障自诊断 (18)4.2.3 电机故障自诊断 (20)4.2.4 车速和发动机转速信号故障自诊断 (21)4.2.5 电磁离合器故障自诊断 (22)4.2.6 控制单元电源线路故障自诊断 (22)4.2.7 控制单元故障自诊断 (23)4.3 故障代码显示控制及安全防范措施 (23)4.4 实例分析 (26)4.5 结束语 (27)致谢 (27)汽车电动助力转向(EPS)系统的设计绪论1.1前言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。
汽车助力转向依次经历了机械式转向系统、液压式转向系统、电控液压式转向系统等阶段，国际上已有一些大的汽车公司在探讨开发的下一代线控电动转向系统。
在国外，各大汽车公司对汽车电动助力转向系统（Electric power steering-EPS,或称Elec-tric Assisted Steering-EAS）的研究有20多年的历史。
汽车EPS系统精解
电动转向的优点
提高了汽车操纵稳定性 有较好的汽车转向轻便性 有较好的汽车安全性 降低了发动机功率损耗 节省了油料 减少了污染 提高了转向系统低温工作性能
4）电动转向器的分类
5）电动转向的基本原理
汽车电动转向器动作原理框图
电动转向理想的转向手力模型
随转向盘力矩增大，电机电流（转矩）按一定规律增大； 随汽车车速增大，电机电流（转矩）按一定规律减小； 随转向盘转动速度增大，电机转速增加； 随转向盘转动方向不同，电机转动方向不同.
德国ZF电动助力转向系统（2000北京国际汽车展览会）
日本大发电动助力系统
国内外电动转向系统现状
2） 结构的发展 （1）在安装液力转向系统困难的紧凑型小车上，发展C-EPS。 （2）由于更强调环保和节能的趋势，P-EPS将会成为未来电动助力转向系统的重点 发展方向。 多用于轻型轿车。 （3）电动助力转向系统应用向中型吨位车型发展。R-EPS型和DD-EPS型电动转向器 得到了发展。 （4）电动助力转向系统应用向卡车发展，发展出X-EPS（循环球电动转向器） 3）产品发展现状 （1） 2000年昌河汽车之北斗星厢式车安装电动转向器，掀开我国汽车转向器历史 上新的一页。 （2） 到现在已有12家大专院校、研究院所和28家国营和民营企业立项或独自开发 该种产品。其中大部分单位在研制和生产C-EPS，少部分在研制P-EPS、REPS和X-EPS。 （3）到现在已有8家企业在发展电机，大部分生产有刷电机，小部分生产无刷电机。 （4）到现在已有2家生产电位计式传感器，还有几家生产相位差式传感器、电磁感 应式传感器、霍尔元件式传感器。
1）何为电动转向
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。其相 对关系可以不同。
电动助力转向系统介绍
电动助力转向系统1、功能原理汽车电动助力转向（EPS）系统是在机械式转向系统的基础上加装电动机驱动单元构成的。
其主要的是提供助力、改善汽车转向性能、协助驾驶员完成转向操作。
2、组成具体组成原理详细EPS系统由扭矩传感器、车速传感器、电自控制单元（ECU）、助力电动机及减速机构等。
○1扭矩传感器，又称转向传感器，其作用是测定方向盘与转向器之间的相对扭矩，并转化为电信号传递给ECU。
○电动机，其功能是根据ECU的相关指令，输出适宜的转向助力矩，是EPS系统的动力源。
○减速机构，接收电动机的转矩，经减速增矩后传递给转向轴、小齿轮或齿条。
○ECU，是EPS系统的控制中心，根据扭矩传感器和车速传感器的信号进行逻辑分析与计算并发出指令，控制电动机和离合器。
3、基本工作过程汽车转向时，扭矩传感器和车速传感器将检测到的扭矩、方向信号及车速信号传递给ECU，ECU根据扭矩传感器的信号和车速传感器的信号确定电动机扭矩的大小和方向，电动机再通过离合器、减速机构等把此扭矩传递给扭杆，最终起到为驾驶员提供转向助力的效果，使汽车转向更轻便。
车速越低转向助力越大，车速越高转向助力越小。
当车速大于一定值时，取消助力，将直流电动机反接制动，目的是在汽车高速行驶时增加操作方向盘的手感，保证行驶安全。
4、EPS系统的控制方式○助力控制：助力控制是EPS的基本控制模式，包括汽车原地转向助力控制和动态转向助力控制两个方面。
○回正控制：回正控制的目的是使方向盘能够更快、更准地回到中位，避免方向盘产生不必要的抖动。
○阻尼控制：阻尼控制是为了提高汽车高速行驶时的转向稳定性的一种控制模式。
5、EPS的优点○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。
○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。
EPS电动助力转向系统的软硬件设计
也 就是我 们常 说的Ｅ Ｐ Ｓ ，也 可 以 称 为
“ 电 子 控 制 助 力 ” 、它 是 存 Ｅ Ｐ Ｓ 控 制
号 驱 动 电 路 、 锅 甚 板 电机 驱 动 电 路 、 离 合 控 带 ｌ Ｊ 电 路 、 电流 反 馈 电 路 、敝
发 动 帆 脉 冲
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图１ 电动助力转向系统基本结构
图２ 系统硬件原理框图
● 谭 群林
株洲南车时代电气股份有限公司 （ 湖南 株洲４ １ ２ ０ ０ １）
会 根 据 转 向轴 的 转 动 力 矩 、转 向等 数 据 ，向Ｅ Ｐ Ｓ 控 制 器 发 出 动 作 指 令 ， 助
力 电 机 就 会 根 据 具 体 的 需 要 ，输 出 相
