汽车电动助力转向系统(EPS)的设计

摘 要
汽车电动助力转向系统(EPS)与传统的机械、液压助力转向系统相比具有转向灵敏、能耗低、与环境的兼容性好、成本低等优点。目前，在很多高端车上都装由EPS，因此，开发EPS具有很大的实际意义和商业价值。电动助力转向系统主要由控制部分、执行部分和程序这三个部分组成，控制部分主要由信号采集电路、单片机和信号发送电路组成。其中单片机是控制部分的核心部件，信号采集电路采集到的转矩和车速信号送单片机处理后，单片机再发出控制信号给信号发送电路，经过驱动电路驱动电机转动。执行部分主要由电机、减速机构和电磁离合器的组成。它起着转向辅助动力的产生，传递和中断的作用。而程序是助力控制方式的具体体现，它由控制方式和控制策略来决定。控制部分、程序、执行部分相互组合就构成了以一完整的汽车电动助力转向系统。经过组建系统调试后，得出了我们所需要的助力特性曲线，经过分析，采用的控制形式存在级变震动，为了减小震动的影响，必须增加助力曲线的数目以减小震动幅度，但是幅度必须足够的小，小到足以忽略频率的影响。

关键词：电动助力转向，单片机，助力曲线，直流电机，电机控制

ABSTRACT
Electric power steering system (EPS) has the advantage of sensitive, low energy consumption and environmental compatibility, and low cost compared with the traditional mechanical and hydraulic power steering system. At present, in many high-end vehicles are installed by the EPS, therefore, the development of EPS has great practical significance and commercial value. EPS controlled by the controller, actuator and procedures. The controller controlled by the signal acquisition, SCM, and circuit sent signals. SCM is the core components of the system, signal acquisition circuit to the acquisition of torque and speed signals sent to deal with SCM. Then, SCM sent the control signals to the signal circuit, after, driving circuit driving motor rotation.  Actuator controlled by motor, reducer, and electromagnetic clutch. It plays to the formation of auxiliary power, transmission and the role of interruption. The assistance program is a concrete manifestation of control. It is decided by the control strategies. Controller, procedures, operation each other are combination of a complete vehicle electric power steering system. After the system debugging, we need to come to the assistance of the curve. After analysis, there is a shocking when the speed changes from one state to another. In order to reduce the impact of shock, we need to increase the number of curve to reduce the rate shock, however, the rate must be small enough to neglect the impact of the frequency. [资料来源：http://www.doc163.com]

Key words： electric power steering, SCM, power curve , DC motor, motor control

电动助力转向系统选型
如我们前面绪论中讲到，电动助力转向系统分为转向轴式、转向小齿轮式、转向齿条式。本次设计中，我们选择转向轴式的助力方式。
转向轴式电动助力转向系统虽然提供的助力没有其它两种方式提供的助力大，但在安装方面要方便的多。再者，这次设计的电动助力转向系统主要是针对经济型轿车来进行开发的，其空间相对较小，空间问题是我们要考虑的重点问题。转向轴式对空间紧凑的经济型轿车很适合。

设计要求分析
机械部分是电动助力转向系统的执行部分，ECU发出的控制指令最终都要由它来完成。根据转向系统的要求，在满足传统的转向系的要求之外，还要求机械部分必须具有以下性能：
1）    反应灵敏，因为汽车的转向是一个动态的过程，如果转向操作的滞后性太大，会造成很大的转向误差，使转向失真，影响行驶的安全。
2）    传动的可逆性，汽车转向系统要求在不同的路面上有不同的路感，由于我们在传统的机械齿轮齿条转向系的基础上添加了助力部分，有可能使转向系统的“路感”变差。因此，在设计的时候必须要考虑到转向路感的问题。作用在车轮上的力，必须部分的传递到方向盘上。

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3）    噪声低，我们添加的助力部分距离驾驶员很近，如果噪声太大对驾驶员的驾驶会造成很大的影响。再者，过大的震动会通过转向轴传递到转向盘，使转向盘产生强烈的震动，影响驾驶的安全性和驾驶乐趣。

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目   录    20000字
中文摘要    Ⅰ
ABSTRACT    Ⅱ
绪论    1
1.1转向系统的分类    1
1.2电动助力转向系统的发展现状    2
1.3 EPS的分类    2
1.3.1转向轴助力式    2
1.3.2转向小齿轮助力式    2
1.3.3转向齿条助力式    3
1.4 电动助力转向系统的优点    3
1.5电动助力转向系统的工作原理    4
2.系统设计    5 [资料来源：https://www.doc163.com]
2.1电动助力转向系统选型    5
2.2机械部分系统设计    5
2.2.1设计要求分析    5
2.2.2实现形式    5
2.3控制部分系统设计    7
2.4电动转向系统总体设计    7
3.主要零部件选型    9
3.1主要机械部件选型    9
3.1.1直流电机选型    9
3.1.2电磁离合器的选型    11
3.1.3 转矩传感器选型    12
3.2 主要控制芯片的选型    14
3.2.1 单片机    14
3.2.2数模D/A转换器及模数A/D转换器    15
3.2.3 锁存器    17
3.2.4 STK6855电机控制芯片    18
3.2.5 TL494电机调速芯片    19
3.2.6LM224放大器    19
3.2.7场效应管    20
3.2.8稳压芯片    20
3.2.9主要选购件列表    21
4．机械设计部分    22

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4.1 减速机构设计    22
4.1.1 减速器结构设计    22
4.1.2 减速器齿轮齿圈设计    23
4.1.3 强度校核    26
4.2传动锥齿轮设计    31
4.2.1外形尺寸设计    31
4.2.2锥齿轮校核    33
5.电路设计    35
5.1信号采集及A/D电路设计    35
5.2信号发送及D/A电路设计    36
5.3电机正反转电路设计    37
5.4 电磁离合器驱动电路设计    39
5.5电源控制电路设计    40
5.6 总电路设计    40
6. 程序设计    42
6.1 电动转向系统的助力曲线    42
6.2程序的前期数学处理    43
6.3 程序框图    46
6.4程序    48
6.5程序结果验证    54
6.6 助力曲线分析    58
参考文献    59 [资料来源：http://doc163.com]