应 大 小 的转 动 力 矩 、从 而 宴 现 助 力 转 向 。如 果 不 打 方 向 盘 ．￣ Ｊ Ｅ ｅ ｓ 系 统 就 不 工 作 ，处 于 等 待 调 用 状 态 ，而 且 ， 助 力 电机 的 助 力 输 出 也 随 着 车 速 的 提 高 而 减 小 ．当 车 速 超 过 设 定 值 时 会 停
三类： （ １ ） 机 械 式 液 压 动 力 转 向 系 统： （ ２ ）电子 液压 助力转 向系统 ：
（ ３ ）另外 ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，
EPS控制器设计匹配及使用
EPS控制器设计匹配及使用EPS（Electric Power Steering，电动助力转向）是现代汽车中常见的转向系统之一，使用电动机代替液压提供转向助力。
EPS控制器设计的目标是提供准确、稳定和安全的转向助力，并满足各种驾驶条件下的需求。
EPS控制器的设计首先需要考虑的是系统的传感器和执行器，它们用于感知车辆的转向状态和提供相应的助力输出。
常见的传感器包括转向角传感器、转向助力传感器、转向速度传感器等，而执行器则是电动助力转向电机。
这些传感器和执行器需要与EPS控制器进行匹配，在设计时需要考虑它们之间的兼容性和通信协议。
另外，EPS控制器还需要具备一定的控制策略，用于根据传感器的输入数据来实现转向助力的输出。
常见的控制策略包括基于模型的控制方法和基于经验的控制方法。
基于模型的控制方法使用数学模型描述转向系统的动态特性，通过调节控制器参数来实现期望的转向助力输出。
而基于经验的控制方法则是根据实际测试数据和经验公式来设计控制逻辑。
在设计控制策略时需要考虑车辆的稳定性、安全性以及驾驶员的操控感受。
此外，EPS控制器还需要考虑故障检测和容错机制。
由于EPS系统的重要性，一旦发生故障可能会对车辆的操控造成严重影响。
因此，EPS控制器需要具备故障检测和容错机制，能够及时检测系统故障并采取相应的措施来保证车辆的安全性。
最后，EPS控制器的设计还需要考虑系统的可扩展性和性能优化。
随着汽车技术的不断发展，EPS系统也在不断进化，新增了许多功能和特性。
因此，EPS控制器需要具备一定的可扩展性，能够适应新的需求和功能的添加。
此外，为了提高系统的性能，EPS控制器还需要对计算能力、响应时间等指标进行优化。
在使用EPS控制器时，需要根据车辆型号和具体需求进行配置和调试。
首先，需要根据车辆的驾驶条件选择合适的控制策略和参数设置。
然后，将EPS控制器与传感器和执行器进行连接，确保其正常工作。
最后，进行相关的调试和测试，包括转向助力输出的准确性、稳定性和安全性等方面的验证。
EPS (电子助力转向系统介绍)
EPS (电子助力转向系统介绍)EPS (Electric Power Steering)是一种电子助力转向系统，它使用电子信号来替代原来机械或液压的转向装置，其常见于汽车等车辆中。
EPS系统的作用是让驾驶者更轻松地掌控车辆，提高驾驶舒适度和安全性。
下面将介绍EPS系统的工作原理、优点、缺点和维护保养等相关知识。
工作原理EPS系统的核心是电动助力机构，包括电机、减速器、转向角传感器、控制单元等组件。
当驾驶者通过转动方向盘发出转向信号时，转向角传感器会检测到方向盘的位置和转角，并将信号传输给控制单元。
控制单元会分析这些信息，并通过电路控制电机旋转，帮助驾驶者完成转向动作。
优点相比传统的机械或液压转向装置，EPS系统具有如下优点：•节省燃油：EPS系统不需要额外的动力供给器，如水泵或发动机带动的液压马达，因此可以减少燃油消耗。
•良好的操纵性：EPS系统具有比较线性的转向特性，能够给驾驶者带来更精确而顺畅的转向操纵体验，尤其在高速行驶时更为明显。
•安全：EPS系统的反馈力度可以随着行驶速度而改变，快速转向时会有更强的力度帮助驾驶者完成动作，极大的提高了驾驶的安全性。
缺点EPS系统也存在一些缺点：•故障率高：EPS系统的电子元件较多，容易受到电磁干扰和振动的影响，因此存在较高的故障率。
•维修成本高：尽管大多数EPS系统都与车辆保修计划相连，但在保修期之后的维修成本相比传统转向系统要高。
•对驾驶舒适度的依赖：EPS系统全面依赖电气力，因此在某些情况下（例如车辆失电）可能会影响驾驶者的操控感受。
维护保养EPS系统的维护保养需要根据车辆制造商推荐的要求进行，主要包括以下几个方面：•定期更换液压油•每年或每2万公里检查EPS系统的电气连接器和线路是否损坏，定期用电氧清洗EPS系统•检查和更换EPS系统的相关电子标志(电控单元等)EPS系统是一种新型、先进的转向装置，能够提高驾驶舒适度和安全性。
EPS系统的优点在于可以节省燃油，提供良好的操纵性和安全性。
EPS电机控制器的设计
摘要由于电动助力转向系统具有环保节能、助力特性可调、安全性高等优点，许多汽车企业和研究单位已经将其做为重点研发项目之一，其中，电子控制器硬件开发和控制软件是其核心技术之一。
本文首先分析了各种助力转向系统的特点，重点研究了电动助力转向系统的结构和动力学模型。
本文重点设计了电动助力转向系统的控制器硬件及控制软件。
硬件设计方面主要包括：选取了飞思卡尔 MC9S12 系列单片机作为 EPS 系统 CPU，设计了单片机最小系统电路（包括时钟电路、滤波电路、电源电路、复位电路等）；采用 LM2576 芯片设计了稳压电源电路；方向盘转矩传感器信号和车速信号调理电路、助力电机驱动电路以及通信电路等。
助力电机驱动电路由电机专用驱动芯片 TD340 驱动；通信电路主要由串口通信和 CAN 总线通信组成，实现与 PC 机和整车通信；控制软件方面主要编写了单片机的 A/D转换程序、PWM 模块和脉冲捕捉模块程序以及相关寄存器配置方法。
为了验证控制器硬件和软件的可靠性，在本设计中进行了实验研究，主要包括无助力与有助力对比、方向盘回正控制等试验，结果表明，控制器硬件部分性能良好、工作稳定可靠；软件控制效果较好，助力特性符合设计要求。
转向系统稳定性较好，同时方向盘上无明显抖动，手感良好，为下一步的装车试验做好了准备。
关键词：EPS；传感器；单片机；电机；电路；ABSTRACTBecause of electric power steering system has the environmental protection and energy saving dynamical, characteristics adjustable security advanced advantage, Many automobile enterprises and research units already use this as one of the key research projects, Including electronic controller hardware development and control software is its core technical one.This paper first analyzes the characteristics of various steering system, Focus on the electric power steering system structure and dynamic model.This paper puts emphasis on the design the electric power steering system controller hardware and software and hardware design control mainly includes; Select freescale MC9S12 series microcontroller as EPS system CPU, Designed the single chip minimize system clock circuit circuit (including filter circuits power circuit reset circuit etc.); Using the LM2576 chip design firm V oltage circuit was designed The steering wheel torque sensor signal and speed signal regulate circuit power motor drive circuit and communication circuit to boost by motor driving circuit for TD340 driver drive chip; Communication circuit consists mainly of serial communication and thecan bus communication composition, Realization and PC and vehicle communication; The control software is mainly wrote MCU A/D conversion process PWM module and pulse capture module procedures and related registers collocation method.In order to verify the reliability of the controller hardware and software, And carry through experimental study on test-bed, Including the contras of without power and have power, The experimental results show that the controller hardwareperformance is good, Stable and reliable; Software control effect is good, Dynamical characteristics comply with the design requirements. Steering system stability is good, And the steering wheel without obvious jitter, Steering feel is good,And getting ready for the loading test of the next.Keywords: Electric power steering; Sensor; Single chip; Electrical machine; Electrial circuit;目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1 本设计研究的意义 (1)1.2本设计研究的目的 (2)1.3 电动助力转向系统国内外发展研究现状 (3)1.4 电动助力转向系统的特点 (4)1.5 本设计研究的主要内容 (5)第2章工作原理和控制方法 (6)2.1工作原理及结构组成 (6)2.1.1 助力电机 (6)2.1.2 电磁离合器 (6)2.1.3 电子控制单元 (6)2.2 EPS 电机控制器的基本控制方式 (7)2.2.1 助力控制 (8)2.2.2 回正控制 (8)2.2.3 阻尼控制 (8)第3章硬件设计 (9)3.1硬件电路结构及系统框图 (9)3.2传感器 (10)3.2.1 电位计式扭矩传感器 (10)3.2.2 车速传感器 (10)3.3 ECU (11)3.3.1单片机的选择 (11)3.3.2 时钟电路 (11)3.3.3 滤波电路 (12)3.3.4 电源电路 (13)3.3.5 复位电路 (13)3.4 电源转换电路 (13)3.5 传感器信号（车速、扭矩）处理电路 (14)3.5.1 车速信号处理电路 (14)3.5.2 方向盘扭矩信号 (15)3.6 电机驱动器的选择 (15)3.7本章小结 (17)第4章软件设计 (18)4.1 EPS 软件的总体流程 (18)4.2软件设计 (19)4.2.1 A/D 数据采集程序设计 (19)4.2.2 电动机PWM 控制 (23)4.3 本章小结 (27)第5章试验分析 (28)5.1 程序下载 (28)5.2 实验设备介绍 (30)5.3 台架实验结果与分析 (30)5.3.1 无助力特性试验 (30)5.3.2 助力特性试验 (31)5.3.3 回正性试验 (33)5.4 本章小结 (34)总结……………………………………………………………………. .35致谢…………………………………………………………………... .36参考文献 (37)附录A外文文献………………………………………………………. .39附录B中文译文 (43)附录C电机控制器主程序 (49)第1章绪论节能、环保、舒适、廉价是广大汽车消费者对汽车的基本要求，也是是现代汽车技术追求的主要目标，集中体现了现代汽车工业的发展方向。
P-Eps (Pinion Electric Power Steering) 齿轮式电动助力转向系统
P-Eps (Pinion Electric Power Steering) 齿轮式电动助力转向系统EPS，电动助力转向。
也可以叫EPAS。
其最大优点是可以随速控制助力，在低速时提供较大助力，保证轻便转向；在高速时减小助力，提供驾驶员足够的路感。
EPS只在转向时发挥作用，因此不像液压转向会一直对发动机造成额外负担，从而减小油耗，同时没有不可回收件，更加绿色，从各方面满足环保的需求。
【图1.EPS结构】1）传感器：包括方向盘扭矩传感器，测量驾驶员施加在方向盘上的扭矩；方向盘转角位置传感器，测量方向盘的角度位置，为自动回正功能提供支持，另外ESP稳定控制，主动巡航，自动泊车等系统也需要更精确的方向盘转角信号，因此有时由这些系统提供CAN信号给EPS。
2）执行器：EPS顾名思义，采用电机作为执行器，目前主要考虑的有直流有刷和直流无刷电机。
有关这两种的区别其他帖子里有过介绍。
3）减速机构：电机输出的扭矩经过减速机构加载到转向系统上。
形式有蜗轮蜗杆式，循环球式，差动轮系和摇臂机构等等，前两者比较常见，也跟EPS的形式有关（参见EPS分类）。
4）电子控制单元：EPS的电子控制单元可以跟车上其他部件通信，处理传感器信号，通过程序计算出需要的助力大小，并转换成控制信号输出给驱动电路，驱动电动机输出扭矩。
5）转向机构：跟常规转向机构类似。
EPS的分类：主要分3大类，根据电机在转向机构中耦合位置和方式的不同。
1）C-EPS转向柱式(Column Electric Power Steering)：直接在转向柱上安装，可以从常规转向改进而来，简单，成本低；缺点是噪音大，振动不好控制，会直接传到方向盘上，传递扭矩也较小。
2）P-EPS小齿轮式(Pinion Electric Power Steering)：结构较紧凑，且提高了系统的刚度；但电子部分工作环境差（安装位置距离前桥近），要求耐温，防水，抗干扰等性能高，提高了成本。
面向功能安全要求的EPS控制器硬件架构分析与测试
实际道路测试虽然能够真实地反映车辆在实际行驶中的性能，但测试周期长， 测试成本高，且具有一定的安全风险。
硬件在环测试作为一种先进的测试方法，已经在汽车控制系统测试领域得到 了广泛应用。HIL测试通过将控制器与仿真器相连，实现在实验室环境中模拟实 际车辆行驶工况，以达到测试控制器性能的目的。与现有测试方法相比，HIL测 试具有更高的测试效率和安全性，可以模拟各种极端情况和复杂的实际行驶工况， 为电动汽车整车控制器功能测试提供了一种新的解在环的电动汽车整车控制器功能测试方法，为电动 汽车控制器功能测试提供了一种新的解决方案。实验结果表明，该方法具有较高 的测试效率和安全性，可以有效地模拟实际行驶工况，准确地评估控制器的性能。
然而，本研究仍存在一些不足之处，例如需要进一步扩大测试场景的范围， 完善测试用例的设计，以及提高仿真器的逼真度等。未来研究可以针对这些问题 进行深入探讨，进一步完善基于硬件在环的电动汽车整车控制器功能测试方法。 同时，随着电动汽车技术的不断发展，新的控制器架构和技术将不断涌现，因此 本研究也需要不断更新和跟进最新的研究进展。
域控制器平台的概念和作用
域控制器平台是指将汽车中多个子系统的功能集成到一个或多个控制器中， 从而实现更加高效和智能的控制。域控制器可以控制多个系统，包括动力总成、 刹车、转向、空调、信息娱乐、自动驾驶等。通过域控制器平台，汽车的性能和 安全性得到了很大提高。
面向未来汽车电子电气架构的域 控制器平台
六、
电子电气架构的发展历程
汽车电子电气架构的发展经历了多个阶段。最早的汽车电子电气架构比较简 单，主要由机械式仪表、开关和继电器等组成。随着技术的发展，数字仪表、信 息娱乐系统、自动驾驶等逐渐出现在汽车中，电子电气架构变得越来越复杂。传 统的电子电气架构存在很多问题，如线束复杂、重量增加、故障排查困难等。因 此，域控制器平台应运而生。
基于CarSim的电动助力转向系统仿真与硬件在环验证
基于CarSim的电动助力转向系统仿真与硬件在环验证一、本文概述随着汽车工业的快速发展，电动助力转向系统（Electric Power Steering, EPS）已成为现代车辆的重要组成部分。
EPS系统不仅提高了驾驶的便捷性和舒适性，同时也对车辆的操纵稳定性和安全性起着至关重要的作用。
然而，EPS系统的设计和优化面临着众多挑战，包括系统性能的优化、安全性的保障以及成本的控制等。
因此，对EPS系统进行精确而高效的仿真分析以及硬件在环验证成为了研究和开发过程中的关键步骤。
本文旨在介绍基于CarSim的电动助力转向系统仿真与硬件在环验证的研究方法和技术。
本文将概述EPS系统的基本原理和结构，以及其在车辆动力学中的作用。
本文将详细介绍CarSim仿真软件在EPS 系统仿真中的应用，包括建模过程、仿真参数设置以及仿真结果的分析和处理。
接着，本文将探讨硬件在环验证的重要性，以及如何在CarSim环境中实现硬件在环验证。
本文将通过实例分析，展示基于CarSim的EPS系统仿真与硬件在环验证的实际应用效果，为EPS系统的设计和优化提供有效的技术支持。
通过本文的研究，旨在为EPS系统的研究者和工程师提供一种基于CarSim的仿真与硬件在环验证的方法论，以提高EPS系统的开发效率和性能优化，为现代汽车工业的发展做出贡献。
二、EPS系统原理及CarSim仿真建模电动助力转向系统（EPS，Electric Power Steering）是一种先进的汽车转向系统，旨在通过电机提供辅助转向力矩，以提高驾驶的舒适性和安全性。
EPS系统主要由转向传感器、车速传感器、电机、电子控制单元（ECU）等组成。
当驾驶员转动方向盘时，转向传感器检测方向盘的转角和转速，车速传感器则检测车辆的速度。
这些信息被传递给ECU，ECU根据预设的控制策略计算出所需的辅助转向力矩，并控制电机产生该力矩，从而帮助驾驶员更轻松、更稳定地驾驶汽车。
为了对EPS系统进行仿真分析，我们采用了CarSim软件。
汽车电动助力转向系统硬件设计
汽车电动助力转向系统硬件设计摘要：绿色环保背景下电动汽车被提出，电动汽车结构与传统汽车差异较大，其中电动助力转向系统更是具备环保、节能等特性，因此，在对其进行设计时，应注重其与传统转向系统的差异，并着重注意硬件设计。
本文以汽车电动助力转向系统构成为基础，继而提出汽车电动助力转向系统的硬件设计，以供参考。
关键词：电动汽车；转向系统；硬件设计引言：近几年，电动助力转向系统（EPAS）发展迅速，国外已有全新或改进的系统投入使用。
从长远来看，为中小型车配备电动助力转向系统是汽车转向系统发展的一个重要趋势，国内对电动助力转向系统的研究也很重要。
但由于种种原因，国内的研究大多集中在电动助力转向系统的动力学分析和建模上，尚未针对电动助力转向系统种的硬件设计进行探究，为此，有必要在未来发展中对其展开深入剖析。
一、汽车电动助力转向系统构成电动助力转向系统符合现代汽车机电一体化的设计思想，主要由以下部件组成：电子控制单元（FCU）、速度和扭矩传感器、伺服电机、驱动机构和转向柱部件。
关键是电子控制单元，它在很大程度上决定了电动助力转向的控制效率。
电动转向系统的具体支持是：在车辆启动或低速时操作方向盘并将其安装在转向柱上。
扭矩传感器不断检测作用在转向柱上的扭矩，并向电子控制系统发送信号和速度信号。
处理器计算并处理输入信号以确定辅助扭矩的大小和方向，从而控制发动机的电流和方向，并最终为驾驶员提供辅助转向动力。
在如今车流密集化环境内，针对更多不同水平的驾驶人群, 汽车的操纵设计显得尤为重要，如果车速超过某个阈值或发生错误，EPAS将退出支持模式，转向系统将切换到手动转向模式[1]。
二、汽车电动助力转向系统硬件设计1.电机设计(1)EPS系统控制电路的分层设计。
嵌入式EPS系统硬件主要包括整车点火信号、功率监测、扭矩角传感器、转速传感器、负载传感器信号处理、辅助电机驱动和电流反馈、A/D转换、电磁离合器驱动等模块，系统通信和系统错误诊断。
电动助力转向系统的研究与设计
电动助力转向系统的研究与设计摘要电动助力转向系统(Electric Power Steering System，简称EPS)，是汽车工程领域的热门课题之一。
本文在研究了电动助力转向系统工作原理的基础上，设计开发了EPS的电子控制单元ECU (Electronic Control Unit)的硬件电路和相应的控制软件框图。
本文详细分析了电动助力转向系统电子控制单元的功能，研究开发了以89c52单片机为微处理器的电子控制单元。
控制单元具有实时数据信号采集和系统控制功能，根据采集的数据信号，确定电动机输出的目标电流，利用PWM脉宽调制技术，通过H桥式电路控制电动机的输出电流和转动方向，实现助力转向功能。
在研制了实验用ECU装置后，开发了相应的控制软件。
控制软件分为控制策略的实现和数据信号采集与分析两部分。
整个软件系统采用了模块化的设计思想。
在数据信号采集与控制部分，设计了系统主程序、A/D采集程序、车速信号采集程序和PWM控制程序。
本文所设计的EPS电子控制单元性能稳定，结构合理，与整车匹配性能好，可保证EPS实现良好的转向助力效果。
关键词：电动助力转向电子控制单元单片机控制策略Electronic power steering system Research and DesignABSTRACTElectric Power Steering System (EPS) is one of the focuses research in automotive engineering. This paper is based on the principles of EPS to study the operation, designed and developed the Electronic Control Unit (ECU) and the soft ware diagram of the ECU.The thesis Considers the functions of the electronic control unit of EPS, studied and developed the hardware that adopted 89c51as its microprocessor. The control unit was able to realize real-time data/signal acquisition and system control. The target current of motor output could be determined by the obtained data; and utilizing the Pulse-Width Modulation (PWM) technology, power could be provided to the steering system by controlling the output current and rotation direction through H-bridge circuit.The software program, which was divided into the realization of control strategy and the acquisition & control of data/signal, was developed in modular after the design of experimental ECU was completed. And the main program, A/D acquisition program, speed signal acquisition program and PWM control program are developed in the second part.The result showed that the electronic control unit designed was with stable performance, appropriate structure and excellent matching condition, and the excellent power steering effect could be ensured by EPS.Key words: Electric Power Steering System (EPS) Electronic Control Unit Single-Chip Microprocessor Control Strategy目录前言 (1)第1章绪论 (2)1.1汽车电动助力转向系统的特点 (2)1.2电动助力转向系统国内外的研究现状 (4)1.3 EPS的发展趋势和急待解决的核心技术 (5)1.4本课题研究的目的与意义 (6)第2章电动助力转向系统方案确定及工作原理 (7)2.1电动助力转向系统的工作原理 (9)2.1.1电动助力转向系统的组成和工作原理 (9)2.1.2电动助力转向系统的分类 (11)2.1.3电动助力转向系统的技术要求 (12)2.2电动助力转向系统的数学模型 (13)2.2.1转向盘和转向柱输入轴子模型 (14)2.2.2电动机模型 (14)2.2.3输出轴子模型 (16)2.2.4齿轮齿条子模型 (16)2.3电动助力转向系统的主要部分 (17)2.3.1转矩传感器 (18)2.3.2车速传感器 (19)2.3.3直流电动机 (20)2.3.4电磁离合器 (21)2.3.5减速机构 (22)2.3.6电子控制单元ECU (23)第3章电动助力转向系统的硬件设计 (24)3.1电子动力转向系统控制器的总体结构 (24)3.2控制器微处理芯片的选择 (26)3.2.1控制器微处理器常用芯片及选型 (26)3.2.2 89C52芯片及A/D转换芯片介绍 (26)3.2.3 89C52外部总线扩展及片外ROM的连接 (28)3.3控制器输入通道的设计 (30)3.3.1转矩信号的采集 (30)3.3.2电动机电流信号的采集 (31)3.3.3车速信号的采集 (33)3.4控制器输出通道的设计 (34)3.4.1电动机的PWM控制 (34)3.4.2电磁离合器和显示控制电路的设计 (39)3.4.3 电动机保护电路及继电器驱动电路设计 (40)3.5系统供电电源电路设计 (41)3.6系统硬件抗干扰措施 (42)第4章电动助力转向系统的软件设计 (45)4.1 EPS的控制策略 (45)4.1.1 EPS的PID控制 (45)4.2电子动力转向系统各功能模块的软件设计 (48)4.2.1 A/D采集程序 (48)4.2.2 PWM控制程序 (49)4.2.3车速信号采集程序 (51)4.2.4系统主程序 (53)结论 (55)谢辞 (56)参考文献 (57)附录 (59)外文资料翻译 (66)前言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。
EPS的工作原理、主要由部分组成
EPS的工作原理、主要由部分组成EPS主要由部分组成:电子控制单元(简称ECU)、扭矩传感器、电动机以及带有离合器的减速机构。
其基本工作原理是:不转向时,电动机不工作;当转向时,扭矩传感器将检测到的作用于转向盘上的扭矩信号传送给ECU, ECU同时接收车速传感器传来的车速信号,ECU对输入信号进行处理后,向电动机发出指令,电动机据此输出相应大小及方向的扭矩以产生助力,从而实现助力转向的实时控制。
2.部件组成及功能扭矩传感器用于检测作用于转向盘上的扭矩信号的大小与方向;车速传感器常采用电磁感应式传感器通过感应电流改变磁场的大小,安装在变速箱上;EPS的动力源是电动机,通常采用无刷永磁式直流电动机,其功能是根据ECU的指令产生相应的输出扭矩;离合器采用干式电磁式离合器,其功能是保证EPS在预先设定的车速范围内闭合;当车速超出设定车速范围时,离合器断开,电动机不再提供助力,转入手动转向状态。
减速机构是用来增大电动机的输出扭矩,主要有两种形式:蜗轮蜗杆减速机构和双行星齿轮减速机构;EPS的电子控制单元通常是一个8位单片机系统,是由一个8位单片机,另加一个256字节的RAM, 4KROM及一个D/A 转换器组成;ECU还具有安全保护和故障诊断功能。
三、国内外发展现状趋势国外趋势。
由于电动助力转向系统具有以上诸多优点,国外许多汽车及零部件生产商纷纷致力于该技术的研究。
在此之后,电动助力转向技术如雨后春笋般得到迅速发展。
转向的趋势电动转向系统作为一种新型的转向系统。
相比之下,国内的EPS的研究起步较晚。
四、技术现状研究1.传统转向系统传统的汽车转向系统是机械系统,汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘,通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。
2.电液动力转向系统可以分为两大类1)电动液压助力转向系统EHPS。
(2)电控液压助力转向ECHPS。
3.电动助力转向系统。
电动转向系统EPS把一个机械的系统和一个电控的电动马达结合在一起形成的一个动力转向系统。
eps工作原理图
eps工作原理图EPS工作原理图。
EPS（Electric Power Steering）是一种采用电动辅助系统来辅助转向的汽车转向系统。
相比传统的液压助力转向系统，EPS系统具有更高的能效和更灵敏的响应速度。
本文将介绍EPS的工作原理图及其工作原理。
EPS系统的工作原理图如下所示：1. 电机控制单元（ECU），EPS系统的核心部件是电机控制单元，它负责监测车辆速度、方向盘转角和驾驶员的转向力，并通过控制电机的输出力来实现转向辅助。
2. 扭矩传感器，扭矩传感器用于监测驾驶员对方向盘施加的转向力，并将这些信息传输给电机控制单元。
3. 转向角传感器，转向角传感器用于监测方向盘的转向角度，并将这些信息传输给电机控制单元。
4. 电机，EPS系统中的电机通常安装在转向柱或转向齿轮上，通过控制电机的输出力来辅助驾驶员转向。
EPS系统的工作原理如下：当驾驶员转动方向盘时，扭矩传感器将转向力的信息传输给电机控制单元。
同时，转向角传感器将方向盘的转向角度信息传输给电机控制单元。
电机控制单元根据这些信息计算出所需的转向辅助力，并控制电机输出相应的力来辅助驾驶员转向。
在低速行驶时，EPS系统会提供更大的转向辅助力，使驾驶员更容易转动方向盘。
而在高速行驶时，EPS系统会减小转向辅助力，以保证车辆的稳定性和操控性。
与传统的液压助力转向系统相比，EPS系统具有以下优点：1. 能效更高，EPS系统不需要额外的液压泵和液压油路，因此能效更高，可以提高车辆的燃油经济性。
2. 响应速度更快，EPS系统的电机响应速度更快，可以更准确地根据驾驶员的操作提供转向辅助力，提升车辆的操控性能。
3. 可调性更强，EPS系统可以根据车速和驾驶条件调整转向辅助力的大小，使车辆在不同行驶状态下都能保持良好的操控性能。
总之，EPS系统通过电动辅助转向的方式，提高了车辆的操控性能和能效，是现代汽车上常见的转向系统之一。
希望本文所述的EPS工作原理图及工作原理能够帮助读者更好地理解EPS系统的工作原理和优点。
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汽车电动助力转向系统E P S硬件设计Modified by JEEP on December 26th, 2020.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 PowerAssisted Steering SystemInstructor：Helinlin Associate professorAbstractElectric 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 byP87C591 microp rocessor. The motor given torque is computed by expertcontrol system. The practical output torque is closed-loop controlled. The working principle and key technologies for reliable design of EPS controller were signal processing circuit and the power drive circuit were hierarchically designed to improve theanti jamming capability and reliability. The PWM frequency was selected considering the influence of switching currentpulse on the safety of the transistors and the motor should be taken into account . Besides paralleled for theeconomy , the heat dissipation and the srelevant parameters were selected to improve the drive efficiency and the stableoperation capability.The results of the experiment show thesystem designed has good steering characteristics and meets the request of electric power steering.Key wordsElectric Power Steering; Microprocessor; The bridge drives H ;PWM chopped wave; Control System目录第1章概述 (1)EPS系统简介 (1)转向系统的发展概况 (2)EPS系统的特点 (3)第2章 EPS系统模型 (7)EPS系统的结构及原理 (7)建立EPS动力学模型 (8)EPS的动力学方程 (8)直流电动机 (11)第3章基于高性能P87C591单片机控制方案制定 (12)单片机控制方案 (12)3.1.1 P87C591单片机芯片简介 (12)3.1.2 单片机控制系统 (14)EPS工作流程图 (16)助力电流控制系统 (17)3.3.1 控制策略 (17)3.3.2 电机目标助力电流算法 (17)3.3.3 助力电流闭环控制 (18)第4章 EPS控制系统设计 (21)EPS 控制器模块化设计 (21)电机控制电路设计 (22)4.2.1 H桥驱动芯片IR2110功能简介 (22)4.2.2 H 桥功率驱动电路 (24)4.2.3 电机保护电路 (25)PWM斩波 (26)4.3.1 PWM控制原理 (26)4.3.2PWM斩波电路 (27)4.3.3驱动频率的选择 (28)第5章汽车转向技术的发展趋势 (32)线性转向系统 (32)转向技术发展趋势 (32)结束语 (33)致谢 (34)参考文献 (35)汽车电动助力转向系统（EPS）硬件设计第1章概述EPS系统简介电动助力转向系统是于20世纪80年代中期提出来的。
该技术发展最快、应用较成熟的当属TRW转向系统和DelphiSagiaw（萨吉诺）转向系统，而DelphiSagiaw（萨吉诺）转向系统又代表着转向系统发展的前沿。
电动助力转向系统（EPS，ElectricPowerSteering）是未来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工作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。
电动助力转向系统符合现代汽车机电一体化的设计思想，该系统由转向传感装置、车速传感器、助力机械装置、提供转向助力电机及微电脑控制单元组成。
该系统工作时，转向传感器检测到转向轴上转动力矩和转向盘位置两个信号，与车速传感器测得的车速信号一起不断地输入微电脑控制单元，该控制单元通过数据分析以决定转向方向和所需的最佳助力值，然后发出相应的指令给控制器，从而驱动电机，通过助力装置实现汽车的转向。
通过精确的控制算法，可任意改变电机的转矩大小，使传动机构获得所需的任意助力值。
转向系统的发展概况作为汽车的一个重要组成部分, 汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成, 如何设计汽车的转向特性, 使汽车具有良好的操纵性能, 始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。
特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天, 针对更多不同水平的驾驶人群, 汽车的操纵设计显得尤为重要。
汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统3 个基本发展阶段。
1 纯机械式转向系统机械式的转向系统, 由于采用纯粹的机械解决方案, 为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘, 这样一来, 占用驾驶室的空间很大, 整个机构显得比较笨拙, 驾驶员负担较重, 特别是重型汽车由于转向阻力较大,单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向, 这就大大限制了其使用范围。
但因结构简单、工作可靠、造价低廉, 目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。
2 液压助力转向系统1953 年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统, 此后该技术迅速发展, 使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。
80 年代后期, 又出现了变减速比的液压动力转向系统。
在接下来的数年内, 动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统, 比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统( Variable Displacement Power Steering Pump) 和电动液压助力转向( Electric Hydraulic PowerSteering, 简称EHPS) 系统。
变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下, 泵的流量会相应地减少, 从而有利于减少不必要的功耗。
电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵, 由于电机的转速可调, 可以即时关闭, 所以也能够起到降低功耗的功效。